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【資料圖】
道爾頓分壓定律(道爾頓分壓定律的適用范圍)
物理問(wèn)題中經(jīng)常出現(xiàn)具有某種性質(zhì)的氣體。如果氣體質(zhì)量發(fā)生變化,理想氣體方程就失效了。
例:農(nóng)村常用的噴灑農(nóng)藥的壓縮式噴霧器的結(jié)構(gòu)如圖所示。
A的體積為7.5L,藥液上方的空氣體壓力為10Pa,體積為1.5L,關(guān)閉閥門K,用泵b每次泵入10Pa的空氣體0.25L,然后:
(1)要使藥液上方的氣體壓力達(dá)到4×10?Pa,泵活塞應(yīng)敲擊多少次?
(2)當(dāng)a中有4×10?Pa 空氣體時(shí),打開(kāi)閥門k噴灑藥液,直到噴不出來(lái)為止。容器A中還剩多少液體藥物?
解決方案1:回歸收集方法
(1)放氣問(wèn)題:既要考慮留在容器內(nèi)的氣體A,也要考慮從容器內(nèi)逸出的氣體B。a和B是兩組氣體,兩個(gè)研究對(duì)象應(yīng)該分別使用氣體實(shí)驗(yàn)定律。
(2)充氣:既要考慮開(kāi)始時(shí)容器內(nèi)的氣體A,也要考慮后來(lái)要充入容器的氣體B。將a和B平均分成兩個(gè)研究對(duì)象,分別采用氣體實(shí)驗(yàn)定律。
(1)先虛擬一個(gè)等壓過(guò)程。(等效過(guò)程)
改變要充入氣體的壓力狀態(tài)為4×10?Pa,體積設(shè)為v根據(jù)玻意耳定律
1×10?Pa×N 0.25L=4×10?Pa×V
V=N/16(長(zhǎng))
容器a的壓力狀態(tài)變?yōu)?×10?Pa,體積為v′,根據(jù)玻意耳定律得到。
1×10?pa×1.5j=4×10?pa×v′
v′= 1.5/4(長(zhǎng))
V+V′= 1.5(長(zhǎng))
1.5/4+N/16=1.5
N=18
(2)當(dāng)內(nèi)外氣壓相等時(shí),藥液不再噴出。此時(shí)p = 1× 10pa,v3 =?根據(jù)波義耳定律,PV = PV,v = 6L,剩余藥液的體積:△ v = 7.5L-6L = 1.5L。
答:(1)要使藥液上方的氣體壓力4x10?Pa,泵活塞要打18下;
(2)當(dāng)a中有4×10?Pa 空氣體時(shí),打開(kāi)閥門k進(jìn)行噴霧。
當(dāng)藥液噴不出來(lái)時(shí),容器A中藥液剩余體積為1.5L。
解析:
(1)當(dāng)氣體等溫變化時(shí),應(yīng)用波義耳定律計(jì)算抽氣次數(shù);
(2)當(dāng)內(nèi)外氣壓相等時(shí),藥液不再噴出。應(yīng)用波義耳定律計(jì)算空氣體的體積再計(jì)算剩余的藥液。
解法二:合成理想氣體狀態(tài)方程PV = NRTN = PV/RT,膨脹和放氣,物質(zhì)總量不變。
設(shè)抽次數(shù)為n,物質(zhì)的狀態(tài)變化為等溫。
n?=p?v?/RT=1×10?Pa×1.5L/RT
n?=N p?v?/RT=N 1×10?Pa×0.25L/RT
n?=p?v?/RT=4×10?Pa×1.5L/RT
n?+Nn?=n?
得到N=18
解答3:道爾頓分壓定律
(1)充氣后的氣體壓力始終是4×10?Pa、
原始?xì)怏w壓力不會(huì)改變到1×10?Pa,
那么充入氣體的壓強(qiáng)就是3×10?Pa.
將波義耳定律應(yīng)用于帶電氣體,
1× 10pa× n 0.25l = 3× 10pa× 1.5l得到N=18。
混合氣體的壓強(qiáng)等于每組氣體單獨(dú)存在并占據(jù)體積時(shí)的壓強(qiáng),它有混合氣體的溫度和這組氣體的摩爾數(shù)之和。這是道爾頓實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,叫做道爾頓分壓定律,表達(dá)式為P = ∑ PI。
值得注意的是,如果單獨(dú)研究混合氣體中的某一組氣體,它仍然遵循理想氣體的物態(tài)方程和該氣體的克拉貝龍方程。
示例:如圖所示,
一種太陽(yáng)能空集氣器,其底部和側(cè)面由隔熱材料制成,頂部由透明玻璃板制成。集熱器的體積為v,開(kāi)始時(shí)內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為P,氣體的溫度從T = 300 K上升到太陽(yáng)暴曬后的T = 350 K。
(1)求此時(shí)氣體的壓力;
(2)保持t = 350k,慢慢抽出部分氣體,使氣體壓力變回p,求收集器中剩余氣體的質(zhì)量與原來(lái)總質(zhì)量的比值。
示例:如圖所示,
一種用于噴灑農(nóng)藥的噴霧器,其藥液桶總?cè)莘e為14L。藥液灌裝后,藥液上方密封的空氣體的體積為2L,氣壓為1個(gè)大氣壓。無(wú)論環(huán)境溫度如何變化,泵活塞一次能注入0.2L 空氣壓為1atm的氣體。
1.藥液上面的氣壓要充到5個(gè)大氣壓多少次?
2.如果藥液上方氣壓達(dá)到5個(gè)大氣壓,停止抽氣,開(kāi)始噴出,噴霧器無(wú)法再噴出時(shí),鋼瓶里還剩多少升藥液?
例如:一個(gè)容積為20L的氧氣瓶含有30個(gè)大氣壓的氧氣?,F(xiàn)在,氧氣被裝入體積為5L的小鋼瓶中,這樣每個(gè)小鋼瓶中氧氣的壓力為5個(gè)大氣壓。如果每個(gè)小鋼瓶里原來(lái)的氧氣壓力是1atm,可以裝多少瓶?(假設(shè)封裝過(guò)程中不漏氣,溫度恒定)