题目
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 。
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
。
题目解答
答案
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:
V1T1=V2T2,
解得
V1=24.62L
故单位体积中的分子数
n=n0V1=2.45×1022
个
(2)1
摩尔氧气的质量为
m0=32g,
故氧分子的质量为
m=m0n0=5.32×10−23g
(3)气体密度
ρdfracm0V1=3224.62×10−3kg/m3=1.30×10−3kg/m3
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分子相关物理量的计算。解题核心思路如下:
- 利用盖-吕萨克定律(等压过程体积与温度关系)将气体体积转换为标准状况下的体积,从而求出单位体积的分子数;
- 阿伏伽德罗常数与摩尔质量结合,计算单个氧分子的质量;
- 密度公式直接计算气体密度,需注意单位换算。
第(1)题:单位体积中的分子数 $n$
-
等压过程体积与温度关系
初态:温度 $T_1 = 300\,\text{K}$,体积 $V_1$;
末态(标准状况):温度 $T_2 = 273\,\text{K}$,体积 $V_2 = 22.4\,\text{L}$。
根据盖-吕萨克定律 $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$,解得:
$V_1 = \frac{T_1}{T_2} \cdot V_2 = \frac{300}{273} \cdot 22.4 \approx 24.62\,\text{L}.$ -
单位体积分子数计算
1 mol 气体分子数为 $N_0 = 6.02 \times 10^{23}$,则单位体积分子数:
$n = \frac{N_0}{V_1} = \frac{6.02 \times 10^{23}}{24.62 \times 10^{-3}} \approx 2.45 \times 10^{22}\,\text{个/m}^3.$
第(2)题:氧分子的质量 $m$
- 单个分子质量计算
1 mol 氧气质量 $m_0 = 32\,\text{g}$,单个分子质量:
$m = \frac{m_0}{N_0} = \frac{32}{6.02 \times 10^{23}} \approx 5.32 \times 10^{-23}\,\text{g}.$
第(3)题:气体密度 $\rho$
- 质量与体积关系
总质量 $m_{\text{总}} = 32\,\text{g} = 0.032\,\text{kg}$,体积 $V_1 = 24.62\,\text{L} = 0.02462\,\text{m}^3$,则密度:
$\rho = \frac{m_{\text{总}}}{V_1} = \frac{0.032}{0.02462} \approx 1.30\,\text{kg/m}^3.$