Раздел II. Молекулярная физика и термодинамика.

Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества.

2.1 Определите молярные массы водорода (Н₂), гелия (Не), кислорода (О₂), углекислого газа (СО₂). (В единицах системы СИ).

2. Во сколько раз число атомов в 12 кг углерода (С) превышает число молекул в 16 кг кислорода (О₂)?

3. Сколько молекул содержится в одном моле азота ( N₂); в одном моле кислорода (0₂); в 10 моль воды (Н₂0)?

2.4 Какое количество вещества содержится в 1 г воды? Ответ дать в молях.

5. Чему равно число молекул в 10 г кислорода?

6. Определите число атомов в 1 м³ меди. Плотность меди равна 9000 кг/м³ , молярная масса 0,064 кг/моль.

7. Определите массу одной молекулы воды.

5. Чему равна масса воды, взятой в количестве 100 моль.

6. Сколько атомов содержится в алюминиевом предмете массой 135 г?

2.10 Какой объем займут 10 моль меди? Плотность меди принять равной 8,9·10³ кг/м³.

11. Изделие, площадь поверхности которого равна 20 см², покрыто слоем серебра толщиной 1 мкм. Сколько атомов серебра содержится в покрытии? Плотность серебра равна 10500 кг/м³ , молярная масса серебра равна 0,108 кг/моль.

12. В озеро, имеющее среднюю глубину 10 м и площадь поверхности 20 км² , бросили кристаллик поваренной соли (NaCl) массой 0,01 г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в наперстке воды объёмом 2 см³ , зачерпнутой из озера, если полагать, что соль, растворившись, равномерно распределилась во всем объёме озера?

13. Сравните число атомов, из которых состоят серебряная и алюминиевая ложки равного объёма. Плотность серебра 10,5·10³ кг/м³, а алюминия 2,7·10³ кг/м³.

14. Определите число атомов, содержащихся в 1 г полностью диссоциированного азота.

15. Сколько частиц находится в 1 г наполовину диссоциированного кислорода?

2.16 Что является наиболее наглядным опытным подтверждением существования промежутков между молекулами? Выберите правильный ответ и обоснуйте его.

A. Наблюдение с помощью оптического микроскопа. Б. Диффузия.

B. Броуновское движение.

2.17 Что является наиболее наглядным опытным подтверждением движения молекул? Выберите правильный ответ, объясните его.

A. Возникновение сил упругости при деформации тел. Б. Броуновское движение.

B. Наблюдение с помощью оптического микроскопа.

2.18 Что является наиболее наглядным опытным подтверждением взаимодействия между молекулами? Выберите правильный ответ.

А. Возникновение сил упругости при деформации тел.

Б. Броуновское движение.

В. Наблюдение с помощью оптического микроскопа.

2.19 Каковы характерные особенности молекулярных сил?

2.20 Что такое атом? Молекула?

2.21 Пайка по методу Лучихина заключается в следующем: спаиваемые стальные или железные поверхности зачищают, кладут между ними тонкую медную фольгу и нагревают в электрической печи до температуры 1080 °С. Такой спай значительно прочнее обычной медной пайки. Почему?

2.22 Чтобы «приварить» один кусок железа к другому, нагревают оба куска добела в пламени горна, накладывают один на другой на наковальне и подвергают сильным ударам кузнечного молота. Почему в этом случае получается прочное соединение?

2.23 Почему на Земле пыль долго удерживается над ее поверхностью, а на Луне она быстро оседает, несмотря на то, что сила тяжести на Луне меньше, чем на Земле в несколько раз?

24. Что означает утверждение: «количество вещества равно 15 моль»?

2.25 На каком физическом явлении основан процесс цементации стали? С какой целью его применяют?

26. Сливки на молоке отстаиваются в холодном помещении. Почему?

27. Почему в горячей воде сахар растворяется быстрее, чем в холодной?

26. Известно, что молекулы воздуха при комнатной температуре движутся со ско-

ростями 600-650 м/с. Почему же запах ароматных веществ не распространяется с такой же скоростью?

26. Почему легко изменить форму жидкости и весьма трудно изменить ее объем?

27. Какими свойствами молекул объясняется возникновение в телах сил упругости при деформации этих тел? Почему иногда происходит разрушение тел при деформации?

28. Предельно допустимая концентрация молекул паров ртути (Hg) в воздухе равна 3·10¹⁶ м^-3 . При какой массе паров ртути в одном кубическом метре воздуха появляется опасность отравления?

29. Найдите концентрацию молекул кислорода, если давление его 0,2 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с.

30. В колбе объемом 1,2 л содержится 3·10²² атомов гелия. Какова средняя кинетическая энергия каждого атома? Давление газа в колбе 10⁵ Па.

31. Определить плотность кислорода при давлении 1,3·10⁵ Па, если средняя квадратичная скорость его молекул равна 1,4·10³ м/с.

32. Вычислите средний квадрат скорости движения молекул газа, если его масса 6 кг, объём 4,9 м³ и давление 200 кПа.

33. В сосуде объемом 5·10^-3 м³ находится водород массой 1 кг под давлением 2·10⁵ Па. Чему равна средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул водорода?

34. Определите давление азота в баллоне, если в 1 м³ находится 3,5· 10¹⁴ молекул, средняя квадратичная скорость которых равна 490 м/с.

35. Определите число молекул водорода в 1 м³, если давление равно 2,4·10⁴ Па, а средняя квадратичная скорость его молекул равна 24000м/с?

36. Во сколько раз изменится давление идеального газа при увеличении средней квадратичной скорости движения его молекул в два раза и уменьшении концентрации молекул в два раза?

37. Выразите в Кельвинах значение температуры: 37 °С; - 43 °С; 170 °С.

38. Выразите в градусах Цельсия значения температуры: 4 К; 50 К; 673 К.

39. Температура воды 300 К. Какая эта вода: холодная или горячая?

40. Температура в комнате увеличилась на 15 °С. На сколько увеличилась температура по шкале Кельвина?

41. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекул одноатомного газа будет в 2 раза больше, чем при температуре – 73⁰С ?

42. Сколько молекул содержится в 2 м³ газа при давлении 150 кПа и температуре 27 ⁰С ?

43. При какой температуре средняя квадратичная скорость молекул азота равна 830 м/с?

44. Вычислить среднюю квадратичную скорость молекул гелия при 27 ⁰С, если известно, что масса молекулы гелия равна 6,7·10 ^{– 27} кг.

45. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекулы любого газа равна 10,35·10 ^{– 21} Дж?

46. При какой температуре молекулы гелия имеют такую же среднеквадратичную скорость, как и молекулы водорода при температуре 15 ⁰С ?

47. Какое количество вещества содержится в газе, если при давлении 200 кПа и температуре 240 К его объём равен 40 л.

48. При какой температуре 1 л воздуха имеет массу 1 г? Давление воздуха нормальное, то есть 10⁵ Па. Молярная масса воздуха равна 0, 029 кг/моль.

49. Найти давление 1 л неона, если масса его 45 г, а температура 0 ⁰С.

50. В баллоне содержится 40 л газа при температуре 27 ⁰С и давлении 15 ат. Какой объём будет иметь эта масса газа при нормальных условиях ? Нормальные условия: давление газа 10⁵ Па, температура 0 ⁰С. 1 ат ≈10⁵ Па.

51. Стальной баллон наполнен азотом при температуре 12 ⁰С. Давление азота 15 Мпа. Найти плотность азота при этих условиях.

52. В баллоне при температуре 15 ⁰С находится газ. Во сколько раз уменьшится давление газа, если 40% его выйдет из баллона, а температура при этом понизится на 8 ⁰С ?

53. Из баллона ёмкостью 30 л, в котором находится кислород под давлением 72·10⁵ Па и температуре −9 ⁰С, выпустили часть газа, в результате чего температура газа стала 17 ⁰С, а давление упало до 29·10⁵ Па. Какова масса газа, выпущенного из баллона?

54. Газ в сосуде находится под давлением 2·10⁵Па при температуре 127 ⁰С. Определить давление газа после того, как половина массы газа была выпущена из сосуда, а температура понижена на 50 ⁰С.

2.58 В комнате площадью S=20 м² и высотой h =2,5 м температура воздуха повыси-

лась с T₁=288 К до T₂=298 К. Давление постоянно и равно p=100 кПа. На сколько уменьшилась масса Δm воздуха в комнате?

59. Водород при температуре 15 ⁰С и давлении 1,33·10⁵ Па занимает объём 2 л. Газ сжали до объёма 1,5 л и температуру повысили до 30 ⁰С. Каким стало давление газа?

60. Как объяснить закон Бойля – Мариотта на основании молекулярно - кинетической теории?

61. Сосуд вместимостью 12 л, содержащий газ при давлении 0,4 Мпа, соединяют с другим сосудом, из которого полностью откачан воздух. Найти конечное значение давления. Процесс изотермический. Вместимость второго сосуда 3 л.

62. При сжатии газа его объём уменьшился с 8 до 5 литров, а давление повысилось на 60 кПа. Найти первоначальное давление. Процесс изотермический.

63. Какой объём займёт газ при 77 ⁰С, если при 27 ⁰С его объём был 6 л? Давление газа осталось прежним.

64. Давление газа в закрытом сосуде при 27 ⁰С было 75 кПа. Каким будет давление этого газа при температуре - 13 ⁰С ?

65. В нерабочем состоянии при температуре 7 ⁰С давление газа в колбе газонаполненной электрической лампы накаливания равно 80 кПа. Найти температуру газа в горящей лампе, если давление в рабочем режиме возрастает до 100 кПа.

66. При увеличении абсолютной температуры в 1,4 раза объём газа увеличился на 40 см³. Найти первоначальный объём. Процесс изобарный.

67. В сосуде ёмкостью 4 л находится газ при давлении 6·10⁵ Па. Газ изотермически расширяется до объёма, равного 12 л. Затем при изохорическом нагревании его температура увеличивается в три раза. Чему будет равно давление газа в конце процесса?

68. Нарисуйте изохору, изобару и изотерму в координатных осях Р,V.

69. Н а рисунке изображены графики изотермического, изохорического и изобарного процессов в координатных осях Р,Т. Укажите какому процессу соответствует каждый график. Р 1 2

3

0 Т

2.70 Постройте графики процесса, происходящего с идеальным газом ( см. рисунок) в координатах Р,V и Р,Т. Масса газа постоянная. V

1● ●2

3●

0 Т

2.71 Представить данный процесс в координатах V,T и P,V.

Р ●3

1● •2

0 Т