题目
容器中储有氧气,其压强为p=0.1MPa(即1atm)温度为27℃,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。
容器中储有氧气,其压强为p=0.1MPa(即1atm)温度为27℃,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。
(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。
题目解答
答案
解:在标准状态下,1mol气体的体积为22.4L,分子数n0=6.02×1023个
在1atm压强下,让气体做等压变化,则初态:V1=V,T1=(273+27)K=300K
末态:V2=22.4L,T2=273K
根据盖-吕萨克定律可知:$\frac{{V}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}$,解得V1=24.62L
故单位体积中的分子数n=$\frac{{n}_{0}}{{V}_{1}}=2.45×1{0}^{22}$个
(2)1摩尔氧气的质量为m0=32g,故氧分子的质量为$m=\frac{{m}_{0}}{{n}_{0}}$=5.32×10-23g
(3)气体密度ρ=$\frac{{m}_{0}}{{V}_{1}}=\frac{32}{24.62×1{0}^{-3}}kg/{m}^{3}=1.30×1{0}^{-3}kg/{m}^{3}$
答:(1)单位体积中的分子数n为2.45×1022个;
(2)氧分子的质量m为5.32×10-23g;
(3)气体密度ρ为1.30×10-3kg/m3。
在1atm压强下,让气体做等压变化,则初态:V1=V,T1=(273+27)K=300K
末态:V2=22.4L,T2=273K
根据盖-吕萨克定律可知:$\frac{{V}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}$,解得V1=24.62L
故单位体积中的分子数n=$\frac{{n}_{0}}{{V}_{1}}=2.45×1{0}^{22}$个
(2)1摩尔氧气的质量为m0=32g,故氧分子的质量为$m=\frac{{m}_{0}}{{n}_{0}}$=5.32×10-23g
(3)气体密度ρ=$\frac{{m}_{0}}{{V}_{1}}=\frac{32}{24.62×1{0}^{-3}}kg/{m}^{3}=1.30×1{0}^{-3}kg/{m}^{3}$
答:(1)单位体积中的分子数n为2.45×1022个;
(2)氧分子的质量m为5.32×10-23g;
(3)气体密度ρ为1.30×10-3kg/m3。
解析
本题考查理想气体状态方程的应用及气体密度、分子数密度的计算。核心思路是通过盖-吕萨克定律将题目中的气体状态转换为标准状况下的体积,再结合阿伏伽德罗常数和摩尔质量进行计算。关键点在于:
- 等压过程中体积与温度的关系;
- 单位换算(升与立方米、克与千克);
- 分子数密度与气体密度的定义。
(1)单位体积中的分子数$n$
- 等压变化:初态温度$T_1=300\ \text{K}$,末态温度$T_2=273\ \text{K}$,末态体积$V_2=22.4\ \text{L}$;
- 盖-吕萨克定律:$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$,解得$V_1 = \frac{V_2 T_1}{T_2} = \frac{22.4 \times 300}{273} \approx 24.62\ \text{L}$;
- 分子数密度:$n = \frac{n_0}{V_1} = \frac{6.02 \times 10^{23}}{24.62 \times 10^{-3}} \approx 2.45 \times 10^{22}\ \text{个/m}^3$。
(2)氧分子的质量$m$
- 摩尔质量:氧气摩尔质量$M=32\ \text{g/mol}$;
- 单个分子质量:$m = \frac{M}{N_A} = \frac{32}{6.02 \times 10^{23}} \approx 5.32 \times 10^{-23}\ \text{g}$。
(3)气体密度$\rho$
- 总质量:假设气体为$1\ \text{mol}$,总质量$m_0=32\ \text{g}=0.032\ \text{kg}$;
- 体积转换:$V_1=24.62\ \text{L}=0.02462\ \text{m}^3$;
- 密度计算:$\rho = \frac{m_0}{V_1} = \frac{0.032}{0.02462} \approx 1.30\ \text{kg/m}^3$。
注意:答案中给出的$\rho=1.30 \times 10^{-3}\ \text{kg/m}^3$存在单位换算错误,正确结果应为$1.30\ \text{kg/m}^3$。