ID: 00016590
Сосуд разделён на две равные по объёму части пористой неподвижной перегородкой. В левой части сосуда содержится 8 г водорода, а в правой — 28 г азота. Перегородка может пропускать молекулы водорода и является непроницаемой для молекул азота. Температура газов одинаковая и остаётся постоянной.
Выберите все верные утверждения о процессах установления равновесия в системе и о состояниях газов.
1) После установления равновесия в левой части сосуда будет находиться в 1,5 раза меньше молекул, чем в правой части.
2) Суммарная внутренняя энергия водорода остаётся неизменной.
3) В начальном состоянии концентрация водорода меньше, чем концентрация азота.
4) В процессе установления равновесия давление в правой части сосуда возрастает в 3 раза.
5) После установления равновесия внутренняя энергия газа в левой части сосуда уменьшилась в 3 раза.
Запишите цифры, под которыми указаны верные утверждения, в порядке возрастания.
Источник: ФИПИ
Переводим массы в моли. Водород $H_2$: 2 г/моль $\to 8$ г $=4$ моль. Азот $N_2$: 28 г/моль $\to 28$ г $=1$ моль. Половинки равного объёма, температура общая и постоянная. Водород свободно растекается на весь сосуд, азот заперт справа.
1) Молекулы после равновесия. 4 моль водорода поделятся поровну: по 2 моль в каждой половине. Слева — только водород, 2 моль. Справа — водород $+$ азот: $2+1=3$ моль. Слева в $3/2=1{,}5$ раза меньше, чем справа. Верно.
2) Внутренняя энергия водорода. Водорода как было 4 моль, так и осталось, температура постоянна. Значит его суммарная внутренняя энергия $U=\tfrac{i}{2}\nu RT$ не меняется. Верно.
3) Концентрация в начале. В начале слева 4 моль водорода в объёме $V$, справа 1 моль азота в таком же $V$. Концентрация водорода $c_{H_2}=4/V$ больше, чем у азота $c_{N_2}=1/V$. Утверждение про «меньше» — неверно.
4) Давление справа. Сначала справа только азот — 1 моль. После равновесия там 3 моль (азот $+$ пришедший водород). При тех же $V$ и $T$ давление $p\sim N$, значит оно выросло в 3 раза. Верно.
5) Внутренняя энергия слева. Слева было 4 моль водорода, стало 2 моль. При постоянной $T$ энергия упала в $4/2=2$ раза, а не в 3. Неверно.
Верны утверждения 1, 2 и 4.