Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Hóa hơi/ngưng tụ (Vật lý Lớp 12)

Để tạo ra các loại rượu truyền thống đặc trưng của Việt Nam, các cơ sở sản suất rượu đã thực hiện nhiều công đoạn. Trong các công đoạn đó có một công đoạn rất quan trọng là chưng cất rượu (rượu etylic). Quá trình chưng cất được thể hiện đơn giản bằng sơ đồ như hình bên. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Công nghệ sấy thăng hoa là một công nghệ sấy tách nước ra khỏi thực phẩm từ thể rắn sang thể hơi trong điều kiện môi trường nhiệt độ và áp suất thấp. Quá trình này luôn trải qua ba giai đoạn:

Giai đoạn 1: cấp đông, chuyển nước bên trong thực phẩm từ thể lỏng sang thể rắn.

Giai đoạn 2: sấy thăng hoa, chuyển nước từ thể rắn sang thể hơi, nâng dần nhiệt độ của thực phẩm. Kết thúc giai đoạn này khi nhiệt độ nguyên liệu tại $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ và nước bay hơi hoàn toàn.

Giai đoạn 3: sấy chân không, kết thúc giai đoạn này nhiệt độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ môi trường sấy, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm từ $2-4\%$. Biết rằng điều kiện áp suất và nhiệt độ của nước khi tồn tại ở thể rắn, lỏng và khí được mô tả như hình bên. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Đông trùng hạ thảo tươi có hàm lượng nước chiếm từ 85\% đến 90\% khối lượng. Sau quy trình chế biến, độ ẩm thành phẩm được đưa về mức 5\% đến 8\%. Để giữ được tính của đông trùng hạ thảo thì có hai phương pháp phổ biến được áp dụng là sấy lạnh và sấy thăng hoa.

Phương pháp sấy lạnh dựa trên nguyên lý tách ẩm bằng không khí khô, giảm áp suất để nước hoá hơi ở nhiệt độ thấp (20 ℃ đến 30 ℃). Phương pháp sấy thăng hoa thực hiện trong điều kiện áp suất rất thấp, khiến nước đá chuyển trực tiếp sang dạng hơi ở nhiệt độ âm ($-20$ ℃ đến $-5$ ℃) mà không qua thể lỏng. Quy trình sấy chung gồm 3 bước:

Bước 1: Xử lý nhiệt độ phù hợp cho sản phẩm và đưa vào buồng sấy kín.

Bước 2: Hệ thống bơm chân không thiết lập áp suất phù hợp, đồng thời bộ gia nhiệt cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình chuyển pha của nước.

Bước 3: Hơi nước thoát ra được thu hồi tại bộ ngưng tụ để chuyển lại thành thể lỏng, phần khí còn lại được bơm chân không loại bỏ ra ngoài môi trường.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

a) Trong phương pháp sấy thăng hoa, nước ở thể rắn chuyển thành dạng hơi (khí).

b) Nếu giữ nhiệt độ buồng sấy không đổi thì nhiệt lượng của bộ gia nhiệt cung cấp cho buồng sấy bằng 0.

c) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg nước hoá hơi lớn hơn nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg nước đá thăng hoa.

d) Nếu áp suất được giữ không đổi và nhiệt độ tăng thì số phân tử nước bị hút khỏi buồng sấy (bao gồm số phân tử hút qua bơm hút và số phân tử đi vào bộ ngưng tụ) lớn hơn số phân tử nước thoát ra khỏi sản phẩm.

Nhiệt lượng cần cung cấp trong giai đoạn chuyển thể để lượng nước trên hóa hơi hoàn toàn ở $100,0℃$ là $x\cdot 10^4\mathrm{J}$. Giá trị $x$ bằng bao nhiêu (làm tròn kết quả đến chữ số hàng đơn vị)?

Trên một ruộng muối có diện tích $500{\mathrm{m}}^2$, để thu hoạch được $486\mathrm{kg}$ muối thì cần phơi nắng trong bao nhiêu ngày? Giả sử mỗi ngày nắng kéo dài $8,0$ giờ, công suất bức xạ trung bình của Mặt Trời mà ruộng muối nhận được là $800W/{\mathrm{m}}^2$, và $55\%$ năng lượng này được dùng để làm bay hơi nước (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Một học sinh dùng dây đun có công suất 75 W để thực hiện thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước như hình vẽ. Khi nước sôi, số chỉ khối lượng trên cân giảm dần từ 150,0 g về 137,5 g trong thời gian 400,00 s. Bỏ qua nhiệt lượng toả ra môi trường ngoài. Qua thí nghiệm, học sinh này xác định được nhiệt hóa hơi riêng của nước là $a\cdot 10^6$ J/kg. Giá trị của $a$ xấp xỉ là

Nhiệt lượng trung bình mà cơ thể cung cấp để mồ hôi bay hơi mỗi ngày là bao nhiêu kJ (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Một học sinh thực hiện một thí nghiệm để xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước. Một cốc thủy tinh chứa nước được đặt trên cân điện tử. Cân điện tử có độ chia nhỏ nhất là $0,1\mathrm{g}$ được sử dụng để cân khối lượng nước trong quá trình đun.

Nước được đun nóng bằng một máy sưởi nhúng $0,10\mathrm{kW}$, được nhúng trong nước sao cho không chạm vào cốc thủy tinh, như hình bên. Khi nước sôi, học sinh đọc số chỉ của cân. Học sinh dùng đồng hồ bấm giờ có độ chính xác là $1\mathrm{s}$, sau $240\mathrm{gi}\hat{\mathrm{a}}\mathrm{y}$, học sinh đọc lại số cân thu được kết quả như sau:

Một nhóm học sinh thảo luận phương án thí nghiệm xác định nhiệt hóa hơi riêng của nước. Họ dùng các dụng cụ: Biến thế nguồn (1); oát kế có tích hợp chức năng đo thời gian (2); nhiệt kế điện tử (3); nhiệt lượng kế kèm dây điện trở (4); cân điện tử (5) và các dây nối như hình bên. Phương án thí nghiệm của họ gồm hai giai đoạn và được tóm tắt như sau:

$\text{Giai đoạn 1.}$ Đặt nhiệt lượng kế (đã tháo nắp ra khỏi bình) lên cân điện tử, đổ một lượng nước ấm có nhiệt độ 50℃ vào bình sao cho toàn bộ dây điện trở chìm trong nước. Xác định khối lượng nước $m_0$ có trong bình lúc này.

$\text{Giai đoạn 2.}$ Cấp điện cho dây điện trở. Khi nước trong bình bắt đầu sôi ổn định 100℃, tiến hành đo thời gian hoá hơi (đồng hồ thời gian bắt đầu chạy từ số 0) và xác định khối lượng của nước còn lại trong bình ở một số thời điểm.
$\bullet$ Khi đồng hồ chỉ giá trị $t_1$, khối lượng của nước còn lại trong bình là $m_1$.
$\bullet$ Khi đồng hồ chỉ giá trị $t_2$, khối lượng của nước còn lại trong bình là $m_2$ ($m_2<m_1$).

Coi số đo công suất trên oát kế không đổi là $P$, trong quá trình làm thí nghiệm toàn bộ dây điện trở chìm trong nước. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình nhiệt lượng kế và môi trường.

Tốc độ bay hơi trung bình trên da do thuốc gây ra là bao nhiêu gam/phút (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?

Nhiệt lượng trung bình mà cơ thể cung cấp để mồ hôi bay hơi mỗi ngày là bao nhiêu kJ (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Lượng mồ hôi trung bình mỗi ngày thoát ra khỏi cơ thể là bao nhiêu kg (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần mười)?

Để tiến hành thí nghiệm xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước, một nhóm học sinh đã sử dụng các dụng cụ sau: cân điện tử, bình đun siêu tốc, đồng hồ đo thời gian và nước ở nhiệt độ thường. Quá trình tiến hành thí nghiệm gồm các bước sau:

(1) Điều chỉnh đơn vị đo của cân là gam (g). Đặt bình đun siêu tốc lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0.

(2) Rót nước vào bình đun siêu tốc cho đến khi số chỉ của cân là 320 g.

(3) Cấp nguồn điện cho bình đun siêu tốc bắt đầu đun nước, khi nước sôi mở nắp cho nước bay hơi. Khi thấy cân điện tử chỉ 300 g thì bắt đầu bấm đồng hồ đo thời gian.

(4) Khi cân điện tử chỉ 250 g thì ghi nhận số chỉ trên đồng hồ đo thời gian là 77 s.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Hình vẽ bên là thí nghiệm xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước. Dây điện trở có công suất 25 W làm nóng nước trong một nhiệt lượng kế (đã được mở nắp) và được đặt trên đĩa cân. Bỏ qua điện trở của các dây nối. Khi nước sôi, số chỉ khối lượng trên cân giảm dần theo thời gian và được ghi lại 2 giá trị trong bảng bên. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một quạt hơi nước là thiết bị hoạt động dựa trên nguyên tắc bốc hơi nước tự nhiên để làm mát không khí. Lúc vận hành, cánh quạt quay tròn sẽ khởi tạo lực hút không khí đi vào máy qua 3 cửa hút gió. Ngay ở cửa lấy khí có bố trí tấm làm mát. Tấm làm mát này được thiết kế với hình thức như rất nhiều đường ống dẫn khí với mặt cắt như tổ ong. Tấm làm mát cũng có thể dẫn và thấm đẫm nước.

Khi không khí nóng bên ngoài luồn qua tấm làm mát đã có nước sẽ tạo ra hiện tượng bay hơi nước hoàn toàn tự nhiên ở trong các ống dẫn không khí. Nước lúc này đang từ thể lỏng sẽ chuyển đổi thành thể khí. Khi nước bay hơi, nhiệt lượng được lấy từ không khí xung quanh, làm giảm nhiệt độ không khí. Người ta dùng quạt hơi nước để làm mát một phòng kín, kích thước 4 m x 5 m x 4 m. Giả sử toàn bộ nhiệt lượng lấy từ không khí để làm bay hơi nước và nhiệt độ của nước luôn là 35 ℃. Biết lượng nước bay hơi từ quạt trong mỗi giây là 0,7 g; nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ 35 ℃ là $2,26\cdot 10^6$ J/kg; khối lượng riêng của không khí trong phòng là 1,2 $kg/{\mathrm{m}}^3$ và nhiệt dung riêng của không khí là 1005 J/(kg.K). Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm thực hành đo nhiệt hóa hơi riêng của nước. Họ lựa chọn phương án sử dụng ấm siêu tốc có vỏ cách nhiệt tốt để đun sôi nước. Họ tiến hành các bước như sau:

- Lấy 1 lượng nước vào ấm, đặt ấm lên cân điện tử và bắt đầu đun. Khi nước trong ấm sôi, mở nắp để hơi nước thoát ra ngoài.

- Đọc số chỉ của cân ở các thời điểm khác nhau theo thời gian. Biết ấm có công suất $P=1,50\cdot 10^3$ W; cân điện tử có độ chính xác là 1 g; số chỉ của cân ở thời điểm mốc $t_0=0,00$ s là $m_0=1,873$ kg. Kết quả thu được như bảng bên.

Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước. Để giảm ảnh hưởng của hao phí nhiệt ra môi trường đến kết quả đo, nhóm thiết kế phương án: đun nước đang sôi ở hai mức công suất điện $P$ khác nhau và đo tốc độ giảm khối lượng.

Một ấm bằng đồng chứa 0,6 lít nước ở nhiệt độ ban đầu bằng 20 ℃. Sau thời gian $\Delta t$, nước được đun sôi tới 100 ℃ và đã có 0,1 lít nước chuyển hoá thành hơi nước. Biết khối lượng của ấm đồng là 0,5 kg, nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 100 ℃ là $2,3\cdot 10^6$ J/kg, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K, khối lượng riêng của nước ở 20 °C là 1 gam/ml, hiệu suất của ấm là 60\%.

Tổng năng lượng đã dùng để đun trong thời gian $\Delta t$ gần giá trị nào nhất sau đây?

Có 1,8 lít nước ở nhiệt độ 25 °C, tính nhiệt lượng cần thiết để 1,8 lít nước đó đạt đến nhiệt độ sôi và $\frac{1}{3}$ lượng nước bị hoá hơi hoàn toàn. Cho nhiệt hoá hơi của nước là $2,26\cdot 10^6$ J/kg, nhiệt dung riêng của nước là 4180 J/kg.K, khối lượng riêng của nước là 1000 $kg/{\mathrm{m}}^3$.

Một ấm bằng đồng chứa 0,6 lít nước ở nhiệt độ ban đầu bằng 20 ℃. Sau thời gian $\Delta t$, nước được đun sôi tới 100 ℃ và đã có 0,1 lít nước chuyển hoá thành hơi nước. Biết khối lượng của ấm đồng là 0,5 kg, nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 100 ℃ là $2,3\cdot 10^6$ J/kg, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của đồng là 380 J/kg.K, khối lượng riêng của nước ở 20 °C là 1 gam/ml, hiệu suất của ấm là 60\%.

Trong thời gian $\Delta t$ đun ấm nước ở trên, nhiệt độ của nước trong ấm