Задание 9 ЕГЭ по физике · задача A74F34

Тема: 2.1 Молекулярная физика · 2 балла · ответ подтверждён проверкой ФИПИ

Сосуд разделён на две равные по объёму части пористой неподвижной перегородкой. В левую часть сосуда поместили 1 моль неона, в правую –  
2 моль гелия. Перегородка может пропускать молекулы гелия и непроницаема для молекул неона. Температура газов одинакова и остаётся постоянной. Выберите все верные утверждения, описывающие состояние газов после установления равновесия в системе.

 1) 

В левой части сосуда общее число молекул газов в 1,5 раза больше, чем в правой части.

 2) 

Общая концентрация молекул газов в левой части сосуда в 2 раза больше, чем в правой части.

 3) 

В результате установления равновесия давление в левой части сосуда увеличилось в 1,5 раза.

 4) 

В левой части сосуда внутренняя энергия неона больше внутренней энергии гелия.

 5) 

Концентрации молекул гелия и неона в левой части сосуда одинаковы.

Решить в тренажёре с автопроверкой →
Показать ответ и разбор
Ответ: 25 (верны: 2, 5)

Разбор

Разберём задачу аккуратно и по шагам.

Пусть каждая половина сосуда имеет объём $V$. Температура газов постоянна и одинакова в обеих частях. Газы считаем идеальными.

1. Что происходит с неоном?
Перегородка непроницаема для молекул неона, поэтому весь неон остаётся в левой части сосуда. Его количество вещества не меняется:
$\nu_{Ne}=1$ моль.

2. Что происходит с гелием?
Перегородка пропускает молекулы гелия, поэтому гелий может переходить из одной части сосуда в другую. Всего гелия:
$\nu_{He}=2$ моль.

В состоянии равновесия для проницаемого газа должна быть одинакова его «склонность» проходить через перегородку. Для идеального газа при одинаковой температуре это означает равенство парциальных давлений гелия слева и справа:
$p_{He,\text{л}}=p_{He,\text{пр}}$.

Запишем через уравнение Менделеева–Клапейрона. Пусть в левой части оказалось $x$ моль гелия, тогда в правой части останется $(2-x)$ моль гелия. Так как объёмы половин одинаковы:
$\dfrac{xRT}{V}=\dfrac{(2-x)RT}{V}$.

Сокращаем $RT/V$ и получаем:
$x=2-x$, откуда $x=1$ моль.

Значит, после установления равновесия:
в левой части: $1$ моль неона и $1$ моль гелия, всего $2$ моль газа;
в правой части: $1$ моль гелия, всего $1$ моль газа.

3. Анализ утверждений.

1) «В левой части сосуда общее число молекул газов в 1,5 раза больше, чем в правой части».
Слева всего $2$ моль, справа $1$ моль. Число молекул пропорционально количеству вещества, значит слева молекул в $2$ раза больше, а не в $1{,}5$. Утверждение неверно.

2) «Общая концентрация молекул газов в левой части сосуда в 2 раза больше, чем в правой части».
Концентрация $n=\dfrac{N}{V}=\dfrac{\nu N_A}{V}$. Объёмы равны, а слева $2$ моль, справа $1$ моль. Значит концентрация слева действительно в $2$ раза больше. Утверждение верно.

3) «В результате установления равновесия давление в левой части сосуда увеличилось в 1,5 раза».
До равновесия слева был только $1$ моль неона:
$p_{\text{л,нач}}=\dfrac{1\cdot RT}{V}$.

После равновесия слева $1$ моль неона и $1$ моль гелия, то есть суммарно $2$ моль:
$p_{\text{л,кон}}=\dfrac{2RT}{V}$.

Давление увеличилось в $2$ раза, а не в $1{,}5$. Утверждение неверно.

4) «В левой части сосуда внутренняя энергия неона больше внутренней энергии гелия».
Неон и гелий — одноатомные идеальные газы. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:
$U=\dfrac{3}{2}\nu RT$.

В левой части после равновесия $1$ моль неона и $1$ моль гелия, температура одинакова. Поэтому их внутренние энергии равны:
$U_{Ne}=U_{He}=\dfrac{3}{2}RT$.

Утверждение неверно.

5) «Концентрации молекул гелия и неона в левой части сосуда одинаковы».
В левой части по $1$ моль неона и гелия в одном и том же объёме $V$. Концентрации:
$n_{Ne}=\dfrac{1}{V}N_A$, $n_{He}=\dfrac{1}{V}N_A$.

Они одинаковы. Утверждение верно.

Итог: верные утверждения — 2 и 5.

Ответ: 25.
← Предыдущая задачаВсе задачи №9 (75)Следующая задача →
Хочешь закрепить? В тренажёре — быстрые колоды по 5 задач этого номера с баллами по правилам ЕГЭ, подсказками ИИ и разбором ошибок. Тренировать задание 9 →