Решение задач по молекулярной физике: количество вещества, концентрация, уравнение МКТ

Photo

Привет! Отлично, давай разберем эти задачи по порядку.

Задание 1

В задаче 1 нужно определить значения, обозначенные звездочкой (*). Давай рассмотрим общий подход к решению подобных задач.

Для начала, запишем основные формулы, которые могут пригодиться:

  • Количество вещества: $\nu = \frac{m}{M} = \frac{N}{N_A}$, где:
    • $m$ - масса вещества,
    • $M$ - молярная масса,
    • $N$ - число молекул,
    • $N_A$ - число Авогадро ($6.022 \times 10^{23}$ моль$^{-1}$).

Теперь решим для варианта 1:
Дано: $m = 88$ г, $N = 12 \cdot 10^{23}$ молекул.
Нужно найти: $M$ и $\nu$.

  1. Найдем количество вещества $\nu$:
    $\nu = \frac{N}{N_A} = \frac{12 \cdot 10^{23}}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 1.99$ моль

  2. Найдем молярную массу $M$:
    $M = \frac{m}{\nu} = \frac{88}{1.99} \approx 44.22$ г/моль

Ответ для варианта 1: $M \approx 44.22$ г/моль, $\nu \approx 1.99$ моль

Задание 2

В задаче 2 нужно определить значения, обозначенные звездочкой (*), и рассчитать массу одной молекулы данного вещества.

Основные формулы:

  • Плотность: $\rho = \frac{m}{V}$
  • Концентрация: $n = \frac{N}{V}$
  • Масса одной молекулы: $m_1 = \frac{m}{N}$

Решим для варианта 1:
Дано: $m = 54$ г, $N = 12 \cdot 10^{23}$, $\rho = 2700$ кг/м$^3$
Нужно найти: $V$, $n$, $m_1$

  1. Найдем объем $V$:
    $\rho = \frac{m}{V} \Rightarrow V = \frac{m}{\rho} = \frac{54 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{2700 \text{ кг/м}^3} = 0.00002 \text{ м}^3 = 0.02 \text{ л}$

  2. Найдем концентрацию $n$:
    $n = \frac{N}{V} = \frac{12 \cdot 10^{23}}{0.02 \cdot 10^{-3}} = 6 \cdot 10^{28} \text{ м}^{-3} = 6 \cdot 10^{22} \text{ см}^{-3}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{54 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{12 \cdot 10^{23}} = 4.5 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

Ответ для варианта 1: $V = 0.02$ л, $n = 6 \cdot 10^{22}$ см$^{-3}$, $m_1 = 4.5 \cdot 10^{-26}$ кг

Задание 2

В задаче 2 нужно определить значения, обозначенные звездочкой (*), и рассчитать массу одной молекулы данного вещества.

Основные формулы:

  • Плотность: $\rho = \frac{m}{V}$
  • Концентрация: $n = \frac{N}{V}$
  • Масса одной молекулы: $m_1 = \frac{m}{N}$

Решим для варианта 1:
Дано: $m = 54$ г, $N = 12 \cdot 10^{23}$, $\rho = 2700$ кг/м$^3$
Нужно найти: $V$, $n$, $m_1$

  1. Найдем объем $V$:
    $\rho = \frac{m}{V} \Rightarrow V = \frac{m}{\rho} = \frac{54 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{2700 \text{ кг/м}^3} = 0.00002 \text{ м}^3 = 0.02 \text{ л}$

  2. Найдем концентрацию $n$:
    $n = \frac{N}{V} = \frac{12 \cdot 10^{23}}{0.02 \cdot 10^{-3}} = 6 \cdot 10^{28} \text{ м}^{-3} = 6 \cdot 10^{22} \text{ см}^{-3}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{54 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{12 \cdot 10^{23}} = 4.5 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

Ответ для варианта 1: $V = 0.02$ л, $n = 6 \cdot 10^{22}$ см$^{-3}$, $m_1 = 4.5 \cdot 10^{-26}$ кг

Задание 3

В задаче 3 нужно определить значения, обозначенные звездочкой (*).

Основные формулы:

  • Основное уравнение МКТ: $p = \frac{1}{3} n m_0 v_{кв}^2$, где:
    • $p$ - давление,
    • $n$ - концентрация,
    • $m_0$ - масса одной молекулы,
    • $v_{кв}$ - средняя квадратичная скорость.
  • Также можно использовать: $p = nkT$, где $k$ - постоянная Больцмана, $T$ - температура.

Решим для варианта 1:
Дано: Газ $N_2$, $n = 2.8 \cdot 10^{25}$ м$^{-3}$, $v_{кв} = 500$ м/с, $p = 120$ кПа.

Здесь нужно найти недостающие значения для других вариантов, используя данную информацию и уравнение МКТ. Для газа $N_2$ молярная масса $M = 0.028$ кг/моль. Масса одной молекулы $m_0 = \frac{M}{N_A} = \frac{0.028}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 4.65 \cdot 10^{-26}$ кг.

Продолжи решать все оставшиеся задания с фото, которые еще не были решены, дай подробные объяснения

Ассистент: Хорошо, продолжим решать задачи по порядку.

Задание 1 (продолжение)

Продолжим заполнять таблицу для задачи 1.

Вариант 2:
Дано: $m = 35.5$ г, $M = 71$ г/моль.
Нужно найти: $N$ и $\nu$.

  1. Найдем количество вещества $\nu$:
    $\nu = \frac{m}{M} = \frac{35.5}{71} = 0.5$ моль

  2. Найдем число молекул $N$:
    $N = \nu \cdot N_A = 0.5 \cdot 6.022 \cdot 10^{23} = 3.011 \cdot 10^{23}$

Ответ для варианта 2: $N = 3.011 \cdot 10^{23}$, $\nu = 0.5$ моль

Вариант 3:
Дано: $N = 0.3 \cdot 10^{23}$, $M = 2$ г/моль.
Нужно найти: $m$ и $\nu$.

  1. Найдем количество вещества $\nu$:
    $\nu = \frac{N}{N_A} = \frac{0.3 \cdot 10^{23}}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 0.0498$ моль

  2. Найдем массу $m$:
    $m = \nu \cdot M = 0.0498 \cdot 2 \approx 0.0996$ г

Ответ для варианта 3: $m \approx 0.0996$ г, $\nu \approx 0.0498$ моль

Вариант 4:
Дано: $m = 318$ г, $N = 24 \cdot 10^{23}$.
Нужно найти: $M$ и $\nu$.

  1. Найдем количество вещества $\nu$:
    $\nu = \frac{N}{N_A} = \frac{24 \cdot 10^{23}}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 3.985$ моль

  2. Найдем молярную массу $M$:
    $M = \frac{m}{\nu} = \frac{318}{3.985} \approx 79.799$ г/моль

Ответ для варианта 4: $M \approx 79.799$ г/моль, $\nu \approx 3.985$ моль

Задание 2 (продолжение)

Продолжим заполнять таблицу для задачи 2.

Вариант 3:
Дано: $m = 200$ г, $V = 10$ л, $n = 2.69 \cdot 10^{23}$ см$^{-3}$.
Нужно найти: $\rho$, $N$, $m_1$.

  1. Найдем плотность $\rho$:
    $\rho = \frac{m}{V} = \frac{200 \text{ г}}{10 \text{ л}} = 20 \text{ г/л} = 20000 \text{ кг/м}^3$

  2. Найдем число молекул $N$:
    $N = n \cdot V = 2.69 \cdot 10^{23} \text{ см}^{-3} \cdot 10 \cdot 10^3 \text{ см}^3 = 2.69 \cdot 10^{27}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{200 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{2.69 \cdot 10^{27}} \approx 7.43 \cdot 10^{-30} \text{ кг}$

Ответ для варианта 3: $\rho = 20000$ кг/м$^3$, $N = 2.69 \cdot 10^{27}$, $m_1 = 7.43 \cdot 10^{-30}$ кг

Вариант 4:
Дано: $m = 18$ г, $V = 0.02$ л, $N = 16.9 \cdot 10^{23}$.
Нужно найти: $\rho$, $n$, $m_1$.

  1. Найдем плотность $\rho$:
    $\rho = \frac{m}{V} = \frac{18 \text{ г}}{0.02 \text{ л}} = 900 \text{ г/л} = 900000 \text{ кг/м}^3$

  2. Найдем концентрацию $n$:
    $n = \frac{N}{V} = \frac{16.9 \cdot 10^{23}}{0.02 \cdot 10^{-3}} = 8.45 \cdot 10^{28} \text{ м}^{-3} = 8.45 \cdot 10^{22} \text{ см}^{-3}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{18 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{16.9 \cdot 10^{23}} \approx 1.065 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

Ответ для варианта 4: $\rho = 900000$ кг/м$^3$, $n = 8.45 \cdot 10^{22}$ см$^{-3}$, $m_1 = 1.065 \cdot 10^{-26}$ кг

Задание 2 (продолжение)

Продолжим заполнять таблицу для задачи 2.

Вариант 3:
Дано: $m = 200$ г, $V = 10$ л, $n = 2.69 \cdot 10^{23}$ см$^{-3}$.
Нужно найти: $\rho$, $N$, $m_1$.

  1. Найдем плотность $\rho$:
    $\rho = \frac{m}{V} = \frac{200 \text{ г}}{10 \text{ л}} = 20 \text{ г/л} = 20000 \text{ кг/м}^3$

  2. Найдем число молекул $N$:
    $N = n \cdot V = 2.69 \cdot 10^{23} \text{ см}^{-3} \cdot 10 \cdot 10^3 \text{ см}^3 = 2.69 \cdot 10^{27}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{200 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{2.69 \cdot 10^{27}} \approx 7.43 \cdot 10^{-30} \text{ кг}$

Ответ для варианта 3: $\rho = 20000$ кг/м$^3$, $N = 2.69 \cdot 10^{27}$, $m_1 = 7.43 \cdot 10^{-30}$ кг

Вариант 4:
Дано: $m = 18$ г, $V = 0.02$ л, $N = 16.9 \cdot 10^{23}$.
Нужно найти: $\rho$, $n$, $m_1$.

  1. Найдем плотность $\rho$:
    $\rho = \frac{m}{V} = \frac{18 \text{ г}}{0.02 \text{ л}} = 900 \text{ г/л} = 900000 \text{ кг/м}^3$

  2. Найдем концентрацию $n$:
    $n = \frac{N}{V} = \frac{16.9 \cdot 10^{23}}{0.02 \cdot 10^{-3}} = 8.45 \cdot 10^{28} \text{ м}^{-3} = 8.45 \cdot 10^{22} \text{ см}^{-3}$

  3. Найдем массу одной молекулы $m_1$:
    $m_1 = \frac{m}{N} = \frac{18 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{16.9 \cdot 10^{23}} \approx 1.065 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

Ответ для варианта 4: $\rho = 900000$ кг/м$^3$, $n = 8.45 \cdot 10^{22}$ см$^{-3}$, $m_1 = 1.065 \cdot 10^{-26}$ кг

Задание 3 (продолжение)

Продолжим заполнять таблицу для задачи 3.

Вариант 2:
Дано: Газ $O_2$, $n = 2.4 \cdot 10^{25}$ м$^{-3}$, $v_{кв} = 400$ м/с.
Нужно найти: $p$.

Для газа $O_2$ молярная масса $M = 0.032$ кг/моль. Масса одной молекулы $m_0 = \frac{M}{N_A} = \frac{0.032}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 5.31 \cdot 10^{-26}$ кг.

$p = \frac{1}{3} n m_0 v_{кв}^2 = \frac{1}{3} \cdot 2.4 \cdot 10^{25} \cdot 5.31 \cdot 10^{-26} \cdot (400)^2 \approx 68000$ Па = 68 кПа

Ответ для варианта 2: $p \approx 68$ кПа

Вариант 3:
Дано: Газ $CO_2$, $n = 4.8 \cdot 10^{25}$ м$^{-3}$, $p = 200$ кПа.
Нужно найти: $v_{кв}$.

Для газа $CO_2$ молярная масса $M = 0.044$ кг/моль. Масса одной молекулы $m_0 = \frac{M}{N_A} = \frac{0.044}{6.022 \cdot 10^{23}} \approx 7.31 \cdot 10^{-26}$ кг.

$p = \frac{1}{3} n m_0 v_{кв}^2 \Rightarrow v_{кв} = \sqrt{\frac{3p}{n m_0}} = \sqrt{\frac{3 \cdot 200 \cdot 10^3}{4.8 \cdot 10^{25} \cdot 7.31 \cdot 10^{-26}}} \approx 414$ м/с

Ответ для варианта 3: $v_{кв} \approx 414$ м/с

thinking img
progress gif

Текст скопирован
Готово
Ошибка
×