Sách bài tập Vật lí 12 Bài 5 (Chân trời sáng tạo): Thuyết động học phân tử chất khí

Giải SBT Vật lí 12 Bài 5: Thuyết động học phân tử chất khí

A. Trắc nghiệm

Câu 5.1 (B) trang 20 Sách bài tập Vật Lí 12: Đặc điểm nào sau đây không phải đặc điểm của chất khí?

A. Các phân tử chuyển động hỗn loạn, không ngừng.

B. Nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh.

C. Lực tương tác giữa các phân tử rất nhỏ.

D. Các phân tử sắp xếp một cách có trật tự.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Các phân tử của chất khí chuyển động hỗn loạn không ngừng.

Câu 5.2 (H) trang 20 Sách bài tập Vật Lí 12: Chuyển động nào sau đây không được coi là chuyển động Brown?

A. Chuyển động của hạt phấn hoa trên mặt nước.

B. Chuyển động của các hạt bụi lơ lửng trong không khí khi quan sát dưới ánh nắng mặt trời vào buổi sáng.

C. Chuyển động của các hạt mực khi nhỏ các giọt mực vào nước.

D. Chuyển động của các hạt bụi nhỏ trong ống khói của nhà máy xi măng đang vận hành.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Khi ống khói của nhà máy xi măng vận hành, các hạt bụi nhỏ chuyển động thành dòng do hệ thống quạt hút mà không phải là chuyển động hỗn loạn.

Câu 5.3 (H) trang 20 Sách bài tập Vật Lí 12: Xét một khối khí chứa trong bình kín. Khi nhiệt độ tăng, áp suất khối khí trong bình tăng lên là do

A. số lượng phân tử tăng nên số va chạm vào thành bình tăng lên, làm áp suất tăng.

B. các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm vào thành bình mạnh hơn, làm áp suất tăng.

C. khối lượng phân tử khí tăng nên va chạm với thành bình mạnh hơn, làm áp suất tăng.

D. các phân tử khí chuyển động chậm hơn, va chạm vào thành bình yếu hơn, làm áp suất tăng.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Khi nhiệt độ trong bình tăng, tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí tăng, động lượng tăng nhanh, áp lực lên thành bình tăng làm áp suất của khối khí trong bình tăng.

Câu 5.4 (H) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Số phân tử oxygen chứa trong 16 g khí là

Biết khối lượng mol của oxygen là 32 g/mol.

A. 3,01.10²³.

B. 6,02.10²³.

C. 12,04.10²³.

D. 1,51.10²³.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Ta có: $\mathrm{N}=\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{M}}\cdot {\mathrm{N}}_{\text{A}}=\frac{16}{32}\cdot 6,02\cdot {10}^{23}=3,01\cdot {10}^{23}$ phân tử.

Câu 5.5 (VD) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi lái xe dưới trời nắng nóng, nhiệt độ ngoài trời tăng cao làm cho nhiệt độ khối khí bên trong lốp xe cũng tăng theo. Điều này ảnh hưởng như thế nào đến áp suất khí trong lốp xe và cần lưu ý gì khi di chuyển?

A. Áp suất khí trong lốp xe giảm, nên cần bơm thêm khí vào lốp trước khi di chuyển.

B. Áp suất khí trong lốp xe không thay đổi vì khối lượng khí bên trong lốp không đổi.

C. Áp suất khí trong lốp xe tăng, nên kiểm tra và điều chỉnh áp suất của lốp để tránh bơm quá căng khi trời nóng.

D. Áp suất khí trong lốp xe tăng, điều này có lợi cho việc di chuyển vì giảm ma sát.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Khi nhiệt độ tăng, các phân tử khí bên trong lốp xe chuyển động nhanh hơn và va chạm mạnh hơn vào thành lốp, làm tăng áp suất. Do đó người lái xe cần chú ý tránh tình trạng bơm quá căng, ảnh hưởng đến tuổi thọ của lốp và an toàn khi lái xe. Kiểm tra và điều chỉnh áp suất lốp phù hợp với điều kiện nhiệt độ để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi di chuyển.

B. Tự luận

• Bài 5.1 (B) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Phát biểu nội dung của thuyết động học phân tử chất khí. Từ đó giải thích tính dễ nén của chất khí.

  Lời giải:

  Nội dung của thuyết động học phân tử chất khí:

  – Chất khí gồm tập hợp rất nhiều các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng.

  – Các phân tử khí luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

  – Trong quá trình chuyển động, các phân tử khí va chạm với thành bình chứa, gây ra áp suất lên thành bình.

  Giải thích tính dễ nén của chất khí: Vì khoảng cách trung bình giữa các phân tử chất khí là rất lớn so với khoảng cách trung bình giữa các phân tử chất lỏng và chất rắn, nên giữa các phân tử có nhiều khoảng trống. Vì vậy chất khí dễ nén hơn so với chất lỏng và chất rắn.

• Bài 5.2 (H) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Tính số phân tử nước có trong 1 g nước cất. Biết khối lượng mol của phân tử nước là 18 g/mol.

  Lời giải:

  Áp dụng công thức: $\mathrm{N}=\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{M}}\cdot {\mathrm{N}}_{\text{A}}=\frac{1}{18}\cdot 6,02{.10}^{23}\approx 3,34{.10}^{22}$ phân tử

• Bài 5.3 (H) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Tính số phân tử oxygen có trong 1 g không khí. Biết khối lượng mol của phân tử không khí và oxygen lần lượt là 29 g/mol và 32 g/mol, tỉ lệ khối lượng của oxygen trong không khí là 21%.

  Lời giải:

  Khối lượng oxygen có trong 1 g không khí là: 0,21 g.

  Số phân tử oxygen:

  ${\mathrm{N}}_{{\text{O}}_2}=\frac{{\mathrm{m}}_{{\text{O}}_2}}{{\mathrm{M}}_{{\text{O}}_2}}\cdot {\mathrm{N}}_{\text{A}}=\frac{0,21}{32}\cdot 6,02\cdot {10}^{23}\approx 3,95\cdot {10}^{21}$phân tử.

• Bài 5.4 (VD) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Quả bóng bay sau khi được bơm căng không khí đã được buộc chặt miệng. Tuy nhiên sau vài ngày, bóng bay thường bị xẹp dần (coi như nhiệt độ không đổi). Hãy giải thích hiện tượng này.

  Lời giải:

  Không khí và vỏ bóng bay đều được cấu tạo từ các phân tử, giữa các phân tử có khoảng cách, vậy nên sau một khoảng thời gian, các phân tử khí sẽ len lỏi qua khoảng cách giữa các phân tử vỏ bóng bay thoát ra ngoài, làm cho lượng khí bên trong bóng bay giảm dần, quả bóng xẹp dần.

• Bài 5.5 (VD) trang 21 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi kết thúc một số sự kiện (như ngày hội, kỉ niệm, khai giảng, khai trương,...), ban tổ chức thường thả các chùm bóng bay đủ màu sắc lên trời để gửi gắm các ước mơ, dự định. Các quả bóng bay này thường được bơm bằng khí nhẹ như hydrogen hoặc helium.

  a) Tại sao các quả bóng bay có thể bay được lên cao?

  b) Các quả bóng bay không thể bay lên cao mãi. Tuỳ theo chất liệu của vỏ quả bóng và áp suất ban đầu của khí trong bóng mà nó có thể bay đến độ cao nhất định rồi vỡ trong không trung. Độ cao này khoảng từ 400 m đến 11 km. Tại sao khi bay đến độ cao nhất định thì bóng bay bị vỡ?

  c) Sau khi vỡ, các mảnh bóng bay sẽ rơi trở lại bề mặt Trái Đất. Hãy trình bày mối nguy hại tiềm ẩn của các mảnh vỡ bóng bay này với môi trường, sinh vật, an ninh và an toàn.

  d) Nếu các quả bóng bay được bơm bằng hydrogen thì nó còn có nguy cơ phát nổ khi tiếp xúc với lửa, gây tai nạn bỏng cho người đứng gần. Tại sao bóng bay lại phát nổ khi tiếp xúc với lửa?

  Lời giải:

  a) Do bóng bay được bơm bằng khí nhẹ (khí He, khí H₂) có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí nên lực đẩy Archimedes lớn hơn trọng lực tác dụng lên nó, làm quả bóng bay lên cao.

  b) Càng lên cao, không khí càng loãng (mật độ phân tử không khí giảm), áp suất khí quyển càng giảm, quả bóng càng phình to, làm lớp cao su bề mặt vỏ quả bóng bị dãn ra. Khi vượt quá giới hạn đàn hồi của lớp cao su thì quả bóng bị vỡ.

  c) Các nguy hại tiềm ẩn của các mảnh vỡ bóng bay khi nó rơi trở lại bề mặt Trái Đất là:

  – Gây ô nhiễm môi trường (cao su mất thời gian rất lâu để phân huỷ).

  – Các động vật trên cạn và dưới nước (như cá, chim,...) có thể nhầm tưởng thức ăn và ăn phải vật liệu này, gây tắc nghẽn đường tiêu hoá hoặc ngộ độc, thậm chí bị chết.

  – Các mảnh bóng bay rơi vào đường dây điện, có thể gây ra chập điện, cháy nổ.

  – Ngoài ra, với độ cao như trên, các quả bóng bay cũng có nguy cơ gây mất an toàn cho ngành hàng không.

  d) Đối với loại bóng bay được bơm bằng hydrogen, khi bị tác động bởi lửa, hydrogen trong bóng sẽ thoát ra và cháy trong không khí gây ra tiếng nổ và gây tai nạn bỏng cho người đứng gần. Ở nước ta, trong thời gian qua đã xuất hiện một số vụ tai nạn nổ bóng bay chứa hydrogen này.

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 5: Thuyết động học phân tử chất khí

1. Chuyển động Brown

Chuyển động Brown là chuyển động hỗn loạn, không ngừng, có quỹ đạo là những đường gấp khúc bất kì của các hạt nhẹ trong chất lỏng và chất khí.

Chuyển động Brown chứng tỏ các phân tử chất khí chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh.

2. Chất khí

Tính chất của chất khí

Chất khí:

- Có hình dạng và thể tích của bình chứa nó.

- Có khối lượng riêng nhỏ hơn nhiều so với chất lỏng và chất rắn.

- Dễ bị nén.

- Gây ra áp suất lên thành bình chứa nó. Khi nhiệt độ tăng, áp suất khí tác dụng lên thành bình tăng.

Lượng chất

Lượng chất chứa trong một vật được xác định dựa vào số phân tử được chứa trong vật đó.

Đơn vị đo lượng chất là mol: Mol là lượng chất trong đó chứa số phân tử (hoặc nguyên tử) bằng N = 6,02.10²³ mol^-1

N được gọi là số Avogadro (số phân tử trong 1 mol chất).

Số mol của mẫu chất có khối lượng m là: $n=\frac{N}{N_A}=\frac{m}{M}$

3. Thuyết động học phân tử chất khí

Chất khí gồm tập hợp rất nhiều các phân tử có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng.

Các phân tử khí luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Nhiệt độ càng cao, các phân tử khí chuyển động càng nhanh. Trong quá trình chuyển động, các phân tử khí va chạm với thành bình chứa, gây ra áp suất lên thành bình.