При какой температуре давление 240 литров водорода составляет 126,6 кПа, если при нормальных условиях тот же газ занимает объем 364 литров? Какова масса этого газа?

Физика 11 класс Газовые законы давление водорода температура водорода объём водорода масса водорода нормальные условия физика 11 класс Новый

Для решения данной задачи мы будем использовать закон Бойля-Мариотта и уравнение состояния идеального газа. Начнем с того, что необходимо выяснить, при какой температуре давление водорода составляет 126,6 кПа, если его объем изменился с 364 литров до 240 литров.

Шаг 1: Определение нормальных условий.

При нормальных условиях (0 градусов Цельсия и 101,3 кПа) объем водорода равен 364 литрам. Теперь мы можем использовать уравнение состояния идеального газа:

P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2

где:

• P1 = 101,3 кПа (давление при нормальных условиях)
• V1 = 364 литра (объем при нормальных условиях)
• T1 = 273,15 K (температура при нормальных условиях)
• P2 = 126,6 кПа (давление, которое мы ищем)
• V2 = 240 литров (объем, который мы имеем)

Шаг 2: Подстановка значений в уравнение.

Теперь подставим известные значения в уравнение:

101,3 кПа * 364 л / 273,15 K = 126,6 кПа * 240 л / T2

Шаг 3: Переписываем уравнение для T2.

Теперь выразим T2:

T2 = (126,6 кПа * 240 л * 273,15 K) / (101,3 кПа * 364 л)

Шаг 4: Вычисление T2.

Теперь проведем расчеты:

• 126,6 * 240 = 30384
• 101,3 * 364 = 36875.2
• Теперь подставим эти значения:
• T2 = (30384 * 273,15) / 36875.2
• T2 ≈ 223.4 K

Шаг 5: Определение массы водорода.

Теперь, когда мы знаем температуру, можем найти массу водорода. Для этого используем формулу:

m = (P * V) / (R * T),

где R - универсальная газовая постоянная (R ≈ 8,31 Дж/(моль·K)), а для водорода молярная масса составляет 2 г/моль.

Подставим значения:

m = (126600 Па * 240 л) / (8,31 Дж/(моль·K) * 223.4 K)

Объем в литрах нужно перевести в кубические метры: 240 л = 0.240 м³.

Теперь подставим:

m = (126600 * 0.240) / (8.31 * 223.4)

После расчетов получим массу водорода:

• m ≈ 1.29 кг

Ответ: Температура составляет примерно 223.4 K, а масса водорода равна 1.29 кг.