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我们来分析一个理想气体储气罐的问题。甲罐容积为V,压强为p;乙罐容积为2V,压强也为p。现在通过连接管道调配气体,使两罐压强相等。我们需要求出调配后的压强和甲罐中气体质量的变化。
我们使用理想气体状态方程pV等于nRT来分析这个问题。初始状态下,甲罐的摩尔数为pV除以RT,乙罐的摩尔数为p乘以2V再除以RT。因此总摩尔数为3pV除以RT。这是我们分析的基础。
在调配过程中,气体的总摩尔数保持不变,这是摩尔数守恒定律。调配后两罐压强相等,设为p₂。将各状态的摩尔数表达式代入守恒方程,得到3pV等于3p₂V。消去公因子后可以求解p₂。
从方程3pV等于3p₂V可以直接求解。消去公因子3V后,得到p等于p₂。这意味着调配后两罐中气体的压强仍然为p,与初始压强相同。这是第一个问题的答案。
现在计算甲罐中气体质量的比值。由于是同种气体,质量比等于摩尔数比。甲罐调配前后的摩尔数分别为pV除以RT和p₂V除以RT。由于p₂等于p,所以比值为1。这意味着甲罐中气体质量没有变化,这与题目描述存在矛盾,说明在压强相等的初始条件下,实际上没有气体转移。