变质量问题(打气、分装、漏气、抽气)

变质量气体问题的处理方法1. 引言变质量气体问题是指在热力学系统中，物质的质量发生变化而产生的一类气体问题。

这类问题涉及到物质的进出、化学反应以及物质转化等过程。

在工程实践和科学研究中，我们经常会遇到这类问题，并需要采取相应的处理方法。

本文将介绍变质量气体问题的处理方法，包括控制物质进出、考虑化学反应和转化以及计算相关参数等内容。

2. 控制物质进出在处理变质量气体问题时，首先需要考虑如何控制物质的进出。

常见的方法有以下几种：2.1 进料控制通过控制进料流量和进料时间来控制物质的进入系统。

可以使用阀门、泵等设备来调节流量，确保物质进入系统的稳定性。

2.2 排放控制通过控制排放流量和排放时间来控制物质的离开系统。

可以使用排放阀门、泄压装置等设备来调节流量，确保物质排放的安全性和稳定性。

2.3 密封控制在处理变质量气体问题时，需要注意系统的密封性。

通过选择合适的密封材料、设计合理的密封结构等方式，确保系统的密封性，防止物质的泄漏和外界空气的进入。

3. 考虑化学反应和转化变质量气体问题中常涉及到化学反应和物质转化。

在处理这类问题时，需要考虑以下几个方面：3.1 化学平衡对于存在多种化学反应的系统，需要考虑各个反应之间的平衡关系。

可以根据各个反应的速率常数、反应热力学数据等信息，利用热力学平衡条件求解各个组分的浓度或压力。

3.2 反应速率对于存在快速反应和慢速反应的系统，需要考虑各个反应之间的速率差异。

可以使用动力学模型描述快速反应和慢速反应之间的相互作用，并通过求解动力学方程得到各个组分的浓度或压力随时间变化的规律。

3.3 物质转化在处理变质量气体问题时，常常需要考虑物质之间的转化关系。

可以使用反应速率常数、平衡常数等数据，通过建立适当的动力学模型和质量守恒方程，求解各个组分的转化率和转化程度。

4. 计算相关参数在处理变质量气体问题时，需要计算一些与问题相关的参数。

常见的参数包括：4.1 流量流量是指单位时间内物质通过某一截面的数量。

2)2(P VV V P +=00)(P VnV V P n +=0)(P VnV V P n +=内容讲解例题1：一只轮胎容积为V ，已装有P 0的空气．现用打气筒将压强为P 0的空气打入轮胎中，已知打气筒的容积为V 0，打入n 次后轮胎内气体的压强为多少？(设打气过程中轮胎容积及气体温度保持不变）解析过程：方法一：递推法第一次打气，打入的气体和容器内余下内的气体： 得第二次打气，打入的气体和容器内余下内的气体：得第n 次打气，打入的气体和容器内余下内的气体：得方法二：等效法n 次打入的气体和第一次未打入容器内的气体：得P 0,VPn,VP 0,V 0P 0,V 0P 0,V 0。

P 0,V 0 P 0,VP 1,VP 2,VPn,VP 0,V 0P 0,V 0P 0,V 0。

。

01)(P VV V P +=)0002V V V P V P ++=（)001V V P V P +=（)0000V V V V P PnV ++++= （VP V P V nP n 000=+202)(P V V VP +=V P V V P n 10n (-=+）1)(P V V VP P V V VP n n n n +=+=-）（VP V V P 001)(=+方法归纳：在打气的问题中可以假设把打进的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。

设想将充进容器内的气体用一根无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的。

这样，我们就将变质量的问题转化成质量一定的问题了。

例题2：一只容器容积为V ，已装有P 0的空气。

现用抽气筒进行抽气，已知抽气筒的容积为V0，抽出n 次后容器内气体的压强为多少？(设抽气过程中气体温度保持不变） 解析过程：第一次抽气，抽出的气体和容器内余下内的气体：得第二次抽气，抽出的气体和容器内余下内的气体：得第n 次抽气，抽出的气体和容器内余下内的气体：得P 0,VP 1,VP 2,VPn,VP 1,V P 2,V 0P 3,V 0 。

2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练专题28 充气、抽气、漏气和灌气变质量模型一、高考真题1．为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL ，内装有0.5mL 的药液，瓶内气体压强为51.010Pa ⨯，护士把注射器内横截面积为20.3cm 、长度为0.4cm 、压强为51.010Pa ⨯的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强。

【答案】51.310Pa ⨯【详解】以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V 1,有310.9mL 0.5mL=0.4mL=0.4cm V =−注射器内气体体积为V 2，有3320.30.4cm 0.12cm V =⨯=根据理想气体状态方程有()01211p V V pV +=代入数据解得51 1.310Pa p =⨯2．甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。

甲罐的容积为V ，罐中气体的压强为p ；乙罐的容积为2V ，罐中气体的压强为12p 。

现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。

求调配后：（i ）两罐中气体的压强；（ii ）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。

【答案】（i ）23p ；（ii ）23 【详解】（i ）气体发生等温变化，对甲乙中的气体，可认为甲中原气体有体积V 变成3V ，乙中原气体体积有2V 变成3V ，则根据玻意尔定律分别有13pV p V =⋅，21232p V p V ⋅=⋅则1212()32pV p V p p V +⋅=+⨯ 则甲乙中气体最终压强122'3p p p p =+= （ii ）若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来的压强为p ，则''p V pV =计算可得2'3V V = 由密度定律可得，质量之比等于'23m V m V ==现原 3．定高气球是种气象气球，充气完成后，其容积变化可以忽略。

运⽤⽓体定律解决变质量问题的⼏种⽅法运⽤⽓体定律解决变质量问题的⼏种⽅法解变质量问题是⽓体定律教学中的⼀个难点，⽓体定律的适⽤条件是⽓体质量不变，所以在解决这⼀类问题中就要设法将变质量转化为定质量处理。

常⽤的解题⽅法如下。

⼀、等效的⽅法在充⽓、抽⽓的问题中可以假设把充进或抽出的⽓体包含在⽓体变化的始末状态中，即⽤等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。

1.充⽓中的变质量问题设想将充进容器内的⽓体⽤⼀根⽆形的弹性⼝袋收集起来，那么当我们取容器和⼝袋内的全部⽓体为研究对象时，这些⽓体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，我们就将变质量的问题转化成质量⼀定的问题了．例1．⼀个篮球的容积是2.5L ，⽤打⽓筒给篮球打⽓时，每次把510Pa 的空⽓打进去3125cm 。

如果在打⽓前篮球⾥的空⽓压强也是510Pa ，那么打30次以后篮球内的空⽓压强是多少Pa ？（设在打⽓过程中⽓体温度不变）解析：由于每打⼀次⽓，总是把V ?体积，相等质量、压强为0p 的空⽓压到容积为0V 的容器中，所以打n 次⽓后，共打⼊压强为0p 的⽓体的总体积为n V ?，因为打⼊的n V ?体积的⽓体与原先容器⾥空⽓的状态相同，故以这两部分⽓体的整体为研究对象．取打⽓前为初状态：压强为0p 、体积为0V n V +?；打⽓后容器中⽓体的状态为末状态：压强为n p 、体积为0V ．令2V 为篮球的体积,1V 为n 次所充⽓体的体积及篮球的体积之和则1 2.5300.125V L L =+?由于整个过程中⽓体质量不变、温度不变，可⽤玻意⽿定律求解。

1122p V p V ?=?55112210(2.5300.125)Pa 2.510Pa 2.5p V p V ??+?===?2.抽⽓中的变质量问题⽤打⽓筒对容器抽⽓的的过程中，对每⼀次抽⽓⽽⾔，⽓体质量发⽣变化，其解决⽅法同充⽓问题类似：假设把每次抽出的⽓体包含在⽓体变化的始末状态中，即⽤等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。

作业练习 1．新冠疫情传播非常迅速，负压隔离病房在抗击疫情中起了关键作用。

所谓负压病房是指在特殊的装置作用下，使病房内的气压低于病房外的气压。

一般负压值（病房外与病房内气压差）为20~120Pa 时效果比较理想。

假设有一间负压隔离病房，开放状态时，病房内外的气压均为51.010Pa ⨯，病房内温度为280K ；正常工作时，病房内温度为295K ，负压值为100Pa 。

空气可视为理想气体，病房外环境保持不变。

求：（1）若病房密闭，仅将病房内温度升高到295K ，病房内的气压（保留四位有效数字）；（2）病房由开放状态变为正常工作状态，需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比（保留两位有效数字）。

2．如图所示为压缩式喷雾器，该喷雾器储液桶的总容积为V 0，当内部气体压强为p （未知）时恰好能工作。

初始时刻，内部液面在23处，内部气体压强等于外界大气压p 0，用一个容积为01Δ10V V =的打气筒通过进气口给储液桶打气20次后，喷雾器可以一直工作到液面下降到12处。

设定打气过程中，储液桶内空气温度保持不变，药液不会向外喷出，喷液管体积及喷液口与储液桶底间高度差不计，试求：（1）恰好能工作时内部气体压强p ；（2）然后再继续打气20次，那么一直可以工作到液面下降到多高处。

3．2020年冬季，新冠肺炎在全球肆虐，医院氧气用量激增。

一个钢瓶容积200L ，在室外测得氧气压强为6310Pa ⨯，环境温度为23C -︒，医院病房内温度27C ︒（钢瓶的热胀冷缩可以忽略）。

则：（1）移入室内达热平衡后钢瓶内氧气的压强为多少？（2）现在室内对容积5L 内部真空的小钢瓶分装，分装后每个小钢瓶压强为5210Pa ⨯，在分装过程中大小钢瓶温度均保持不变。

最多可分装多少瓶小钢瓶供病人使用。

参考答案：1．（1）51.05410Pa ⨯；（2）5.2%2．（1）0143p ；（2）1143．（1）63.610Pa ⨯；（2）680（瓶）。

变质量气体问题的两种处理方法赏析作者：杨宗礼任海燕来源：《中学生数理化·高考理化》2022年第05期在利用理想气体的实验定律或状态方程解题时，研究对象应是一定质量的理想气体，但是在实际问题中，气体的质量可能是变化的。

当遇到变质量气体问题时，可以先通过恰当选取研究对象，将变质量问题转化为定质量问题，再利用气体实验定律列式求解，也可以利用理想气体状态方程分态式求解。

下面对2021年河北省普通高中学业水平考试中的一道变质量气体问题进行深入探讨，归纳出求解这类问题的两种方法，希望对同学们的复习备考有所帮助。

题目：某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27℃时，压强为3.0x103Pa。

（1）当夹层中空气的温度升至37℃时，求此时夹层中空气的压强。

（2）当保温杯外层出现裂隙后，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值。

设环境温度为27℃，大气压强为1.0x105Pa。

命题意图：本题借助日常生活中常用的双层玻璃保温杯设置情境，考查考生运用理论知识解释生活现象，学以致用的能力。

（1）问属于定质量气体问题，较为简单，根据查理定律列式求解即可;（2）问属于变质量气体问题，有一定的难度，需要巧选分析思路，灵活运用物理规律求解。

解析：（1）当夹层中空气的温度由27℃升至37℃时，做等容变化，根据查理定律得，其中T1=（273+27）K=300 K， T2=（273+37）K=310K，p1=3.0x 103Pa，解得P2=3.1x103Pa。

（2）思路一：恰当选取研究对象，将变质量问题转化为定质量问题。

方法1：当保温杯外层出现裂隙后，静置足够长时间，夹层中的空气压强和大气压强相等。

设夹层中容积为V，以静置后夹层中的所有空气为研究对象，则p。

V=p1V1，其中p。

=1.0x10°Pa，p1=3.0x103Pa，解得。

增加的空气的体积。

因为同温同压下空气的质量之比等于体积之比，所以增加的空气质量与原有空气质量之比方法2：设夹层中容积为V，以夹层中原有的空气为研究对象，根据题意得p1=3.0x103Pa，p2=1.0x105 Pa，这部分空气做等温变化，根据玻意耳定律得p1V=p2V2，解得。

变质量问题：分装、打气、漏气、抽气一、变质量问题转化为定质量问题的方法1.充气问题:向球、轮胎等封闭容器中充气选择容器内原有气体和即将打入的气体作为研究对象。

2.抽气问题:从容器内抽气的过程中,容器内的气体质量不断减小。

分析时,将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象。

3.分装问题:将一个大容器里的气体分装到多个小容器中，把大容器中的气体和多个小容器中的气体看成整体来作为研究对象。

4.漏气问题:容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，选容器内剩余气体和漏出气体为研究对象。

二针对训练1．容积为20 L的钢瓶充满氧气后，压强为150 atm，打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中，若小瓶原来是抽空的，小瓶中充气后压强为10 atm，分装过程中无漏气，且温度不变，那么最多能分装CA．4瓶B．50瓶C．56瓶D．60瓶2．一只两用活塞气筒的原理如图所示（打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示），其筒内体积为V0，现将它与另一只容积为V的容器相连接，开始时气筒和容器内的空气压强为p0，已知气筒和容器导热性良好，当分别作为打气筒和抽气筒使用时，活塞工作n次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为D3．小张开车出差，汽车某个轮胎的容积为20L，在上高速前检验胎压为2.5atm，此时车胎的温度为27℃，在经过几个小时的行驶进入服务区后，小张发现该轮胎有漏气现象，检测得出胎压变化为2atm，此时轮胎内气体的温度为87℃。

（1）求车胎漏出气体的质量占原来气体质量的比例；（2）求车胎温度恢复到27℃时车胎内气体的压强；（不考虑此过程的漏气和轮胎体积的变化）（3）补胎后，在第（2）的基础上给轮胎打气，假设每次打入气体的体积为，压强为1atm，温度为27℃，打多少次能使车胎内气体压强恢复到2.5atm。

【答案】（1）（2）（3）50次【解析】（1）对原来气体由理想气体状态方程，其中，代入数据可得，漏出的气体占总体积的（2）对轮胎内剩余的气体，由理想气体状态方程，其中，解得；（3），解得n=50次；4．某热气球的球囊体积V1=2.3×103m3。

运用气体定律解决变质量问题的几种方法解变质量问题是气体定律教学中的一个难点，气体定律的适用条件是气体质量不变，所以在解决这一类问题中就要设法将变质量转化为定质量处理。

常用的解题方法如下。

一、等效的方法在充气、抽气的问题中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。

1.充气中的变质量问题设想将充进容器内的气体用一根无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，我们就将变质量的问题转化成质量一定的问题了．例1．一个篮球的容积是2.5L ，用打气筒给篮球打气时，每次把510Pa 的空气打进去3125cm 。

如果在打气前篮球里的空气压强也是510Pa ，那么打30次以后篮球内的空气压强是多少Pa ？（设在打气过程中气体温度不变）解析： 由于每打一次气，总是把V ∆体积，相等质量、压强为0p 的空气压到容积为0V 的容器中，所以打n 次气后，共打入压强为0p 的气体的总体积为n V ∆，因为打入的n V ∆体积的气体与原先容器里空气的状态相同，故以这两部分气体的整体为研究对象．取打气前为初状态：压强为0p 、体积为0V n V +∆；打气后容器中气体的状态为末状态：压强为n p 、体积为0V ．令2V 为篮球的体积,1V 为n 次所充气体的体积及篮球的体积之和则1 2.5300.125V L L =+⨯由于整个过程中气体质量不变、温度不变，可用玻意耳定律求解。

1122p V p V ⨯=⨯55112210(2.5300.125)Pa 2.510Pa 2.5p V p V ⨯⨯+⨯===⨯2.抽气中的变质量问题用打气筒对容器抽气的的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。