(1)只要有液态水存在,平衡时汽缸中气体的总压强就等于空气压强与饱和水蒸气压强之和:
p总0=p空0+p饱=3.0atm①
第一次膨胀后V1=2V0p总1=p空1+p饱=2.0atm②
由于第一次膨胀是等温过程,所以p空0V0=p空1V1=2p空1V0③
解①②③三式,得p饱=1.0atm④
p空0=2.0atm⑤
p空1=1.0atm⑥
由于p饱=1.0atm,可知汽缸中气体的温度T0=373K⑦
根据题意,经两次膨胀,气体温度未改变.
(2)设水蒸气为γ水mol.经第一次膨胀,水全部变成水蒸气,水蒸气的压强仍为p饱,
这时对于水蒸气和空气分别有
p饱V1=γ水RT0⑧
p空1V1=γ空RT0=2RT0⑨
由此二式及⑤⑥式可得γ水=2mol
(3)在第二次膨胀过程中,混合气体可按理想气体处理,
有p总2V2=p总1V1
由题意知,V2=4V0,V1=2V0,
再将②式代入,得p总2=1.0atm
答:(1)汽缸中气体的温度373K;
(2)汽缸中水蒸气的摩尔数2mol;
(3)汽缸中气体的总压强1.0atm.