Дано:
M₁ = 28·10⁻³ кг/моль - молярная масса азота
M₂ = 44·10⁻³ кг/моль - молярная масса углекислого газа
m - масса смеси
m₁ = 0,20·m -масса азота
m₂ = 0,80·m -масса углекислого газа
T = 450 K
p = 7·10⁵ Па
ρ смеси - ?
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона для смеси газов:
p·V=(m₁/M₁+m₂/M₂)·R·T
p·V=m·(0,20/M₁+0,80/M₂)·R·T
Разделим обе части уравнения на объем, и учтем, что плотность:
ρ = m /V
p=ρ·(0,20/M₁+0,80/M₂)·R·T
Отсюда плотность смеси:
ρ = p /((0,20/M₁+0,80/M₂)·R·T)
ρ = 7·10⁵ /((0,20/28·10⁻³+0,80/44·10⁻³ )·8,31·450)
ρ = 7,39 кг/м³
t1 = 420 °С.
t2 = 30 °С.
C = 400 Дж/кг *°С.
λ = 12 *10^4 Дж/кг.
Q - ?
Необходимое количество теплоты Q будет суммой: Q = Q1 + Q2, где Q1 - количество теплоты, которое выделится при кристаллизации цинка при температуре плавления, Q2 - количество теплоты, которое выделится при остывании цинка от t1 до t2.
Количество теплоты Q1, которое выделяется при кристаллизации цинка, определяется формулой: Q = λ *m, где λ - удельная теплота кристаллизации цинка, m - масса цинка.
Количества теплоты Q2, которое необходимо для нагревания цинка определяется формулой: Q = C *m *(t2 - t1), где C - удельная теплоемкость цинка, m - масса цинка, t2, t1 - конечная и начальная температура.
Q = 12 *10^4 Дж/кг *2 кг + 400 Дж/кг *°С *2 кг *(420 °С - 30 °С) = 552000 Дж.
ответ: при отвердевании и остывании цинка выделяется Q = 552000 Дж тепловой энергии.