Bài tập về hiện tượng khuếch tán
I. Lý thuyết
1. Hiện tượng khuếch tán là gì
- Khái niệm: sự chuyển động không ngừng của các phân tử dẫn đến hiện tượng các nguyên tử, phân tử không ngừng va vào nhau, đây được gọi là hiện tượng khuếch tán.
- Khuếch tán là quá trình quan trọng, là sự chuyển động của các hạt, ion, phân tử hay dung dịch. Hiện tượng khuếch tán còn có vai trò quyết định trong chuyển động các phân tử trong quá trình trao đổi chất trong tế bảo của tất cả các loài
2. Các loại khuếch tán
Hiện tượng khuếch tán được chia làm 2 loại: Khuếch tán đơn giản và khuếch tán có điều kiện
* Khuếch tán đơn giản: Quá trình khuếch tán đơn giản là quá trình trong đó di chuyển qua các màng bán thấm hoặc trong dung dịch không có bất kỳ sự trợ giúp nào từ protein vận chuyển.
* Khuếch tán có điều kiện: là sự di chuyển thụ động của các phân tử qua màng tế bào từ vùng có nồng độ cao tới vùng có nống độ thấp nhờ phân tử mang chất.
- Thẩm tách: Là sự khuếch tán của các chất tan qua một màng thấm có chọn lọc, màng thấm có chọn lọc là màng chỉ cho phép các ion và phân tử cụ thể đi qua; cản trở sự chuyển động của các màng khác.
- Thẩm thấu: Là sự di chuyển của các phân tử dung môi từ vùng có nồng độ thấp hơn đến vùng có nồng độ cao hơn qua màng bán thấm. Vì nước là dung môi trong mọi sinh vật, các nhà sinh học định nghĩa thẩm thấu là sự khuếch tán của nước qua màng thấm có chọn lọc.
3. Nguyên nhân của khuếch tán
* Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuêch tán:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao, hiện tượng khuếch tán sẽ xảy ra dễ hơn, Nhiệt độ tăng cao là môi trường thích hợp để các phân tử chuyển động và va vào nhau nhanh hơn, khi các nguyên tử, phân tử hoạt đông nhanh, mạnh hơn thì hiện tượng khuếch tán cũng diễn ra nhanh hơn. Ngược lại, nếu ở nhiệt độ thường, môi trường nhiệt độ thấp, các phân tử hoạt động kém, sự va vào nhau cũng diễn ra ít hơn, dẫn đến quá trình khuếch tán diễn ra từ từ, chậm rãi.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao, hiện tượng khuếch tán sẽ xảy ra dễ hơn, Nhiệt độ tăng cao là môi trường thích hợp để các phân tử chuyển động và va vào nhau nhanh hơn, khi các nguyên tử, phân tử hoạt đông nhanh, mạnh hơn thì hiện tượng khuếch tán cũng diễn ra nhanh hơn. Ngược lại, nếu ở nhiệt độ thường, môi trường nhiệt độ thấp, các phân tử hoạt động kém, sự va vào nhau cũng diễn ra ít hơn, dẫn đến quá trình khuếch tán diễn ra từ từ, chậm rãi.
- Khu vực tương tác: Kích thước bề mặt, không gian xung quanh.
4. Ví dụ về hiện tượng khuếch tán
- Túi trà khi ngâm trong cốc nước nóng, nước nóng là môi trường nhiệt độ cao, tác động đến các phân tử trong trà hoạt động mạnh, dễ dàng tan ra, khuếch tán vị của chúng trong nước.
- Kích thước của hạt, kích thước của phân tử
- Độ dốc của gradien nồng độ
- Khi đun nước lá để xông hơi, mùi khói và mùi hương của nước lá sẽ khuếch tán vào không khí, lan toả khắp không gian xung quanh.
- Đường hoà tan đều vào nước mà ta không cần khuấy. Các phân tử đường khuếch tán trong nước và tốc độ khuếch tán sẽ diễn ra nhanh hơn trong trường hợp môi trường nước có nhiệt độ cao hay sẽ diễn ra chậm hơn trong môi trường nước ở nhiệt độ thường hay nước lạnh.
II. Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1: Xét bài toán tinh chế khi hydro bằng cách khuếch tán qua một bản bằng Pd, một bên của bản tiếp xúc với hỗn hợp khí tạp chứa hydro và các tạp chất khác như nito, oxy, hơi nước , còn một bên chứa khí hidro có áp suất thấp và được giữa không đổi. Tính khối lượng (kg) hydro khuếch tán qua bản Pd dày 5mm, diện tích 0,20 m2 ở 500 độ C trong mỗi giờ. Giả sử hệ số khuếch tán là 1.0.10-8 m2/s và nồng độ hydro ở hai phía cao và thấp tương ứng là 2,4 và 0,6kg/m3 Pd và khuếch tán ở trạng thái ổn định.
Đáp án: 2,6 . 10-3 kg/h
Ví dụ 2: Xác định thời gian thấm cacbon cần thiết để đạt nồng độ cacbon là 0,45 % klC ở vị trí 2mm từ bề mặt của một hợp kim Fe-C có hàm lượng cacbon ban đầu là 0,20%kl. Nồng độ bề mặt được giữ ở 1,30%kl và nhiệt độ xử lý là 1000 độ C. Biết rằng đối với độ khuếch tán của cacbon trong Fe-y thì Do = 2,3 . 10-5 m2/s và Qd = 148 kJ/mol.
Đáp án: 19,7 h
Ví dụ 3: Đung nóng một ống nghiệm đậy nút kín có đựng một ít nước. Nước nóng dần và tới một lúc nào đó thì nút ống nghiệm bị bật lên. Trong hiện tượng này, nhiệt năng của nước thay đổi bằng những cách nào, đã có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng nào?
Lời giải chi tiết: Nước nóng dần lên là do có sự truyền nhiệt từ bếp đun sang bếp nước, nút bật lên là do nhiệt năng của hơi nước chuyển hoá thành cơ năng. Trong hiện tượng này nhiệt năng của nước thay đổi bằng cách truyền nhiệt, khuếch tán nhiệt.
III. Bài tập vận dụng
Bài 1: Hiện tượng khuếch tán là:
A. Hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất tự hoà lẫn vào nhau
B. Hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất nằm riêng biệt tách rời nhau
C. Hiện tượng khi đổ nước vào cốc
D. Hiện tượng cầu vồng
Đáp án: Chọn A. Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng khi các nguyên tử, phân tử của các chất tự hoà lẫn vào nhau.
Bài 2: Vì sao săm xe đạp đã được bơm căng, mặc dù không bị thủng hoặc rò van nhưng sau một thời gia thì săm vẫn bị xẹp đi
Lời giải chi tiết: Giữa các phân tử cao su dùng làm săm có khoảng cách nên phân tử không khí trong lốp cao su nhìn bên ngoài dù kín, vẫn có thể thoát ra ngoài, qua các khoảng cách của phân tử. Tuy nhiên, do khoảng cách của các phân tử rất nhỏ nên lốp xe sẽ bị xẹp đi rất chậm
Bài 3: Trên lý thuyết, người ta tính được tốc độ trung bình của các phân tử khôn khí trong phòng khoảng 500m/s. Tốc độ này gấp đôi tốc độ của máy bay Bô - ing 747. Vậy tại sao khi bạn Lan mở lọ nước hoa dưới góc lớp thì vài giâ sau cả nước mới ngửi thấy mùi nước hoa?
Lời giải chi tiết: Có rất nhiều phân tử không khí trong phòng. Các phân tử nước hoa chuyển động hỗn loạn giữa cô số phân tử không khí khác cũng đang chuyển động hỗn loạn. Chính sự va chạm giữa chúng là nguyên nhân làm chậm sự lan toả mùi hương.
Bài 4: Hai bạn Bình và Hiếu tranh luận về nước lỏng và băng tuyết. An nói: Ở 0 độ C nước lỏng đông đặc thành băng. Băng nhẹ hơn nước (do sự nở đặc biệt của nước) nên nó nổi trong nước. Vì nước lỏng và băng được cấu tạo từ một loại phân tử giống nhau. Cho nên khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong băng lớn hơn khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong nước lỏng. Theo em lập luận, ai là người lập luận đúng.
Lời giải chi tiết: Hiếu lập luận đúng, khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong băng lớn hơn khoảng cách trung bình giữ các phân tử trong nước.
Bài 5: Tại sao có hiện tượng khuếch tán? Hiện tượng khuếch tán xảy ra nhanh lên hay chậm đi khi nhiệt độ giảm
Lời giải chi tiết: Có hiện tượng khuếch tán vì các nguyên tử, phân tử luôn luôn chuyển động và giữa chúng có khoảng cách. Khi nhiệt độ giảm thì hiện tường khuếch tán xảy ra chậm đi
Bài 6: Khi cọ xát một miếng đồng trên mặt bàn thì miếng đồng nóng lên. Có thể nói là miếng đồng đã nhận được nhiệt lượng không? Tại sao?
Lời giải chi tiết: Không, vì đây là hình thức truyền nhiệt bằng thực hiện công.
Bài 7: Rèn là phương pháp gia công kim loại sử dụng áp lực và nhiệt độ. Nhiệt độ cao của lò nung làm cho khoảng cách giữa các nguyên tử trong vật kim loại, chúng trở nên dẻo hơn, nhờ đó áp lực do người thợ rèn tác dụng lên vật làm cho các nguyên tử bên trong vật sắp xếp lại, kết quả là vật được rèn theo hình dạng mong muốn. Hãy giải thích tại sao, sau đó người thợ rèn lại nhúng nhanh vật rèn vào nước lạnh.
Lời giải chi tiết: Việc nhúng nhanh vật vào nước lạnh có tác dụng giải phóng nhanh sức nóng của vật, giữ lại cấu trúc nguyên tử mới được sắp xếp này, làm cho vật được rèn theo hình dạng mong muốn.
Xem thêm các dạng bài tập Sinh học hay khác:
60 bài tập về điều hòa hoạt động gen (2024) có đáp án chi tiết nhất
60 bài tập về quy luật Menđen: Quy luật phân li độc lập (2024) có đáp án chi tiết nhất
50 bài tập về quy luật Menđen: Quy luật phân li (2024) có đáp án chi tiết nhất
70 bài tập về đột biến số lượng nhiễm sắc thể (2024) có đáp án chi tiết nhất
30 Bài tập về Quần xã sinh vật (2024) có đáp án chi tiết nhất
