温度为400K的纯理想气体,压力为0.2MPa和0.1MPa时所对应的化学势分别为mu_(i)(A)和mu_(i)(B),则mu_(i)(A)-mu_(i)(B)=()Jcdot mol^-1。A 2405.27;B 2305.27;C 2505.27
温度为400K的纯理想气体,压力为0.2MPa和0.1MPa时所对应的化学势分别为$\mu_{i}(A)$和$\mu_{i}(B)$,则$\mu_{i}(A)-\mu_{i}(B)=$()J$\cdot mol^{-1}$。
A 2405.27;
B 2305.27;
C 2505.27
题目解答
答案
根据热力学原理,对于纯理想气体,其化学势 $\mu$ 与压力 $p$ 的关系公式为:
$\mu(T, p) = \mu^\ominus(T) + RT \ln\left(\frac{p}{p^\ominus}\right)$
其中:
- $R$ 为理想气体常数,通常取 $8.314\text{ J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$;
- $T$ 为热力学温度;
- $\mu^\ominus(T)$ 为标准化学势;
- $p^\ominus$ 为标准压力。
题目中给出温度为 $400\text{K}$ 的纯理想气体,在两个不同压力下的化学势分别为:
- 状态 A:压力 $p_A = 0.2\text{ MPa}$,化学势为 $\mu_i(A)$
- 状态 B:压力 $p_B = 0.1\text{ MPa}$,化学势为 $\mu_i(B)$
我们需要计算两者的差值 $\mu_i(A) - \mu_i(B)$。根据化学势公式,在同一温度下,两状态化学势之差为:
$\mu_i(A) - \mu_i(B) = \left[ \mu^\ominus(T) + RT \ln\left(\frac{p_A}{p^\ominus}\right) \right] - \left[ \mu^\ominus(T) + RT \ln\left(\frac{p_B}{p^\ominus}\right) \right]$
化简得:
$\mu_i(A) - \mu_i(B) = RT \ln\left(\frac{p_A}{p_B}\right)$
将已知数据代入公式:
- $R = 8.314\text{ J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$
- $T = 400\text{ K}$
- $p_A = 0.2\text{ MPa}$
- $p_B = 0.1\text{ MPa}$
$\mu_i(A) - \mu_i(B) = 8.314 \times 400 \times \ln\left(\frac{0.2}{0.1}\right)$
$\mu_i(A) - \mu_i(B) = 3325.6 \times \ln(2)$
已知 $\ln(2) \approx 0.693147$,代入计算:
$\mu_i(A) - \mu_i(B) \approx 3325.6 \times 0.693147 \approx 2305.27\text{ J}\cdot\text{mol}^{-1}$
对比题目给出的选项:
A 2405.27
B 2305.27
C 2505.27
计算结果与选项 B 一致。
因此,正确答案是 B。