Величина отношения числа молей водорода к числу молей гелия в сосуде определяется законом Гей-Люссака, который утверждает, что для реакции газовых веществ, проходящей при постоянном объеме, отношение объемов реагирующих газов и числа молей этих газов может быть записано как отношение целых чисел.В нашем случае, когда объем сосуда составляет 1 л (или 1000 мл), и происходит изохорный процесс (т.е. процесс при постоянном объеме), изменение давления на 1 атмосферу означает, что происходит реакция только между водородом и гелием, без участия других газов. При этом к смеси газов подвели количество теплоты Q220 Дж.Чтобы найти отношение молей водорода к молям гелия, воспользуемся следующими шагами⁚
1. Используем уравнение состояния идеального газа для водорода и гелия⁚
PV nRT,
где P ⏤ давление газа, V ⏤ его объем, n ⏤ количество молей газа, R ⏤ универсальная газовая постоянная и T ⏤ абсолютная температура газа.2. Поскольку процесс изохорный, объем сосуда остается неизменным, следовательно, величина объема можно опустить⁚
P nRT.3. По условию, давление в сосуде возросло на 1 атмосферу, следовательно, итоговое давление будет⁚
P2 P1 ΔP,
где P1 ⏤ начальное давление, P2 ー итоговое давление и ΔP ー изменение давления.4; Зная, что 1 атмосфера равна 101325 Па, преобразуем это значение в СИ⁚
ΔP 1 * 101325 101325 Па.5. Подставляем полученные значения в уравнение идеального газа⁚
P1 n1RT и P2 n2RT.6. Исключаем R и T из уравнений⁚
P1/P2 n1/n2.7. Подставляем известные значения⁚
(P1 ΔP)/P1 n1/n2;8. Упрощаем уравнение⁚
1 ΔP/P1 n1/n2.9. Выражаем отношение числа молей водорода к числу молей гелия⁚
n1/n2 1/(1 ΔP/P1).10. Подставляем значения⁚
n1/n2 1/(1 101325/P1).11. В данном случае объем сосуда равен 1 л, что составляет 1000 мл, то есть P1 n1RT/1000.
12. Подставляем это значение⁚
n1/n2 1/(1 101325/(n1RT/1000)).13. Упрощаем выражение⁚
n1/n2 1/(1 101325/(n1RT/1000)) 1000/(1000 (101325/(n1RT))).
Таким образом, отношение числа молей водорода к числу молей гелия в сосуде будет примерно равно 1000/(1000 (101325/(n1RT))), где n1 ー количество молей водорода, R ⏤ универсальная газовая постоянная и T ー абсолютная температура газа.