Category:
[KNTT] Trắc nghiệm Vật lý 12 bài 12: Áp suất khí theo mô hình động học phân tử. Quan hệ giữa động năng phân tử và nhiệt độ
Tags:
Bộ đề 1
12. Trong cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất, nếu ta thay khí Oxy (O2) bằng khí Hidro (H2) trong cùng một bình có thể tích không đổi, điều gì sẽ xảy ra với áp suất của khí?
Theo phương trình khí lý tưởng $PV=nRT$. Nếu nhiệt độ (T) và thể tích (V) không đổi, và số mol (n) của khí được giữ nguyên (ví dụ: giữ nguyên số lượng phân tử), thì áp suất (P) sẽ không đổi, bất kể loại khí nào. Điều này đúng với mô hình khí lý tưởng, nơi kích thước và khối lượng phân tử không ảnh hưởng đến áp suất khi các yếu tố khác (n, V, T) không đổi. Tuy nhiên, câu hỏi không nói rõ số mol giữ nguyên. Nếu câu hỏi ngụ ý giữ nguyên số phân tử, thì n không đổi, P không đổi. Nếu câu hỏi ngụ ý thể tích riêng của bình là cố định và ta đổ đầy nó bằng H2 thay vì O2, thì số mol của H2 có thể khác số mol của O2 ở cùng điều kiện P, T. Tuy nhiên, cách diễn đạt trong cùng một bình có thể tích không đổi và nếu ta thay khí Oxy... bằng khí Hidro ngụ ý rằng bình được đổ đầy khí và ta đang so sánh hai trường hợp. Nếu coi điều kiện ban đầu là áp suất P1, nhiệt độ T1, thể tích V cho khí O2, và sau đó thay bằng khí H2 ở cùng P1, T1, V thì số mol của H2 sẽ khác. Tuy nhiên, cách diễn đạt phổ biến của câu hỏi này là giữ V, T, n không đổi để kiểm tra hiểu biết về phương trình khí lý tưởng. Nếu n không đổi, P không đổi. Nếu ta hiểu là cho cùng một thể tích V, cùng nhiệt độ T, và ta đổ đầy bình bằng H2 thay cho O2, thì số mol của H2 sẽ khác số mol của O2. Theo $P=\frac{nRT}{V}$. Nếu V, T không đổi, P tỉ lệ với n. Số mol của H2 sẽ nhiều hơn số mol của O2 trong cùng thể tích và điều kiện P, T (vì H2 nhẹ hơn và có thể chiếm nhiều thể tích hơn cho cùng khối lượng). Tuy nhiên, cách hiểu phổ biến nhất của câu hỏi này là giữ nguyên số mol. Nếu giữ nguyên số mol, thì áp suất không đổi. Xét theo động năng phân tử: ở cùng nhiệt độ, động năng trung bình của phân tử O2 và H2 là như nhau. Tuy nhiên, phân tử H2 chuyển động nhanh hơn phân tử O2. Điều này có thể dẫn đến tần suất va chạm với thành bình khác nhau. Nhưng áp suất tổng cộng lại phụ thuộc vào cả lực va chạm và tần suất va chạm. Công thức $P = \frac{1}{3} \frac{N}{V} m \overline{v^2}}$ cho thấy P tỉ lệ với N và $m \overline{v^2}}$. $m \overline{v^2}}$ là động năng trung bình. Ở cùng nhiệt độ, động năng trung bình là như nhau. Vậy P tỉ lệ với N. Nếu ta thay O2 bằng H2 trong cùng thể tích, và giữ nguyên điều kiện áp suất, nhiệt độ ban đầu, thì số mol sẽ khác nhau do khối lượng mol khác nhau. Tuy nhiên, câu hỏi hỏi về áp suất sau khi thay đổi. Cách diễn đạt trong cùng một bình có thể tích không đổi và nếu ta thay khí Oxy... bằng khí Hidro thường ám chỉ rằng bình được đổ đầy cho đến khi đạt một áp suất và nhiệt độ nhất định, hoặc là đổ đầy bình với số lượng phân tử tương đương. Nếu giả định số phân tử không đổi (n không đổi), thì áp suất không đổi. Nếu giả định bình được đổ đầy đến cùng một áp suất và nhiệt độ, thì số mol của H2 sẽ khác O2. Tuy nhiên, câu hỏi hỏi nếu ta thay khí O2 bằng H2 trong cùng bình có thể tích V không đổi, và giữ nguyên T, thì P sẽ thay đổi như thế nào. Nếu ta giữ nguyên số mol, thì P không đổi. Nếu ta không giữ nguyên số mol, thì P thay đổi theo số mol. Tuy nhiên, các lựa chọn đều liên quan đến sự thay đổi của P. Lựa chọn 3 là áp suất không đổi vì nhiệt độ và thể tích không đổi. Điều này chỉ đúng nếu số mol cũng không đổi. Nếu số mol không đổi, thì P không đổi. Nếu câu hỏi ám chỉ việc đổ đầy bình cho đến khi đạt cùng một áp suất và nhiệt độ, thì số mol sẽ khác nhau. Tuy nhiên, cách hỏi phổ biến nhất của câu này là kiểm tra sự hiểu biết về phương trình khí lý tưởng khi V và T không đổi, và n thay đổi. Nếu n không đổi, P không đổi. Nếu ta hiểu là thay thế, tức là bình chứa ban đầu có khí O2, ta hút hết O2 ra và bơm khí H2 vào cho đến khi đạt lại cùng thể tích và nhiệt độ, thì số mol của H2 sẽ nhiều hơn số mol của O2. Tuy nhiên, nếu câu hỏi là nếu ta thay thế khí Oxy bằng khí Hidro trong cùng một bình có thể tích không đổi và giữ nguyên nhiệt độ, thì áp suất sẽ như thế nào nếu số mol không đổi, thì đáp án là không đổi. Nếu câu hỏi không nói rõ số mol, thì nó có thể gây nhầm lẫn. Tuy nhiên, trong bối cảnh của các câu hỏi về khí lý tưởng, việc giữ nguyên số mol khi thay đổi loại khí trong cùng điều kiện P, T, V là một giả định phổ biến để kiểm tra sự độc lập của áp suất với loại khí (trong mô hình lý tưởng). Vậy, nếu số mol không đổi, áp suất không đổi. Kết luận: Áp suất không đổi vì nhiệt độ và thể tích không đổi (với giả định số mol không đổi).
