BÀI 2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÍ TƯỞNG

Mở đầu: Bình chứa oxygen (Hình 2.1) là một thiết bị thường dùng trong điều trị người bệnh có vấn đề về hô hấp. Tuy nhiên, khi sử dụng bình cần đặc biệt chú ý nơi bảo quản nhằm đảm bảo an toàn do nguy cơ cháy nổ cao. 

Khí oxygen trong bình ở áp suất cao nên không phải là khí lý tưởng. Tuy nhiên, người ta vẫn sử dụng mô hình khí lí tưởng để tìm hiểu mối liên hệ giữa các thông số của một lượng khí như áp suất, nhiệt độ và thể tích, từ đó suy ra nguyên tắc bảo quản và sử dụng an toàn các bình chứa khí.

Vậy mối liên hệ đó như thế nào? 

Đáp án chuẩn:

+ Định luật Boyle: PV=const

+ Định luật Charles: T1/​V1​​=T2/​V2​​

+ Định luật tổng hợp: PV=nRT

I. MỐI LIÊN HỆ GIỮA THỂ TÍCH VÀ ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ

Câu 1: Lập phương án thí nghiệm tìm mối liên hệ giữa thể tích khí và áp suất của nó khi giữa nhiệt độ không đổi với các dụng cụ thực hành ở trường của bạn.

Đáp án chuẩn:

Dụng cụ

Áp kế; Xilanh; Pit-tông 

Phương án thí nghiệm

- Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ.

- Lập phương án thí nghiệm.

Tiến hành

Tiến hành như hình vẽ

Kết quả

- Vẽ đồ thị. Tính tích pV của mỗi lần đo và rút ra nhận xét.

Câu 2: Việc dịch chuyển pit-tông từ từ giúp đảm bảo điều kiện gì?

Đáp án chuẩn:

Đảm bảo rằng hệ thống đang ở trạng thái cân bằng, giúp đảm bảo áp suất trong xilanh được cập nhật tương ứng với thể tích khí trong xilanh khi pit-tông di chuyển.

Câu 3: Vẽ đồ thị p - V theo số liệu thu được trong thí nghiệm đã thực hiện hoặc theo số liệu ở Bảng 2.1 và so sánh với dạng đồ thị trong Hình 2.4.

Đáp án chuẩn:

Có dạng của một hypebol.

Câu 4: Đồ thị p theo 1/V có dạng đường thẳng mà nếu kéo dài sẽ đi qua gốc toạ độ cho thấy giữa hai đại lượng p và V có mối quan hệ gì?

Đáp án chuẩn:

Mối quan hệ nghịch đảo

Luyện tập 1: Một quả bóng có chứa 0,04 m³ khí ở áp suất 120 kPa. Nếu giảm thể tích quả bóng xuống còn 0,025 m³ ở nhiệt độ không đổi thì áp suất khí trong bóng là bao nhiêu?

Đáp án chuẩn:

192 kPa

II. MỐI LIÊN HỆ GIỮA THỂ TÍCH VÀ NHIỆT ĐỘ CỦA CHẤT KHÍ

Câu 5: Sử dụng các kí hiệu T₁, V₁, T₂, và V₂ để viết công thức định luật Charles cho một quá trình đẳng áp của lượng khí xác định.

Đáp án chuẩn:

T1/​V1​​=T2/​V2​​

Luyện tập 2: Một xilanh chứa 0,16 dm³ khí nitrogen ở nhiệt độ phòng 25°C và áp suất 1,2 atm (1 atm = 1,01 10⁵ Pa). Hơ nóng xilanh từ từ sao cho áp suất khí trong xilanh không đổi thì khi thể tích khí trong xilanh là 0,20 dm³, nhiệt độ của khí trong xilanh là bao nhiêu?

Đáp án chuẩn:

372,5 K.

Câu 6: Xây dựng phương án thí nghiệm minh hoạ mối liên hệ giữa nhiệt độ và thể tích của một lượng khí xác định khi giữ áp suất của khí không đổi bằng các dụng cụ ở trường của bạn.

Đáp án chuẩn:

Dụng cụ

– Áp kế ; Xilanh (2); Pit-tông; Hộp chứa nước nóng; Cảm biến nhiệt độ 

Phương án thí nghiệm

– Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ. 

– Lập phương án thí nghiệm.

Tiến hành

Tiến hành như hình vẽ

Kết quả

- Tính V/T và nhận xét.

- Vẽ đồ thị 

Câu 7: So sánh đồ thị nhiệt độ – thể tích thu được theo kết quả thí nghiệm đã thực hiện với đồ thị trong Hình 2.5.

Đáp án chuẩn:

Dạng giống với đồ thị của hình 2.5.

III. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ LÍ TƯỞNG

Câu 8: Với quá trình biến đổi được biểu diễn trên Hình 2.9, hãy so sánh nhiệt độ, thể tích, áp suất của trạng thái 1 với trạng thái 2, của trạng thái 2' với trạng thái 2. 

Đáp án chuẩn: 

T1=T2’<T2

P1>P2’=P2

V2>V2’>V1.

Câu 9: Hãy giả sử chất khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 qua trạng thái trung gian 3 (khác với 2') và lập luận để vẫn thu được công thức (2.6)

Đáp án chuẩn:

13: V1/T1= V3/T 3=> P1.V1/T1=P3.V3/T3 (1)

32: P2.V2=P3.V3 => P3V3/T3=P2.V2/T2 (2)

Từ (1) và (2): P1.V1/T1 = P2.V2/T2 = P3.V3/T3

=>  P.V/T = const 

Luyện tập 3: Một lốp xe chứa 0,020 m³ không khí ở 27 °C và áp suất 3,0. 10⁵ Pa. Tính khối lượng không khí trong lốp xe. Biết khối lượng mol của không khí là 28,8 g/mol.

Đáp án chuẩn: 

69,4g.

Vận dụng: Hãy vận dụng định luật Boyle để giải thích nguyên lí hoạt động của loại bình xịt như trong hình 2.10.

Đáp án chuẩn:

Nguyên lý: khi áp suất trong bình tăng lên, thể tích của không khí bên trong bình giảm đi, làm tăng nồng độ của cồn trong không gian bình, tạo ra dòng cồn bắn ra từ nút xịt.