题目
对于O2和N2混合气体的可逆绝热压缩过程( )A. △U=0B. △A=0C. △S=0D. △G=0
对于O2和N2混合气体的可逆绝热压缩过程( )
A. △U=0
B. △A=0
C. △S=0
D. △G=0
题目解答
答案
C. △S=0
解析
本题考查热力学过程中状态函数变化的相关知识,解题的关键在于理解可逆绝热过程的特点,并依据各状态函数的定义和性质来判断其变化情况。
对各选项的分析
- A选项:
- 根据热力学第一定律$\Delta U = Q+W$,其中$\Delta U$是系统内能的变化,$Q$是系统与环境交换的热量,$W$是系统与环境交换的功。
- 对于绝热过程,$Q = 0$,但在压缩过程中,外界对系统做功,即$W>0$。
- 所以$\Delta U=Q + W=0 + W=W>0$,故A选项错误。
- B选项:
- 亥姆霍兹自由能$A=U - TS$,其变化$\Delta A=\Delta U-\Delta(TS)=\Delta U - T\Delta S - S\Delta T$。
- 由前面分析可知$\Delta U>0$,对于绝热压缩过程,温度升高$\Delta T>0$,且$\Delta S = 0$(后面会详细说明)。
- 则$\Delta A=\Delta U - S\Delta T>0$,故B选项错误。
- C选项:
- 熵是衡量系统混乱度的状态函数,对于可逆过程,根据熵变的定义$dS=\frac{\delta Q_{r}}{T}$,其中$\delta Q_{r}$是可逆过程的热交换,$T$是温度。
- 因为是绝热过程,$\delta Q_{r}=0$,所以$dS = 0$。
- 对整个过程积分$\Delta S=\int dS = 0$,故C选项正确。
- D选项:
- 吉布斯自由能$G = H-TS=U + pV-TS$,其变化$\Delta G=\Delta U+\Delta(pV)-\Delta(TS)=\Delta U+\Delta(pV)-T\Delta S - S\Delta T$。
- 已知$\Delta U>0$,$\Delta S = 0$,$\Delta T>0$,且压缩过程中$p$和$V$都发生变化,$\Delta(pV)\neq0$。
- 所以$\Delta G=\Delta U+\Delta(pV)-S\Delta T\neq0$,故D选项错误。