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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)
物理問題中經常出現具有某種性質的氣體。如果氣體質量發生變化,理想氣體方程就失效了。
例:農村常用的噴灑農藥的壓縮式噴霧器的結構如圖所示。
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到4×10?Pa,泵活塞應敲擊多少次?
(2)當a中有4×10?Pa 空氣體時,打開閥門k噴灑藥液,直到噴不出來為止。容器A中還剩多少液體藥物?
解決方案1:回歸收集方法
(1)放氣問題:既要考慮留在容器內的氣體A,也要考慮從容器內逸出的氣體B。a和B是兩組氣體,兩個研究對象應該分別使用氣體實驗定律。
(2)充氣:既要考慮開始時容器內的氣體A,也要考慮后來要充入容器的氣體B。將a和B平均分成兩個研究對象,分別采用氣體實驗定律。
(1)先虛擬一個等壓過程。(等效過程)
改變要充入氣體的壓力狀態為4×10?Pa,體積設為v根據玻意耳定律
1×10?Pa×N 0.25L=4×10?Pa×V
V=N/16(長)
容器a的壓力狀態變為4×10?Pa,體積為v′,根據玻意耳定律得到。
1×10?pa×1.5j=4×10?pa×v′
v′= 1.5/4(長)
V+V′= 1.5(長)
1.5/4+N/16=1.5
N=18
(2)當內外氣壓相等時,藥液不再噴出。此時p = 1× 10pa,v3 =?根據波義耳定律,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a中有4×10?Pa 空氣體時,打開閥門k進行噴霧。
當藥液噴不出來時,容器A中藥液剩余體積為1.5L。
解析:
(1)當氣體等溫變化時,應用波義耳定律計算抽氣次數;
(2)當內外氣壓相等時,藥液不再噴出。應用波義耳定律計算空氣體的體積再計算剩余的藥液。
解法二:合成理想氣體狀態方程PV = NRTN = PV/RT,膨脹和放氣,物質總量不變。
設抽次數為n,物質的狀態變化為等溫。
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、
原始氣體壓力不會改變到1×10?Pa,
那么充入氣體的壓強就是3×10?Pa.
將波義耳定律應用于帶電氣體,
1× 10pa× n 0.25l = 3× 10pa× 1.5l得到N=18。
混合氣體的壓強等于每組氣體單獨存在并占據體積時的壓強,它有混合氣體的溫度和這組氣體的摩爾數之和。這是道爾頓實驗得出的結論,叫做道爾頓分壓定律,表達式為P = ∑ PI。
值得注意的是,如果單獨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方程和該氣體的克拉貝龍方程。
示例:如圖所示,
一種太陽能空集氣器,其底部和側面由隔熱材料制成,頂部由透明玻璃板制成。集熱器的體積為v,開始時內部封閉氣體的壓強為P,氣體的溫度從T = 300 K上升到太陽暴曬后的T = 350 K。
(1)求此時氣體的壓力;
(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量與原來總質量的比值。
示例:如圖所示,
一種用于噴灑農藥的噴霧器,其藥液桶總容積為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個大氣壓。無論環境溫度如何變化,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個大氣壓多少次?
2.如果藥液上方氣壓達到5個大氣壓,停止抽氣,開始噴出,噴霧器無法再噴出時,鋼瓶里還剩多少升藥液?
例如:一個容積為20L的氧氣瓶含有30個大氣壓的氧氣。現在,氧氣被裝入體積為5L的小鋼瓶中,這樣每個小鋼瓶中氧氣的壓力為5個大氣壓。如果每個小鋼瓶里原來的氧氣壓力是1atm,可以裝多少瓶?(假設封裝過程中不漏氣,溫度恒定)