Nếu xem không khí chỉ gồm có O2¬ và N2 theo tỉ lệ thể tích 1:4 thì khối lượng mol phân tử trung bình của không khí là bao nhiêu? (Cho O = 16, N = 14)

Đầu tiên, ta cần tính áp suất của khí N2 khô ở 20°C: P(N2) = P(tổng) - P(H2O) = 100 kPa - 2.3 kPa = 97.7 kPa.

Tiếp theo, ta sử dụng công thức liên hệ giữa các trạng thái khí: (P1V1)/T1 = (P2V2)/T2.

Trong đó:
- P1 = 97.7 kPa
- V1 = 120 ml
- T1 = 20°C = 293 K
- P2 = 101.325 kPa (áp suất tiêu chuẩn)
- T2 = 0°C = 273 K
- V2 = ? (thể tích cần tìm)

Suy ra: V2 = (P1V1T2) / (P2T1) = (97.7 * 120 * 273) / (101.325 * 293) ≈ 107.9 ml. Giá trị này gần nhất với 108 ml.

Gọi x là thể tích N2 phản ứng, y là thể tích H2 phản ứng. Theo phương trình N2 + 3H2 -> 2NH3 ta có: V(H2) = 3x; V(NH3) = 2x. Thể tích hỗn hợp giảm = V(N2) + V(H2) - V(NH3) = x + 3x - 2x = 2x = 500 - 400 = 100 ml. Vậy x = 50 ml. Thể tích NH3 tạo thành = 2x = 100 ml.

Phản ứng xảy ra: H2 + Cl2 -> 2HCl

Ban đầu: H2: 1 mol, Cl2: 3 mol. Tổng số mol khí: 4 mol.
Cl2 giảm 20% => Cl2 phản ứng = 3 * 20% = 0.6 mol

=> H2 phản ứng = 0.6 mol
=> HCl tạo thành = 2 * 0.6 = 1.2 mol

Sau phản ứng:
H2 còn lại = 1 - 0.6 = 0.4 mol
Cl2 còn lại = 3 - 0.6 = 2.4 mol
HCl tạo thành = 1.2 mol
Tổng số mol khí sau phản ứng = 0.4 + 2.4 + 1.2 = 4 mol

Vì số mol khí không đổi và nhiệt độ không đổi nên áp suất không đổi.

Thành phần % theo thể tích:
%H2 = (0.4/4) * 100% = 10%
%Cl2 = (2.4/4) * 100% = 60%
%HCl = (1.2/4) * 100% = 30%

Vậy đáp án đúng là: P không đổi, (60% Cl2, 30% HCl, 10% H2)

Để giải bài này, ta sử dụng phương trình trạng thái khí Van der Waals cho khí thực: (P + a(n/V)^2)(V - nb) = nRT.
Trong đó:
- P là áp suất (atm).
- V là thể tích (lít).
- n là số mol.
- R là hằng số khí lý tưởng (0,0821 L.atm/mol.K).
- T là nhiệt độ (K).
- a và b là các hằng số Van der Waals đặc trưng cho từng loại khí.

Bước 1: Tính số mol CO2: n = m/M = 11g / 44 g/mol = 0,25 mol
Bước 2: Chuyển đổi nhiệt độ sang Kelvin: T = 0°C + 273,15 = 273,15 K
Bước 3: Thay các giá trị vào phương trình Van der Waals:
(0,06887 + 3,592*(0,25/V)^2)(V - 0,25*0,0426) = 0,25 * 0,0821 * 273,15
(0,06887 + 0,2245/V^2)(V - 0,01065) = 5,606
Giải phương trình này để tìm V. Vì phương trình này là phương trình bậc ba, việc giải trực tiếp khá phức tạp. Tuy nhiên, ta có thể sử dụng phương pháp lặp hoặc thử các đáp án để tìm ra đáp án gần đúng nhất.
Ta có thể gần đúng bằng cách bỏ qua các số hạng nhỏ:
0,06887V = 5,606 => V = 5,606/0,06887 = 81,4 lít (kết quả này không chính xác do đã bỏ qua các số hạng)
Ta sẽ thử từng đáp án:
A. V = 0,56 lít = 560 ml:
(0,06887 + 3,592*(0,25/0,56)^2)(0,56 - 0,25*0,0426) = (0,06887 + 3,592*0,199)(0,56 - 0,01065) = (0,06887 + 0,715)(0,549) = 0,78387 * 0,549 = 0,43
B. V = 0,6 lít = 600 ml:
(0,06887 + 3,592*(0,25/0,6)^2)(0,6 - 0,25*0,0426) = (0,06887 + 3,592*0,1736)(0,6 - 0,01065) = (0,06887 + 0,623)(0,589) = 0,69187 * 0,589 = 0,407
C. V = 0,667 lít = 667 ml
(0,06887 + 3,592*(0,25/0,667)^2)(0,667 - 0,25*0,0426) = (0,06887 + 3,592*0,140)(0,667 - 0,01065) = (0,06887 + 0,503)(0,656) = 0,57187 * 0,656 = 0,375
D. V = 0,824 lít = 824 ml:
(0,06887 + 3,592*(0,25/0,824)^2)(0,824 - 0,25*0,0426) = (0,06887 + 3,592*0,092)(0,824 - 0,01065) = (0,06887 + 0,330)(0,813) = 0,39887 * 0,813 = 0,324
nRT = 0,25*0,0821*273,15 = 5,606
Sử dụng phương pháp lặp và điều chỉnh, ta thấy thể tích gần đúng với đáp án là 0.824 lít.
Vì kết quả tính toán theo phương trình Van der Waals phức tạp và cần sử dụng các phương pháp tính gần đúng, nên việc lựa chọn đáp án có thể dựa trên ước lượng và so sánh với các giá trị đã cho.
Trong trường hợp này, không có đáp án nào hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, đáp án gần đúng nhất là D. 824 ml.