Równanie Clapeyrona (pV = nRT): zadania z rozwiązaniami

Równanie Clapeyrona wygląda jak coś z fizyki kwantowej, a to zwykłe pV = nRT, gdzie wszystko zależy od wszystkiego. Cała trudność to nie same obliczenia, tylko jednostki: podstawisz na pałę bez ich ujednolicenia i wynik odjedzie w kosmos. Weźmiemy cztery prawdziwe zadania, w każdym szukamy czego innego. Lecimy.

📘Nie ogarniasz jeszcze teorii? Zacznij tu: Skąd się bierze równanie Clapeyrona →

Zanim wskoczymy w zadania, jedna zasada

Wzór jest jeden: pV = nRT. Ciśnienie razy objętość równa się liczba moli razy stała gazowa razy temperatura. Na maturze najwygodniej trzymać się zestawu: p w hPa, V w dm3, T w kelwinach, a wtedy R = 83,1 hPa·dm3/(mol·K). Temperaturę ZAWSZE zamieniamy na kelwiny (K = °C + 273), bo w Celsjuszach wzór po prostu kłamie. To co, sprawdzamy na zadaniach?

Zadanie 1szukamy ciśnienia

Jakie ciśnienie będzie wywierać 2,045 g azotu zamkniętego w temperaturze 21 °C w zbiorniku o objętości 2 litrów?

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Najpierw dane w porządnych jednostkach:

n = 2,045 / 28 = 0,073 mola N2 (azot to cząsteczka N2, M = 28 g/mol)

V = 2 litry = 2 dm3, T = 21 °C = 294 K

p · 2 = 0,073 · 83,1 · 294

p = (0,073 · 83,1 · 294) / 2 = 1783,5 / 2.

p ≈ 892 hPa

Zadanie 2szukamy liczby moli

Pewien gaz zebrano do naczynia o pojemności 250 ml. W temperaturze 19,5 °C ma on ciśnienie 24,5 kPa. Ile moli gazu znajduje się w naczyniu?

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Zamieniamy jednostki: V = 250 ml = 0,25 dm3, p = 24,5 kPa = 245 hPa, T = 19,5 °C = 292,5 K.

245 · 0,25 = n · 83,1 · 292,5

n = (245 · 0,25) / (83,1 · 292,5) = 61,25 / 24307.

n ≈ 0,0025 mola

Zauważ: nie musimy nawet wiedzieć, jaki to gaz. Clapeyron nie pyta o rodzaj cząsteczek, tylko o ich liczbę.

Zadanie 3aż do liczby cząsteczek

Oblicz, ile cząsteczek azotu znajduje się w reaktorze o pojemności 10 dm3, wywierających ciśnienie 623,5 hPa w temperaturze −173 °C.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Dane: V = 10 dm3, p = 623,5 hPa, T = −173 °C = 100 K.

Najpierw liczba moli z pV = nRT:

623,5 · 10 = n · 83,1 · 100

n = 6235 / 8310 = 0,75 mola N2.

Teraz z liczby Avogadra: 0,75 · 6,02·1023.

Liczba cząsteczek N2 = 4,5·1023

Zadanie 4szukamy temperatury

W naczyniu o pojemności 1000 ml znajduje się 2,67 g metanu CH4. Naczynie wytrzymuje ciśnienie do 1013000 Pa. Oblicz temperaturę (w °C), której nie można przekroczyć, aby naczynie nie pękło.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Dane: n = 2,67 / 16 = 0,167 mola CH4, V = 1000 ml = 1 dm3, p = 1013000 Pa = 10130 hPa.

Szukamy granicznej temperatury z pV = nRT:

10130 · 1 = 0,167 · 83,1 · T

T = 10130 / (0,167 · 83,1) = 10130 / 13,88 ≈ 730 K.

Na Celsjusze: 730 − 273 ≈ 457 °C.

Nie wolno przekroczyć ok. 730 K, czyli ok. 457 °C

To dopiero wycinek

pV = nRT ogarnięte, gazy już Cię nie zaskoczą.

Skoro Clapeyron przestał straszyć, w kursie masz cały dział gazowy tak samo rozłożony: teoria po ludzku, filmy i zestaw zadań z pełnymi rozwiązaniami (prawo Boyle’a, gęstość gazu, ciśnienia cząstkowe). Krok po kroku, aż po maturę.

To wycinek z lekcji o równaniu Clapeyrona. W kursie omawiam też wyznaczanie masy molowej z gęstości gazu, przemiany izotermiczne i izobaryczne oraz pełen zestaw zadań maturalnych z tego działu.

Chcesz ogarnąć chemię na spokojnie?

Rozkładam maturę z chemii na czynniki pierwsze, krok po kroku

Cała teoria i zadania wytłumaczone po ludzku, z filmami do wielu z nich, tak żeby chemia w końcu miała sens. Zobacz kurs maturalny, albo zacznij od darmowego kursu i sprawdź, jak tłumaczę, zanim cokolwiek wydasz.

Darmowy kurs dostajesz na swoje konto. Bez spamu.