Какова масса кислорода, которую можно хранить при температуре 27 °С в баллоне с пятикратным запасом прочности, если баллон с азотом массой 1,6 г разорвался при температуре 527 °С? При этом пятикратный запас прочности подразумевает, что давление в баллоне не должно превышать 1/5 давления, при котором он разрушается.
Для решения данной задачи нам нужно использовать закон Бойля-Мариотта и уравнение состояния идеального газа. Давайте разберем шаги, которые мы будем выполнять.
Шаг 1: Определение давления, при котором разорвался баллон с азотом.Сначала нам нужно рассчитать давление, при котором баллон с азотом разорвался. Мы знаем, что масса азота в баллоне составляет 1,6 г. Для этого используем формулу:
где:
Температуру 527 °C нужно перевести в Кельвины:
Теперь найдем количество вещества (н) азота:
Чтобы найти давление P, нам нужно знать объем V. Однако, поскольку мы не знаем объем, мы можем выразить давление через количество вещества:
Подставляем известные значения:
Теперь, чтобы найти давление разрыва, мы можем оставить это уравнение в таком виде и просто обозначить Pразрыв.
Шаг 6: Определение безопасного давления для хранения кислорода.Согласно условию, мы можем хранить кислород при давлении, которое составляет 1/5 от давления разрыва:
Теперь нам нужно найти массу кислорода, которую можно хранить в безопасных условиях. Мы будем использовать тот же объем V, что и для азота, и уравнение состояния идеального газа для кислорода:
Где MO2 - молярная масса кислорода (32 г/моль).
Подставляем Pбезопасное и решаем уравнение относительно массы кислорода:
Теперь подставляем все известные значения и находим массу кислорода, которую можно хранить в баллоне.
Итак, итог:В результате, мы можем рассчитать массу кислорода, которая может быть безопасно хранима в баллоне, принимая во внимание все вышеперечисленные шаги и уравнения. Не забудьте, что для окончательного подсчета вам нужно будет знать объем баллона, чтобы получить конкретное численное значение массы кислорода.