题目
一摩尔氮气处在平衡态,温度为T,则氮气分子(视为刚性分子)的平均总动能e_(k)和氮气的内能E分别为 ()。 A. overline(e_k) = (5)/(2)kT, E = (5)/(2)RT B. overline(e_k) = (3)/(2)kT, E = (3)/(2)RT C. overline(e_k) = (5)/(2)kT, E = (3)/(2)RT D. overline(e_k) = 3kT, E = (1)/(2)RT
$$ 一摩尔氮气处在平衡态,温度为T,则氮气分子(视为刚性分子)的平均总动能e_{k}和氮气的内能E分别为 ()。 $$
- A. $$ $\overline{e\_k}\ \ = \frac{5}{2}kT$, $E = \frac{5}{2}RT$ $$
- B. $$ $\overline{e\_k}\ \ = \frac{3}{2}kT$, $E = \frac{3}{2}RT$ $$
- C. $$ $\overline{e\_k}\ \ = \frac{5}{2}kT$, $E = \frac{3}{2}RT$ $$
- D. $$ $\overline{e\_k}\ \ = 3kT$, $E = \frac{1}{2}RT$ $$
题目解答
答案
A
解析
本题考查理想气体分子的平均总动能和内能的计算,解题关键在于明确刚性分子的自由度,再根据相应公式进行计算。
1. 确定氮气分子的自由度
氮气($N_2$)是双原子分子,对于刚性双原子分子,其平动自由度 $t = 3$,转动自由度 $r = 2$,所以总的自由度 $i=t + r=3 + 2 = 5$。
2. 计算氮气分子的平均总动能
根据能均分定理,理想气体分子的平均总动能$\overline{e_{k}}$与分子的自由度 $i$ 和温度 $T$ 有关,公式为$\overline{e_{k}}=\frac{i}{2}kT$,其中 $k$ 是玻尔兹曼常量。
将 $i = 5$ 代入公式可得:$\overline{e_{k}}=\frac{5}{2}kT$。
3. 计算氮气的内能
理想气体的内能 $E$ 与物质的量 $n$、自由度 $i$、温度 $T$ 有关,公式为 $E = n\frac{i}{2}RT$,其中 $R$ 是普适气体常量。
已知物质的量 $n = 1mol$,自由度 $i = 5$,代入公式可得:$E=1\times\frac{5}{2}RT=\frac{5}{2}RT$。