题目
容器中储有氧气,其压强为p=0.1MPa(1atm)温度为27∘C,求: (1)单位体积中的分子数n. (2)氧分子的质量m. (3)气体密度ρ. (4)分子间的平均距离¯¯¯e. (5)平均速率 ¯¯¯v. (6)方均根速率 √¯¯¯¯¯v2. (7)分子的平均动能¯¯¯ε.
容器中储有氧气,其压强为p=0.1MPa(1atm)温度为27∘C,求:
(1)
单位体积中的分子数n.
(2)
氧分子的质量m.
(3)
气体密度ρ.
(4)
分子间的平均距离¯¯¯e.
(5)
平均速率 ¯¯¯v.
(6)
方均根速率 √¯¯¯¯¯v2.
(7)
分子的平均动能¯¯¯ε.
题目解答
答案
- (1)
2.45×1024m−3
- (2)
5.32×1026kg
- (3)
0.13kg/m3
- (4)
7.42×10−9m
- (5)
446.58m/s
- (6)
482.87m/s
- (7)
1.04×10−20J
解析
步骤 1:单位体积中的分子数n
根据理想气体状态方程,PV=nRT,其中P是压强,V是体积,n是摩尔数,R是理想气体常数,T是温度。单位体积中的分子数n可以通过n/V计算,即n/V = P/(RT)。其中,R=8.314 J/(mol·K),T=27℃=300K,P=0.1MPa=100000Pa。
步骤 2:氧分子的质量m
氧分子的摩尔质量为32g/mol,即0.032kg/mol。因此,单个氧分子的质量m=0.032kg/mol/6.022×10^23个/mol。
步骤 3:气体密度ρ
气体密度ρ=m/V,其中m是气体的质量,V是气体的体积。根据理想气体状态方程,m/V = P/(RT) * M,其中M是气体的摩尔质量。
步骤 4:分子间的平均距离¯¯¯e
分子间的平均距离可以通过单位体积中的分子数n的立方根来计算,即¯¯¯e = (1/n)^(1/3)。
步骤 5:平均速率 ¯¯¯v
平均速率 ¯¯¯v 可以通过公式 ¯¯¯v = √(8kT/πm) 计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度,m是分子质量。
步骤 6:方均根速率 √¯¯¯¯¯v2
方均根速率 √¯¯¯¯¯v2 可以通过公式 √¯¯¯¯¯v2 = √(3kT/m) 计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度,m是分子质量。
步骤 7:分子的平均动能¯¯¯ε
分子的平均动能¯¯¯ε可以通过公式¯¯¯ε = (3/2)kT计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度。
根据理想气体状态方程,PV=nRT,其中P是压强,V是体积,n是摩尔数,R是理想气体常数,T是温度。单位体积中的分子数n可以通过n/V计算,即n/V = P/(RT)。其中,R=8.314 J/(mol·K),T=27℃=300K,P=0.1MPa=100000Pa。
步骤 2:氧分子的质量m
氧分子的摩尔质量为32g/mol,即0.032kg/mol。因此,单个氧分子的质量m=0.032kg/mol/6.022×10^23个/mol。
步骤 3:气体密度ρ
气体密度ρ=m/V,其中m是气体的质量,V是气体的体积。根据理想气体状态方程,m/V = P/(RT) * M,其中M是气体的摩尔质量。
步骤 4:分子间的平均距离¯¯¯e
分子间的平均距离可以通过单位体积中的分子数n的立方根来计算,即¯¯¯e = (1/n)^(1/3)。
步骤 5:平均速率 ¯¯¯v
平均速率 ¯¯¯v 可以通过公式 ¯¯¯v = √(8kT/πm) 计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度,m是分子质量。
步骤 6:方均根速率 √¯¯¯¯¯v2
方均根速率 √¯¯¯¯¯v2 可以通过公式 √¯¯¯¯¯v2 = √(3kT/m) 计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度,m是分子质量。
步骤 7:分子的平均动能¯¯¯ε
分子的平均动能¯¯¯ε可以通过公式¯¯¯ε = (3/2)kT计算,其中k是玻尔兹曼常数,T是温度。