Để tính động năng trung bình của phân tử ôxi, chúng ta sử dụng công thức:
\[
E_k = \frac{3}{2} k T
\]
Trong đó:
- \(E_k\) là động năng trung bình của một phân tử.
- \(k\) là hằng số Boltzmann, \(k = \frac{R}{N_A}\), với \(R\) là hằng số khí lý tưởng (\(R \approx 8,314~J/(mol \cdot K)\)).
- \(T\) là nhiệt độ tuyệt đối (đơn vị Kelvin).
Đầu tiên, chúng ta cần tính nhiệt độ \(T\) từ áp suất và thể tích của khí ôxi. Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng:
\[
PV = nRT
\]
Trong đó:
- \(P = 2,5 \times 10^5~N/m^2\)
- \(V = 7,5~l = 7,5 \times 10^{-3}~m^3\)
- \(n\) là số mol khí, được tính bằng:
\[
n = \frac{m}{M} = \frac{24~g}{32~g/mol} = 0,75~mol
\]
Thay các giá trị vào phương trình trạng thái khí lý tưởng:
\[
(2,5 \times 10^5) \cdot (7,5 \times 10^{-3}) = 0,75 \cdot 8,314 \cdot T
\]
Tính toán bên trái:
\[
2,5 \times 10^5 \cdot 7,5 \times 10^{-3} = 1875
\]
Giải phương trình:
\[
1875 = 0,75 \cdot 8,314 \cdot T
\]
\[
T = \frac{1875}{0,75 \cdot 8,314} \approx \frac{1875}{6,2305} \approx 301,5~K
\]
Bây giờ, chúng ta tính hằng số Boltzmann \(k\):
\[
k = \frac{R}{N_A} = \frac{8,314}{6,023 \times 10^{23}} \approx 1,38 \times 10^{-23}~J/K
\]
Cuối cùng, tính động năng trung bình của phân tử ôxi:
\[
E_k = \frac{3}{2} k T = \frac{3}{2} \cdot (1,38 \times 10^{-23}) \cdot (301,5) \approx \frac{3}{2} \cdot 4,15 \times 10^{-21} \approx 6,23 \times 10^{-21}~J
\]
Vậy động năng trung bình của phân tử ôxi là:
\[
\boxed{6,23 \times 10^{-21}~J}
\]
Đáp án đúng là A.