سوال ۷۵ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۷۵ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۴: دما و گرما
در مخزنی به حجم ۲۶ لیتر، ۲۱ گرم گاز مخلوط هیدروژن و نیتروژن قرار دارد. اگر در دمای ۵۲ درجهٔ سلسیوس، فشار پیمانهای گاز باشد، نسبت جرم گاز نیتروژن به جرم گاز هیدروژن در این مخلوط، چقدر است؟ ( و ، ، )
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول: فشار مطلق و دمای کلوین را محاسبه میکنیم.
در قوانین گازها، فشار باید مطلق باشد. فشار پیمانهای اختلاف فشار مطلق و فشار جو است؛ بنابراین باید فشار جو را به فشار دادهشده اضافه کنیم. این نکته در مثال فشار لاستیک کتاب نیز تأکید شده است (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۱۸–۱۱۹).
با در نظر گرفتن فشار جو برابر داریم:
همچنین:
گام دوم: تعداد مول کل مخلوط را به دست میآوریم.
از معادلهٔ حالت گاز کامل، ، استفاده میکنیم. تعداد مول مخلوط برابر مجموع تعداد مول دو گاز است:
گام سوم: جرم هر گاز را پیدا میکنیم.
جرم هیدروژن را گرم میگیریم؛ پس جرم نیتروژن گرم است. با استفاده از رابطهٔ مینویسیم:
با ضرب دو طرف در :
بنابراین:
گام چهارم: نسبت خواستهشده را محاسبه میکنیم.
پاسخ: گزینهٔ ۲
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: ممکن است با اشتباه در تبدیل نسبت مولی به نسبت جرمی، به مقدار برسید. نسبت جرمها باید از رابطهٔ محاسبه شود؛ جرم مولی دو گاز یکسان نیست.
- گزینهٔ ۳: این انتخاب میتواند حاصل جابهجا کردن صورت و مخرج، همراه با اشتباه در تبدیل مول به جرم باشد. باید ابتدا جرم هر گاز را به دست آورد و سپس جرم نیتروژن را بر جرم هیدروژن تقسیم کرد.
- گزینهٔ ۴: این مقدار از محاسبهٔ نسبت جرم هیدروژن به نیتروژن، بهجای نسبت خواستهشده، به دست میآید. ترتیب صورت و مخرج در نسبت نهایی مهم است.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- نکتهٔ مثال فشار لاستیک در بخش قوانین گازها را به یاد بیاورید: در رابطهٔ گاز کامل باید فشار مطلق و دمای کلوین را به کار ببرید، نه فشار پیمانهای و دمای سلسیوس.
- فشار جو را به فشار پیمانهای اضافه کنید و با تبدیل حجم به مترمکعب، تعداد مول کل مخلوط را از بیابید.
- اگر جرم هیدروژن را گرم بگیرید، جرم نیتروژن برابر گرم است. معادلهٔ را حل کنید؛ سپس نسبت جرم نیتروژن به هیدروژن را تشکیل دهید.