Mô hình phân tử chất khí – Vật lí 12 – Đinh Thiện Lý

Vật lí · Lớp 12

Chọn lớp 10–12, môn và chương. Mở bài để học trọn nội dung, xem lời giải chi tiết và lưu tiến độ.

Vật lí · Lớp 12

Mô hình phân tử chất khí – Vật lí 12 – Đinh Thiện Lý

19 câu luyện tập · Không giới hạn thời gian

Nguồn tài liệu

Tài liệu ôn tập Vật lí 12 – Trường Đinh Thiện Lý

Thầy Nhựt cổ vũ bạn!

THI THỬ · THỬ SỨC MỘT CHÚT

Học rồi, mình thử sức nha!

Học rồi, giờ mình làm bài thi thử một chút nha, Mèo ham học! Thầy Nhựt cổ vũ bạn nè ♡

Chưa có biệt danh? Thầy Nhựt tạm gọi bạn bằng một biệt danh dễ nhớ nhé.

① Chọn lớp · môn · chương② Tùy số câu & thời gian③ Nộp bài, xem điểm & lời giải

Thử nhanh 10 câu hoặc tự ghép đề theo sức mình. Bạn chọn khi nào sẵn sàng!

✦Tạo đề theo gu của bạnChọn lớp → môn → chương. Phần còn lại để Thầy Nhựt!+

Lịch sử học của bạn

Tên và tiến độ học lưu trên trình duyệt; riêng ảnh tự luận bạn chủ động bấm Nộp & lưu mới được gửi lên vùng lưu riêng tư của website.

Ôn tập học kỳ 1 Vật lí 12 Trường Đinh Thiện Lý: Cấu trúc chất khí, minh họa các phân tử chuyển động trong bình kín.

Bộ 19 câu gồm 12 câu trắc nghiệm, 3 câu Đúng/Sai và 4 câu trả lời ngắn. Đọc công thức, tự làm bài và mở lời giải để đối chiếu từng bước.

Mô hình động học phân tử chất khí – Vật lí 12

Nắm mô hình khí lí tưởng, ý nghĩa áp suất và quan hệ giữa nhiệt độ với chuyển động phân tử giúp giải 19 câu luyện tập về chất khí, động năng tịnh tiến và tốc độ căn quân phương.

Công thức cần nhớ

Với khí lí tưởng ở trạng thái cân bằng:

$p V = n R T = N k_{B} T, p = \frac{1}{3} ρ \overset{―}{v^{2}} .$

${\overset{―}{E}}_{đ} = \frac{3}{2} k_{B} T, v_{r m s} = \sqrt{\overset{―}{v^{2}}} = \sqrt{\frac{3 k_{B} T}{m_{0}}} = \sqrt{\frac{3 R T}{M}} .$

Ở đây, $p$ là áp suất tuyệt đối (Pa); $V$ là thể tích (m³); $n$ là số mol; $N$ là số phân tử; $ρ$ là khối lượng riêng (kg/m³); $m_{0}$ là khối lượng một phân tử (kg); $M$ là khối lượng mol (kg/mol). Dùng $R \approx 8, 314 J / (m o l \cdot K)$ , $k_{B} = 1, 380649 \times 10^{- 23} J / K$ và $T = t + 273, 15$ với $T$ tính bằng K, $t$ tính bằng °C. Khi bài cho hằng số gần đúng, dùng giá trị đã cho trong bài.

Phân tử khí chuyển động và tạo áp suất như thế nào?

Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng. Trong mô hình khí lí tưởng, kích thước phân tử được bỏ qua so với khoảng cách giữa chúng; lực tương tác được bỏ qua trừ lúc va chạm. Va chạm giữa các phân tử và với thành bình được coi là đàn hồi. Mô hình gần đúng tốt hơn khi khí đủ loãng và chưa ở gần điều kiện hóa lỏng.

Phân tử va chạm với thành bình và truyền động lượng cho thành bình, tạo nên áp suất. Áp suất tăng khi mật độ phân tử hoặc mức độ chuyển động nhiệt tăng, khi yếu tố còn lại không đổi. Công thức $p = ρ \overset{―}{v^{2}} / 3$ diễn đạt mối liên hệ này; áp suất không được giải thích chỉ bằng các va chạm giữa phân tử với nhau.

Nhiệt độ, động năng và tốc độ phân tử

Nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ với động năng tịnh tiến trung bình của một phân tử. Cùng nhiệt độ, các khí lí tưởng có cùng ${\overset{―}{E}}_{đ}$ , nhưng khí có phân tử nhẹ hơn có $v_{r m s}$ lớn hơn. Với cùng loại khí, $v_{r m s}$ tỉ lệ với $\sqrt{T}$ , không tỉ lệ trực tiếp với $T$ .

Đại lượng $3 k_{B} T / 2$ là động năng tịnh tiến trung bình, không phải toàn bộ năng lượng của mọi phân tử. Phân tử nhiều nguyên tử còn có thể có chuyển động quay và dao động.

Ví dụ: tính trung bình bình phương tốc độ

Không khí có $p = 10^{5} P a$ , $ρ = 1, 29 k g / m^{3}$ . Từ công thức áp suất:

$\overset{―}{v^{2}} = \frac{3 p}{ρ} = \frac{3 \times 10^{5}}{1, 29} \approx 2, 33 \times 10^{5} m^{2} / s^{2} .$

Vậy hệ số cần điền là 2,33. Kết quả này là trung bình của bình phương tốc độ $\overset{―}{v^{2}}$ ; muốn tìm tốc độ căn quân phương phải lấy căn bậc hai.

Lỗi thường gặp và tự kiểm tra

Dùng nhiệt độ Celsius trong công thức khí; quên đổi khối lượng mol từ g/mol sang kg/mol.
Nhầm $\overset{―}{v^{2}}$ với $v_{r m s}$ , hoặc nhầm động năng trung bình một phân tử với năng lượng toàn khối khí.
Dùng áp suất dư của áp kế thay cho áp suất tuyệt đối. Nếu áp kế chỉ độ chênh so với khí quyển, cần cộng áp suất khí quyển theo đúng quy ước của thiết bị.

Tự kiểm tra: Làm bộ 19 câu bên dưới; chú ý phân biệt câu nhiều lựa chọn, câu Đúng/Sai và câu trả lời ngắn trước khi xem lời giải.

Đề bài, đáp án và lời giải chi tiết

Chỉ mở lời giải sau khi đã tự chọn đáp án hoặc tính kết quả. Với câu Đúng/Sai, xét riêng cả bốn ý a–d.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

Câu 1

Phát biểu nào sau đây mô tả đầy đủ nhất các giả thiết về phân tử trong mô hình khí lí tưởng?

Như chất điểm và chuyển động không ngừng.
Như chất điểm và tương tác hút hoặc đẩy với nhau.
Chuyển động không ngừng và tương tác hút hoặc đẩy với nhau.
Như chất điểm, chuyển động hỗn loạn không ngừng và chỉ tương tác với nhau khi va chạm.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

Trong mô hình khí lí tưởng, kích thước phân tử được coi là không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng; các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng và chỉ tương tác đáng kể khi va chạm. Phương án D nêu đầy đủ các giả thiết này.

Câu 2

Đặc điểm nào sau đây không phải đặc điểm của chất khí lí tưởng?

Có thể bỏ qua kích thước của các phân tử.
Các phân tử chỉ tương tác với nhau khi va chạm.
Các phân tử khí chuyển động càng nhanh khi nhiệt độ càng cao.
Khối lượng của các phân tử khí có thể bỏ qua.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

Khí lí tưởng vẫn gồm các phân tử có khối lượng khác không. Chỉ bỏ qua kích thước riêng của phân tử so với khoảng cách giữa chúng và bỏ qua tương tác ngoài lúc va chạm.

Câu 3

Điền vào chỗ trống: Chất khí trong đó các phân tử được coi là … và chỉ tương tác khi … được gọi là khí lí tưởng.

Chất điểm; va chạm.
Vật rắn; va chạm.
Chất điểm; ở gần nhau.
Vật rắn; ở gần nhau.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án A

Định nghĩa khí lí tưởng: các phân tử là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm.

Câu 4

Nhận xét nào sau đây về các phân tử khí lí tưởng là không đúng?

Có thể tích riêng không đáng kể.
Có lực tương tác không đáng kể khi không va chạm.
Có khối lượng không đáng kể.
Tốc độ căn quân phương của các phân tử tăng khi nhiệt độ tuyệt đối của khối khí tăng.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án C

Phân tử khí lí tưởng có khối lượng khác không; không thể bỏ qua khối lượng khi tính động lượng, động năng hay áp suất. Kích thước riêng và tương tác ngoài va chạm được bỏ qua. Vì thế C là phát biểu sai.

Câu 5

Phân tử khí lí tưởng có

động lượng bằng không.
động năng bằng không.
thế năng tương tác giữa các phân tử được lấy bằng không.
khối lượng bằng không.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án C

Trong mô hình khí lí tưởng, bỏ qua tương tác giữa các phân tử ngoài lúc va chạm nên thế năng tương tác phân tử được lấy bằng không. Phân tử vẫn có khối lượng và động năng chuyển động nhiệt.

Câu 6

Khi nói về các tính chất của chất khí, phương án đúng là

bành trướng là chiếm một phần thể tích của bình chứa.
khi áp suất tác dụng lên một lượng khí tăng thì thể tích của khí tăng đáng kể.
chất khí có tính dễ nén.
chất khí có khối lượng riêng lớn so với chất rắn và chất lỏng.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án C

Khoảng cách giữa các phân tử khí lớn nên chất khí dễ nén. Khí có xu hướng chiếm toàn bộ thể tích bình chứa và thường có khối lượng riêng nhỏ hơn chất rắn, chất lỏng.

Câu 7

Để giải thích việc hai chất khí tạo thành hỗn hợp đồng đều mà vẫn giữ nguyên bản chất hóa học, cần xét các yếu tố nào sau đây? (1) Các phân tử khí chuyển động nhiệt không ngừng. (2) Hai chất khí không phản ứng hóa học với nhau. (3) Giữa các phân tử khí có khoảng trống.

(1) và (2).
(2) và (3).
(3) và (1).
Cả (1), (2) và (3).

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

Chuyển động nhiệt không ngừng và khoảng cách giữa các phân tử giúp hai khí khuếch tán, trộn đều. Điều kiện không phản ứng hóa học giúp hỗn hợp vẫn chứa chính hai chất khí ban đầu. Vì vậy cần xét cả ba yếu tố.

Câu 8

Nguyên nhân cơ bản gây ra áp suất chất khí là do

chất khí thường có khối lượng riêng nhỏ.
chất khí thường có thể tích lớn.
các phân tử khí chuyển động hỗn loạn và va chạm vào thành bình.
chất khí không có hình dạng xác định.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án C

Khi va chạm với thành bình, phân tử đổi động lượng và tác dụng lực lên thành. Áp lực trung bình trên một đơn vị diện tích tạo nên áp suất: $p = F / S$ .

Câu 9

Hai bình kín có thể tích bằng nhau đều chứa khí lí tưởng ở cùng một nhiệt độ. Khối lượng khí trong hai bình bằng nhau nhưng khối lượng một phân tử khí của bình 1 lớn gấp hai lần khối lượng một phân tử khí ở bình 2. Áp suất khí ở bình 1

bằng áp suất khí ở bình 2.
gấp bốn lần áp suất khí ở bình 2.
gấp hai lần áp suất khí ở bình 2.
bằng một nửa áp suất khí ở bình 2.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

Với khối lượng khí $m$ như nhau, số phân tử $N = m / m_{0}$ . Do $m_{01} = 2 m_{02}$ nên $N_{1} = N_{2} / 2$ . Từ $p V = N k_{B} T$ , khi $V, T$ bằng nhau: $p_{1} / p_{2} = N_{1} / N_{2} = 1 / 2$ .

Câu 10

Khi tốc độ căn quân phương của phân tử khí tăng 4 lần và thể tích khối khí giảm còn một nửa thì áp suất của khối khí tác dụng lên thành bình sẽ

giảm 4 lần.
tăng 8 lần.
tăng 16 lần.
tăng 32 lần.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

Với lượng khí không đổi, $p = \frac{1}{3} \frac{N m_{0}}{V} v_{r m s}^{2}$ . Vì $v_{r m s, 2} = 4 v_{r m s, 1}$ và $V_{2} = V_{1} / 2$ , nên $p_{2} / p_{1} = (V_{1} / V_{2}) (v_{r m s, 2} / v_{r m s, 1})^{2} = 2 \cdot 16 = 32$ .

Câu 11

Phát biểu nào sau đây không phù hợp với bản chất mối quan hệ giữa động năng trung bình của phân tử và nhiệt độ?

Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí càng nhỏ thì nhiệt độ khí càng thấp.
Nhiệt độ của khí càng cao thì động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí càng lớn.
Nhiệt độ (°C) của khí tỉ lệ thuận với động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án D

${\overset{―}{E}}_{đ} = \frac{3}{2} k_{B} T$ , trong đó $T$ phải đo bằng kelvin. Vì $T = t + 273, 15$ , động năng không tỉ lệ thuận với nhiệt độ Celsius $t$ .

Câu 12

Một lượng khí lí tưởng được đun nóng, khi nhiệt độ tăng thêm 100 K thì căn bậc hai của trung bình bình phương tốc độ (chuyển động nhiệt) của các phân tử khí tăng từ 100 m/s lên 150 m/s. Để căn bậc hai của trung bình bình phương tốc độ (chuyển động nhiệt) của các phân tử khí tăng từ 150 m/s đến 250 m/s thì phải tăng nhiệt độ của chất khí lên thêm bao nhiêu?

500 K.
320 K.
180 K.
120 K.

Xem đáp án và lời giải

Đáp án B

Với cùng một chất khí, $T \propto v_{r m s}^{2}$ . Do đó $\frac{Δ T_{2}}{100} = \frac{250^{2} - 150^{2}}{150^{2} - 100^{2}} = \frac{40000}{12500} = 3, 2$ . Suy ra $Δ T_{2} = 320 K$ .

Phần II. Trắc nghiệm Đúng/Sai

Câu 1

Trong các phát biểu sau đây về khí lí tưởng, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

Các phân tử được coi là chất điểm; kích thước riêng rất nhỏ so với khoảng cách trung bình giữa chúng và các va chạm được coi là đàn hồi hoàn toàn.
Tổng thể tích của các phân tử đáng kể so với thể tích của bình chứa khí.
Giữa hai lần va chạm liên tiếp, các phân tử chuyển động thẳng biến đổi đều.
Chuyển động của các phân tử tuân theo định luật I, II và III của Newton.

Xem đáp án và lời giải

a) Đúng; b) Sai; c) Sai; d) Đúng

a) Đúng. Kích thước riêng được bỏ qua và va chạm phân tử được coi là đàn hồi hoàn toàn.

b) Sai. Tổng thể tích riêng của các phân tử không đáng kể so với thể tích bình.

c) Sai. Giữa hai va chạm, bỏ qua lực tương tác nên phân tử chuyển động thẳng đều.

d) Đúng. Mô hình động học phân tử ở mức phổ thông áp dụng các định luật Newton.

Câu 2

Khi xây dựng công thức tính áp suất chất khí từ mô hình động học phân tử khí, trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?

Trong thời gian giữa hai va chạm liên tiếp với thành bình, động lượng của phân tử khí thay đổi một lượng bằng tích khối lượng phân tử và tốc độ trung bình của nó.
Giữa hai va chạm liên tiếp, khi bỏ qua lực tác dụng, phân tử khí chuyển động thẳng đều.
Độ lớn lực làm thay đổi động lượng của phân tử khi va chạm với thành bình khác với độ lớn lực do phân tử tác dụng lên thành bình.
Các phân tử khí chuyển động không có phương ưu tiên; số va chạm trung bình trong mỗi giây trên các phần thành bình có cùng diện tích là như nhau.

Xem đáp án và lời giải

a) Sai; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng

a) Sai. Trong va chạm đàn hồi với thành, độ lớn độ biến thiên thành phần động lượng vuông góc thành là $2 m_{0} | v_{x} |$ , không phải tích khối lượng và tốc độ trung bình. Giữa các va chạm, nếu bỏ qua lực, động lượng không đổi.

b) Đúng. Khi không chịu lực giữa hai va chạm, phân tử chuyển động thẳng đều theo định luật I Newton.

c) Sai. Lực thành bình tác dụng lên phân tử và lực phân tử tác dụng lên thành là cặp lực và phản lực: cùng độ lớn, ngược chiều.

d) Đúng. Chuyển động nhiệt đẳng hướng nên số va chạm trung bình trên các diện tích bằng nhau trong cùng thời gian là như nhau.

Câu 3

Trong các phát biểu sau đây về một lượng khí lí tưởng xác định, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

Áp suất của khí tăng lên bằng cách làm tăng nhiệt độ ở thể tích không đổi, tương ứng động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử tăng theo sự tăng nhiệt độ.
Khi giữ nhiệt độ không đổi, dù thể tích tăng, áp suất giảm nhưng động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử vẫn không thay đổi.
Ở thể tích không đổi, khi tốc độ căn quân phương của các phân tử tăng gấp đôi thì áp suất khí tăng gấp đôi.
Khi nhiệt độ tuyệt đối của khối khí giảm, động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử cũng giảm nhưng giảm theo tỉ lệ nhỏ hơn tỉ lệ giảm nhiệt độ.

Xem đáp án và lời giải

a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Sai

a) Đúng. Ở thể tích không đổi, $p \propto T$ ; đồng thời ${\overset{―}{E}}_{đ} = \frac{3}{2} k_{B} T$ , nên nhiệt độ tuyệt đối tăng làm cả áp suất và động năng trung bình tăng.

b) Đúng. Đẳng nhiệt cho $p V = hằng số$ ; thể tích tăng thì áp suất giảm. Động năng trung bình chỉ phụ thuộc nhiệt độ nên không đổi.

c) Sai. Ở thể tích và lượng khí không đổi, $p \propto v_{r m s}^{2}$ . Tốc độ căn quân phương tăng hai lần thì áp suất tăng bốn lần.

d) Sai. Vì ${\overset{―}{E}}_{đ} \propto T$ , động năng trung bình và nhiệt độ tuyệt đối giảm cùng tỉ lệ.

Phần III. Trả lời ngắn

Câu 1

Ở nhiệt độ phòng và áp suất $10^{5} P a$ , không khí có khối lượng riêng khoảng $1, 29 k g / m^{3}$ . Trung bình của bình phương tốc độ các phân tử không khí là $x \cdot 10^{5} m^{2} / s^{2}$ . Tìm $x$ (làm tròn đến hàng phần trăm).

Xem đáp án và lời giải

Đáp số: 2,33

Từ $p = \frac{1}{3} ρ \overset{―}{v^{2}}$ , suy ra $\overset{―}{v^{2}} = 3 p / ρ = 3 \cdot 10^{5} / 1, 29 \approx 2, 32558 \cdot 10^{5} m^{2} / s^{2}$ . Vậy $x = 2, 33$ .

Câu 2

Một bình dung tích $7, 5 L$ chứa $24 g$ khí oxygen ở áp suất $2, 5 \times 10^{5} P a$ . Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí là $a \times 10^{- 21} J$ . Biết khối lượng mol của oxygen là $32 g / m o l$ và hằng số Avogadro $N_{A} = 6, 02 \times 10^{23} m o l^{- 1}$ . Tìm hệ số $a$ , làm tròn đến hàng phần trăm.

Xem đáp án và lời giải

Đáp số: 6,23

Số mol khí: $n = m / M = 24 / 32 = 0, 75 m o l$ . Số phân tử: $N = n N_{A}$ . Từ $p V = \frac{2}{3} N {\overset{―}{E}}_{đ}$ , suy ra ${\overset{―}{E}}_{đ} = \frac{3 p V}{2 n N_{A}} = \frac{3 \times 2, 5 \times 10^{5} \times 7, 5 \times 10^{- 3}}{2 \times 0, 75 \times 6, 02 \times 10^{23}} \approx 6, 2292 \times 10^{- 21} J$ . Vậy $a = 6, 23$ .

Câu 3

Một bình kín có thể tích $0, 10 m^{3}$ chứa khí hydrogen ở $25^{\circ} C$ và áp suất $6, 0 \times 10^{5} P a$ . Khối lượng một phân tử khí hydrogen là $m_{0} = 0, 33 \times 10^{- 26} k g$ . Tốc độ căn quân phương của các phân tử là $v_{r m s} = \sqrt{\overset{―}{v^{2}}} = x \times 10^{3} m / s$ . Tìm $x$ , làm tròn đến hàng phần mười. Lấy $k_{B} = 1, 38 \times 10^{- 23} J / K$ và $T = t + 273$ .

Xem đáp án và lời giải

Đáp số: 1,9

Đổi $T = 25 + 273 = 298 K$ . Ta có $v_{r m s} = \sqrt{\frac{3 k_{B} T}{m_{0}}} = \sqrt{\frac{3 \cdot 1, 38 \cdot 10^{- 23} \cdot 298}{0, 33 \cdot 10^{- 26}}} \approx 1, 93 \cdot 10^{3} m / s$ . Vậy $x = 1, 9$ .

Câu 4

Nhiệt độ tuyệt đối $T$ của một khối khí bằng bao nhiêu kelvin khi động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử bằng $1, 0 e V$ ? Biết $1 e V = 1, 6 \times 10^{- 19} J$ và $k_{B} = 1, 38 \times 10^{- 23} J / K$ . Làm tròn kết quả đến hàng đơn vị kelvin.

Xem đáp án và lời giải

Đáp số: 7729

Từ ${\overset{―}{E}}_{đ} = \frac{3}{2} k_{B} T$ , suy ra $T = \frac{2 {\overset{―}{E}}_{đ}}{3 k_{B}} = \frac{2 \times 1, 6 \times 10^{- 19}}{3 \times 1, 38 \times 10^{- 23}} \approx 7729, 4686 K$ . Làm tròn đến hàng đơn vị: $T = 7729 K$ .

Ôn tập tiếp

Về đề cương học kỳ 1

Nguồn bài tập: tài liệu Vật lí 12 của Trường Đinh Thiện Lý. Biên soạn lời giải và hình minh họa: Gia Sư SV.

Củng cố phần còn chưa vững

Thử lại câu sai, đọc cách giải rồi chọn đề cùng môn để luyện tiếp.

Chọn đề tiếp theo →

Cần người hướng dẫn?

Gia sư hỗ trợ giải thích những phần khó và xây dựng lịch ôn phù hợp với mục tiêu của em.

Tìm gia sư đồng hành →

Mô hình phân tử chất khí – Vật lí 12 – Đinh Thiện Lý