Сосуд с полупроницаемыми перегородками
6/10Сосуд вместимостью \(V = 30\) л разделен на три равные части неподвижными полупроницаемыми тонкими перегородками (рис. 61). В левую часть вводят \(m_{\text{H}_2} = 30\) г водорода, в среднюю \(m_{\text{O}_2} = 160\) г кислорода и в правую \(m_{\text{N}_2} = 70\) г азота. Через левую перегородку может диффундировать только водород, через правую — водород и азот.
Какое давление будет в каждой из трех частей сосуда после установления равновесия, если он поддерживается при постоянной температуре \(T = 300\) К?

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(p_1 = p_{\text{H}_2} \approx 1{,}3\cdot10^9\) Па \(= 1{,}3\) ГПа; \(p_2 = p_{\text{H}_2} + p_{\text{O}_2} + p_{\text{N}_2} \approx 4{,}5\cdot10^9\) Па \(= 4{,}5\) ГПа; \(p_3 = p_{\text{H}_2} + p_{\text{N}_2} \approx 2{,}0\cdot10^9\) Па \(= 2{,}0\) ГПа (числа как в книге).
РешениеПоскольку водород диффундирует через все перегородки, то он равномерно распределится по всему сосуду, и давление водорода во всех трех частях сосуда будет равно \[p_{\text{H}_2} = \dfrac{m_{\text{H}_2}}{\mu_{\text{H}_2}}\dfrac{RT}{V}\] (ведь если газ проходит через перегородку, то в равновесии его давление по обе стороны перегородки должно быть одинаково).
Азот может диффундировать лишь через правую перегородку, поэтому он заполнит среднюю и правую части сосуда (см. рис. 61) общим объемом \((2/3)V\); его давление будет \[p_{\text{N}_2} = \dfrac{m_{\text{N}_2}}{\mu_{\text{N}_2}}\dfrac{3RT}{2V}.\] Кислород не диффундирует через перегородки, и давление кислорода в средней части сосуда равно \[p_{\text{O}_2} = \dfrac{m_{\text{O}_2}}{\mu_{\text{O}_2}}\dfrac{3RT}{V}.\] Согласно закону Дальтона, давление во всех трех частях сосуда будет равно сумме парциальных давлений находящихся там газов, т. е. \[\begin{aligned} p_1 &= p_{\text{H}_2} \approx 1{,}3\cdot10^9\text{ Па} = 1{,}3\text{ ГПа},\\ p_2 &= p_{\text{H}_2} + p_{\text{O}_2} + p_{\text{N}_2} \approx 4{,}5\cdot10^9\text{ Па} = 4{,}5\text{ ГПа},\\ p_3 &= p_{\text{H}_2} + p_{\text{N}_2} \approx 2{,}0\cdot10^9\text{ Па} = 2{,}0\text{ ГПа}. \end{aligned}\]
Похожие задачи
- Перегородка, проницаемая для гелия Росатом 2019/20, 11 кл.
- Сосуд с полупроницаемыми перегородками Ведомственная 2021/22, 10 кл.
- Газы по обе стороны мембраны «Шаг в будущее» 2022/23, 10 кл.
- Гелий и кислород в сосуде (вариант 2) «Шаг в будущее» 2022/23, 10 кл.
- Гелий протекает мимо поршня ИОШ 2024/25, 10 кл.
- Озон в сосуде с полупроницаемой перегородкой «Шаг в будущее» 2016/17, 8 кл.