姚丽清

(福建省三明市将乐一中 353300)

2019年全国高考理综卷33题如下：热等静压设备广泛用于材料加工中.该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理， 改善其性能.一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中.已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃.氩气可视为理想气体.

(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；

(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强.

常见的错误解答认为把氩气压入炉腔是一个等温过程，满足玻意耳-马略特定律，得到:P1V1=P2V2

1.5×107×10×3.2×10-2=P2×0.13

P2=3.7×107Pa

出现这样错误就是没有考虑到等式的两边所研究的对象发生了变化，即气体的质量是不相等的，所以必须理清气体质量的来去.依据题意，解题思路整理如下：

1.明确研究对象是10瓶的氩气(炉腔内原来为真空)，初始状态P1=1.5×107Pa，体积V1=10×3.2×10-2m3，温度T1=300k

2.知道这些研究对象去哪了，其中一部分被压入炉腔，压入炉腔的气体其状态为P2=？，V2=0.13m3，温度T2=300k，另一部分的气体仍留在原来的瓶中，其存在的状态是P3=2.0×106Pa，V3=10×3.2×10-2m3，温度T3=300k.

3.理解气体三大定律成立的前提是一定质量的理想气体，而氩气压入炉腔前后气体质量关系满足m1=m2+m3.

4.根据质量的关系，应建立的等式：P1V1=P2V2+P3V3，这就保证了等式两边的质量是相等的，代入相应的数据可得P2=3.2×107Pa.

上述题目属于气体放气的问题，给轮胎打气则属于充气的问题，不管是充气或是放气都要理清气体的来龙去脉以及所处的状态，抓住质量不变列等式.下面以充气为例说明气体三大定律成立前提的重要性.

如：蹦蹦球是一种儿童健身玩具,某同学在17℃的室内对蹦蹦球充气,已知充气前球的总体积为2 L,压强为1 atm,充气筒每次充入0.2 L压强为1 atm的气体,忽略蹦蹦球体积变化及充气过程中气体温度的变化,求:

(1)充气多少次可以让气体压强增大至3atm;

(2)将充气后的蹦蹦球拿到温度为-13℃的室外后,压强将变为多少?

同理，依据题意，忽略充气过程气体温度的变化及蹦蹦球体积的变化，解题思路可整理为：

1.充气之后的蹦蹦球内的气体，这部分气体来自两方面，首先充气前蹦蹦球内本身有一定质量的气体，这部分气体的状态P1=1 atm，V1=2 L,T1=290 K，另一部分的气体充气筒n次充进去的气体，这些气体的状态P2=1 atm，V2=n×0.2 L,T2=290 K

2.蹦蹦球内的总的气体最终的状态为P3=3 atm，V3=2 L，T3=290 K

综上所述，解题方法如下:

解法一P1V1+P2V2=P3V3

1 atm×2 L+1 atm×n×0.2 L=3 atm×2 L

n=20次

解法二先考虑原来球内的气体的压强由1 atm变成3 atm时，占据球内多少的体积，剩余的体积则被充进去的气体所占据.这样就把这两部分的气体独立开来，分别找出这两部分气体变化前后的状态.

球内原来的气体P1=1 atm，V1=2 L,后来的状态P2=3 atm,V2=?

P1V1=P2V2

1 atm×2 L=3 atm×V2

V2=2/3 L

充进去的气体前后的状态P3=1 atm,V3=n×0.2 L；P4=3 atm,V4=(2-2/3)L

P3V3=P4V4

1 atm×n×0.2 L=3 atm×(2-2/3)L

n=20次

解法三以充气后所有的气体作为研究对象，压强由原来的3 atm变成1 atm(原来球内的压强和充进去的气体的初始压强都为1 atm)时对应的体积是多少，即P1=3 atm，V1=2 L；P2=1 atm，V2=?

P1V1=P2V2

3 atm×2 L=1 atm×V2

V2=6 L

这6 L的体积包含原来球内的气体的体积2 L，所以实际充进去的体积为4 L，所以充气的次数为n=4 L/0.2 L=20次.

当然这里还有其他的解法，见仁见智.但不管是哪种方法，在用气体三大定律解决问题时，都必须考虑等式两边的研究对象是一致的即质量是相等的.