在處理理想氣體方程問題時,常會遇見以打氣、抽氣、灌氣、漏氣和混合氣等為情景的試題,這類問題缸內氣體是在變化,稱為“熱學變質量模型”,一般是做等溫變化。
氣體變質量模型處理方法
由于理想氣體狀態方程只適用于一定量的理想氣體,在分析變質量問題時,可以通過巧妙地選擇合適的研究對象,即把進入氣體和原有氣體作為研究對象,或放出氣體與剩余氣體為研究對象,從而使這類問題轉化為一定質量的氣體問題,用理想氣體狀態方程求解。
氣體變質量模型常考的種類
1、打(進)氣模型
設想將充進容器內的氣體用一根無形的彈性口袋收集起來,那么當我們取容器和口袋內的全部氣體為研究對象時,這些氣體狀態不管怎樣變化,其質量總是不變的.這樣,我們就 將變質量的問題轉化成質量一-定的問題了.
設原氣缸內氣體壓強為p0,體積為V,每次打入壓強為p0,體積為v0的氣體,求打n次后缸內氣體的壓強p。以n次打入的氣體和原有氣體為研究對象,則:
? ? p0(V+nV0)=pV,解得:
2、抽(放)氣模型
用打氣筒對容器抽氣的的過程中,對每一次抽氣而言,氣體質量發生變化,其解決方法同充氣問題類似,假設把每次抽出的氣體包含在氣體變化的始末狀態中,即用等效法把變質量問題轉化為恒定質量的問題。
1、以n次放出氣體和剩余氣體為研究對象,即等壓打氣的逆過程,求解放出氣體的份數或者放出一定氣體后剩余氣體的壓強。
? ?pV=p0(V+nV0),解得
2、以每次放出的mL氣體和剩余氣體為研究對象,求解放出n次后剩余氣體的壓強。第一次放出mL氣體后,壓強為p1,則:p0V=p1(V+m)
第一次放出mL氣體后,壓強為p2,則:p1V=p2(V+m)
以此類推得:pn-1V=pn(V+m),解得:
例題:
1、(2017.惠州4月模擬)如圖所示,噴灑農藥用的某種噴霧器,其藥液桶的總容積為14 L,裝入藥液后,封閉在藥液上方的空氣 體積為2 L,氣壓為1 atm。打氣筒活塞每次可以打進氣壓為1 atm、體積為0.2L 的空氣。不考慮環境溫度的變化。
①要使藥液上方的氣體壓強增大到5 atm,應打氣多少次?
②如果藥液上方的氣體壓強達到5 atm時停止打氣,并開始向外噴藥,那么 當噴霧器不能再向外噴藥時,筒內剩下的藥液還有多少升?
解:①環境溫度不變,封閉在藥液上方的氣體做等溫變化,設打氣n次,對封閉在藥液上方的空氣和打入的空氣。
初態:p1=1atm? V1=2L+02nL
末態: p2=5atm? V2=2L
由玻意耳定律得: p1V1=p2V2
解得: n=40
②當噴霧器不能再向外噴藥時,筒內空氣的壓強為P3=1atm
由玻意耳定律得: p2V2=p3V3
解得:V3=p2V2/p3=10L
剩下的藥液體積V=14L-10L=4L
2、一個籃球的容積是2.5L,用打氣筒給籃球打氣時,每次把10^5Pa的空氣打進去 125cm3。如果在打氣前籃球里的空氣壓強也是10^5Pa,那么打30次以后籃球內的空氣壓強是多少Pa? (設在打氣過程中氣體溫度不變 )
3、用容積為ΔV的活塞式抽氣機對容積為Vo的容器中的氣體抽氣,如圖所示。 設容器中原來氣體壓強為Po,抽氣過程中氣體溫度不變.求抽氣機的活塞抽動n次 后,容器中剩余氣體的壓強Pn為多大?
4、開口的玻璃瓶內裝有空氣,當溫度自0°C升高到100° C時,瓶內恰好失去質量為1g 的空氣,求瓶內原有空氣質量多少克? 后,容器中剩余氣體的壓強P為多大?
解析:瓶子開口,瓶內外壓強相等,大氣壓認為是不變的,所以瓶內的空氣變化可認為是等壓變化,設瓶內空氣在0°C時密度為p1 , 在100°C時密度為ρ2, 瓶內原來空氣質量為 m,加熱后失去空氣質量為Δm,由于對同一氣體來說,ρ正比于m,故有
p1/p2=m/(m-Δm)
根據蓋.呂薩克定律密度方程:ρ1T1=p2T2