Да. Решаем по одному простому принципу: перевести в СИ → найти число молей или плотность → подставить в одну формулу.
Краткие ответы
- \(N \approx 4{,}0\cdot10^{24}\) молекул
- \(v_{\text{кв}} \approx 1{,}91\cdot10^3\) м/с, то есть примерно \(1{,}9\) км/с
- \(p \approx 4{,}2\) кПа
- \(V_{\min} \approx 0{,}0305\) м³, то есть примерно \(30{,}5\) л
1. Сколько молекул в 120 г воды
Дано:
\(m=120\) г, \(M(H_2O)=18\) г/моль, \(N_A=6{,}02\cdot10^{23}\) моль\(^{-1}\).
Сначала узнаём число молей:
\[ \nu=\frac{m}{M}=\frac{120}{18}\approx6{,}67\ \text{моль}. \]
В одном моле — \(N_A\) молекул, поэтому:
\[ N=\nu N_A=6{,}67\cdot6{,}02\cdot10^{23} \approx4{,}0\cdot10^{24}. \]
Ответ: примерно \(4{,}0\cdot10^{24}\) молекул.
Проверка: \(4{,}0\cdot10^{24}\) молекул — это \(6{,}67\) моль, а \(6{,}67\cdot18\approx120\) г.
2. Средняя квадратичная скорость
Дано:
\(p=50\) кПа \(=5\cdot10^4\) Па,
\(\rho=4{,}1\cdot10^{-2}\) кг/м³.
Давление газа связано со скоростью молекул формулой:
\[ p=\frac13\rho v^2. \]
Отсюда:
\[ v=\sqrt{\frac{3p}{\rho}}. \]
Подставляем:
\[ v=\sqrt{\frac{3\cdot5\cdot10^4}{4{,}1\cdot10^{-2}}} \approx1{,}91\cdot10^3\ \text{м/с}. \]
Ответ: примерно \(1{,}9\cdot10^3\) м/с.
Проверка:
\(\frac13\cdot0{,}041\cdot(1910)^2\approx5\cdot10^4\) Па.
3. Давление газа в ёмкости
Дано:
\(V=1\) л \(=10^{-3}\) м³,
\(m=5\) г \(=5\cdot10^{-3}\) кг,
\(v=50\) м/с.
Находим плотность газа:
\[ \rho=\frac{m}{V} =\frac{5\cdot10^{-3}}{10^{-3}} =5\ \text{кг/м}^3. \]
Используем ту же формулу:
\[ p=\frac13\rho v^2. \]
\[ p=\frac13\cdot5\cdot50^2 \approx4{,}17\cdot10^3\ \text{Па} \approx4{,}2\ \text{кПа}. \]
Ответ: примерно \(4{,}2\) кПа.
4. Наименьший объём баллона
Дано:
\(m=6{,}4\) кг,
\(M(O_2)=32\) г/моль \(=0{,}032\) кг/моль,
\(t=20^\circ C\), значит \(T=293\) К,
\(p_{\max}=16\) МПа \(=16\cdot10^6\) Па.
Сначала найдём число молей кислорода:
\[ \nu=\frac{m}{M} =\frac{6{,}4}{0{,}032} =200\ \text{моль}. \]
Из уравнения состояния газа:
\[ pV=\nu RT, \]
поэтому
\[ V=\frac{\nu RT}{p}. \]
\[ V=\frac{200\cdot8{,}31\cdot293}{16\cdot10^6} \approx0{,}0305\ \text{м}^3. \]
В литрах:
\[ 0{,}0305\ \text{м}^3=30{,}5\ \text{л}. \]
Ответ: теоретически минимальный объём — примерно \(30{,}5\) л. Меньше нельзя: при меньшем объёме давление превысит допустимые \(16\) МПа.
Что запомнить, чтобы решать похожие задачи
- Обязательно переводите кПа и МПа в Па, литры — в м³.
- Масса → число молей: \(\nu=m/M\).
- Число молей → число частиц: \(N=\nu N_A\).
- Давление через скорость молекул: \(p=\frac13\rho v^2\).
- Для газа: \(pV=\nu RT\); при неизменной температуре объём и давление связаны обратно пропорционально.
