Công Cụ Tính Định Luật Khí Kết Hợp

Kết quả

Cách Sử Dụng Công Cụ Tính Định Luật Khí Kết Hợp

1. 1. Chọn định luật. Dùng định luật khí kết hợp khi áp suất, thể tích và nhiệt độ đều thay đổi. Nếu một trong số chúng được giữ không đổi, hãy chọn định luật đơn giản tương ứng — Boyle, Charles, Gay-Lussac — và công cụ sẽ bỏ các biến bị triệt tiêu. Định luật Avogadro liên hệ thể tích với lượng khí.
2. 2. Chọn đại lượng cần tìm. Bất kỳ giá trị đầu hoặc cuối nào cũng có thể là đáp số, không chỉ thể tích cuối.
3. 3. Nhập các giá trị còn lại và chọn đơn vị. Mỗi đại lượng có một đơn vị dùng chung cho cả hai trạng thái. Áp suất, thể tích và lượng chất bị triệt tiêu trong tỉ số, nên đơn vị nào cũng được; nhiệt độ được chuyển sang kelvin trước.
4. 4. Kiểm tra quá trình tính. Công cụ in ra định luật, phương trình đã biến đổi, mọi phép chuyển đổi nhiệt độ và các số của bạn đã được thế vào, nên nó đọc như một lời giải mẫu.

Bảng Tóm Tắt Các Định Luật Khí

Cả năm định luật đều xuất phát từ phương trình khí lý tưởng, PV = nRT. Viết lại thành PV/T = nR, vế phải là hằng số đối với một lượng khí cố định, nên PV/T có cùng giá trị trước và sau mọi biến đổi. Giữ T không đổi bạn thu được định luật Boyle; giữ P hoặc V không đổi bạn có định luật Charles hoặc Gay-Lussac. Vì R triệt tiêu, bạn không cần giá trị của nó ở đây — hãy dùng Ideal Gas Law Calculator khi bạn cần R, hoặc khi lượng khí là đại lượng cần tìm.

Ví Dụ Minh Họa

Định luật kết hợp (các giá trị mặc định). Một chất khí chiếm 5,00 L ở 1,00 atm và 20,0 °C. Thể tích của nó ở 2,00 atm và 100. °C là bao nhiêu? Đổi nhiệt độ: T₁ = 293,15 K và T₂ = 373,15 K. Khi đó V₂ = (P₁ × V₁ × T₂) ÷ (T₁ × P₂) = (1,00 × 5,00 × 373,15) ÷ (293,15 × 2,00) = 3,18 L. Tăng gấp đôi áp suất sẽ làm thể tích giảm một nửa; đốt nóng khí làm nó giãn nở theo hệ số 1,27 và thay đổi thực tế là hệ số 0,636.

Định luật Boyle. Một mẫu 5,00 L ở 1,00 atm được nén ở nhiệt độ không đổi đến 2,00 atm. V₂ = P₁V₁ ÷ P₂ = (1,00 × 5,00) ÷ 2,00 = 2,50 L.

Định luật Charles. Một quả bóng chứa 2,50 L ở 25,0 °C. Khi đun đến 75,0 °C ở áp suất không đổi, V₂ = V₁T₂ ÷ T₁ = (2,50 × 348,15) ÷ 298,15 = 2,92 L. Dùng trực tiếp độ C sẽ cho 7,5 L, là sai.

Định luật Gay-Lussac. Một bình kín ở 2,00 atm và 20,0 °C. Ở 45,0 °C áp suất là P₂ = P₁T₂ ÷ T₁ = (2,00 × 318,15) ÷ 293,15 = 2,17 atm.

Định luật Avogadro. 0,250 mol khí chiếm 5,00 L. Ở cùng áp suất và nhiệt độ, 0,400 mol chiếm V₂ = V₁n₂ ÷ n₁ = (5,00 × 0,400) ÷ 0,250 = 8,00 L.

Vì Sao Nhiệt Độ Phải Dùng Kelvin

Áp suất và thể tích của một chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của nó, được đo từ điểm không mà chuyển động của khí lý tưởng sẽ dừng lại. Độ C và độ F đặt điểm không ở chỗ khác, nên tỉ số giữa hai giá trị độ C không có ý nghĩa: 50 °C không nóng gấp đôi 25 °C. Công cụ cộng 273,15 vào giá trị độ C (hoặc chuyển đổi độ F) và từ chối mọi giá trị ở hoặc dưới 0 K, vì phương trình sẽ chia cho 0 hoặc cho ra thể tích âm.

Những Lỗi Thường Gặp

• Trộn đơn vị giữa các trạng thái. Tỉ số chỉ triệt tiêu nếu cả hai áp suất dùng một đơn vị và cả hai thể tích dùng một đơn vị. Công cụ này buộc điều đó bằng cách cho mỗi đại lượng một menu đơn vị duy nhất.
• Dùng sai định luật cho đại lượng không đổi. Nếu bình kín cứng, thể tích không đổi và định luật Gay-Lussac áp dụng; nếu một pít-tông cho khí giãn nở chống lại áp suất cố định, hãy dùng định luật Charles.
• Thay đổi lượng khí. Định luật kết hợp giả định không có khí rò vào hay ra. Nếu có khí được thêm vào hoặc một phản ứng tạo ra khí, lượng khí thay đổi và bạn cần PV/(nT) = hằng số — cài đặt Avogadro hoặc phương trình khí lý tưởng.
• Bỏ qua chữ số có nghĩa. Đáp số được hiển thị với số chữ số có nghĩa ít nhất trong dữ liệu của bạn trừ khi bạn chọn khác; hãy kiểm tra Significant Figures Calculator nếu bạn không chắc cần giữ bao nhiêu chữ số.

Câu Hỏi Thường Gặp

Công thức định luật khí kết hợp là gì?

P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, trong đó P là áp suất, V là thể tích và T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin, đối với một lượng khí cố định ở trạng thái đầu (1) và trạng thái cuối (2). Nó gộp định luật Boyle, Charles và Gay-Lussac lại với nhau.

Làm thế nào để giải định luật khí kết hợp tìm V₂?

Biến đổi thành V₂ = P₁V₁T₂ ÷ (T₁P₂). Đổi cả hai nhiệt độ sang kelvin, giữ cả hai áp suất cùng một đơn vị, rồi thế số. Thể tích ra theo đơn vị mà V₁ đã dùng.

Tôi có cần hằng số khí R cho định luật khí kết hợp không?

Không. R triệt tiêu vì nó xuất hiện ở cả hai vế của PV/T = nR. Đó là lý do áp suất và thể tích có thể dùng bất kỳ đơn vị nào, miễn là mỗi đơn vị được dùng nhất quán cho cả hai trạng thái.

Sự khác nhau giữa định luật Boyle và định luật Charles là gì?

Định luật Boyle liên hệ áp suất và thể tích ở nhiệt độ không đổi và là quan hệ nghịch: áp suất tăng, thể tích giảm. Định luật Charles liên hệ thể tích và nhiệt độ ở áp suất không đổi và là quan hệ thuận: nhiệt độ tăng, thể tích tăng. Cả hai đều cần cùng một lượng khí.

Định luật Gay-Lussac là gì?

Ở thể tích và lượng chất không đổi, áp suất của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó, P₁/T₁ = P₂/T₂. Nó giải thích vì sao một lon kín hoặc lốp xe hơi tăng áp suất khi bị đốt nóng. Tên này cũng được một số sách giáo khoa dùng cho định luật về sự kết hợp thể tích.

Có thể dùng định luật khí kết hợp với độ C không?

Chỉ sau khi chuyển sang kelvin. Cộng 273,15 vào độ C, hoặc dùng K = (°F + 459,67) × 5/9 đối với độ F. Công cụ làm việc này cho bạn, và nó báo lỗi với mọi nhiệt độ ở hoặc dưới độ không tuyệt đối.