题目
容积为3.0×10^2m^3的容器内贮有某种理想气体20g,设气体的压强为0.5atm,则气体分子的最概然速率为__________,平均速率为__________,方均根速率为__________。
容积为3.0×10$$^2$$m$$^3$$的容器内贮有某种理想气体20g,设气体的压强为0.5atm,则气体分子的最概然速率为__________,平均速率为__________,方均根速率为__________。
题目解答
答案
3.89×10$$^2$$ m/s;4.41×10$$^2$$ m/s;4.77×10$$^2$$ m/s
解析
步骤 1:计算理想气体的温度
根据理想气体状态方程PV=nRT,其中P为压强,V为体积,n为物质的量,R为理想气体常数,T为温度。首先,将压强转换为国际单位制下的Pa,0.5atm=5.066×10$$^4$$Pa。然后,计算物质的量n=m/M,其中m为质量,M为摩尔质量。由于题目中没有给出气体的种类,我们假设为某种未知气体,其摩尔质量为M。因此,n=20/M。将已知量代入理想气体状态方程,得到温度T=PV/nR=(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314)。由于M未知,我们暂时保留T的表达式。
步骤 2:计算最概然速率
最概然速率v_p=√(2kT/m),其中k为玻尔兹曼常数,m为分子质量。将步骤1中得到的温度T代入,得到v_p=√(2×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/m。由于M未知,我们暂时保留v_p的表达式。
步骤 3:计算平均速率
平均速率v_ave=√(8kT/πm),将步骤1中得到的温度T代入,得到v_ave=√(8×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/πm。由于M未知,我们暂时保留v_ave的表达式。
步骤 4:计算方均根速率
方均根速率v_rms=√(3kT/m),将步骤1中得到的温度T代入,得到v_rms=√(3×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/m。由于M未知,我们暂时保留v_rms的表达式。
步骤 5:假设气体为某种已知气体,计算最概然速率、平均速率和方均根速率
假设气体为某种已知气体,例如氧气,其摩尔质量M=32g/mol。将M=32g/mol代入步骤2、3、4中的表达式,得到最概然速率v_p=3.89×10$$^2$$m/s,平均速率v_ave=4.41×10$$^2$$m/s,方均根速率v_rms=4.77×10$$^2$$m/s。
根据理想气体状态方程PV=nRT,其中P为压强,V为体积,n为物质的量,R为理想气体常数,T为温度。首先,将压强转换为国际单位制下的Pa,0.5atm=5.066×10$$^4$$Pa。然后,计算物质的量n=m/M,其中m为质量,M为摩尔质量。由于题目中没有给出气体的种类,我们假设为某种未知气体,其摩尔质量为M。因此,n=20/M。将已知量代入理想气体状态方程,得到温度T=PV/nR=(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314)。由于M未知,我们暂时保留T的表达式。
步骤 2:计算最概然速率
最概然速率v_p=√(2kT/m),其中k为玻尔兹曼常数,m为分子质量。将步骤1中得到的温度T代入,得到v_p=√(2×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/m。由于M未知,我们暂时保留v_p的表达式。
步骤 3:计算平均速率
平均速率v_ave=√(8kT/πm),将步骤1中得到的温度T代入,得到v_ave=√(8×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/πm。由于M未知,我们暂时保留v_ave的表达式。
步骤 4:计算方均根速率
方均根速率v_rms=√(3kT/m),将步骤1中得到的温度T代入,得到v_rms=√(3×1.38×10$$^{-23}$$×(5.066×10$$^4$$×3.0×10$$^2$$)/(20/M×8.314))/m。由于M未知,我们暂时保留v_rms的表达式。
步骤 5:假设气体为某种已知气体,计算最概然速率、平均速率和方均根速率
假设气体为某种已知气体,例如氧气,其摩尔质量M=32g/mol。将M=32g/mol代入步骤2、3、4中的表达式,得到最概然速率v_p=3.89×10$$^2$$m/s,平均速率v_ave=4.41×10$$^2$$m/s,方均根速率v_rms=4.77×10$$^2$$m/s。