题目
一个处于平衡状态的封闭系统,应同时满足的平衡条件为______、______、______、______
一个处于平衡状态的封闭系统,应同时满足的平衡条件为______、______、______、______
题目解答
答案
热力学平衡的四个条件:
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热平衡:系统内各部分温度相同,无热交换。
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力平衡:系统内各部分压力相同,无机械运动。
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相平衡:多相系统中各相的组成和数量不变。
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化学平衡:系统中化学反应达到动态平衡,各组分浓度不变。
封闭系统(无物质交换)需同时满足以上四个条件。
答案: 热平衡;力平衡;相平衡;化学平衡
解析
本题考查封闭系统达到平衡状态时应满足的条件相关知识点。解题思路是明确封闭系统的定义(无物质交换),然后依据热力学中关于系统平衡的基本概念,分别从热、力、相、化学这四个方面来分析系统达到平衡的条件。
- 热平衡:从热力学角度来看,热传递的本质是由于温度差引起的能量传递。当系统内各部分温度相同时,就不存在温度差,也就不会有热交换发生,此时系统达到热平衡状态。用数学公式表示,若系统内有多个部分,温度分别为 $T_1,T_2,\cdots,T_n$,热平衡条件可表示为 $T_1 = T_2=\cdots=T_n$。
- 力平衡:力是改变物体运动状态的原因。在系统中,如果各部分压力不同,就会产生压力差,从而导致机械运动。只有当系统内各部分压力相同时,才不会有净的力作用使系统发生机械运动,即达到力平衡。设系统内各部分压力为 $p_1,p_2,\cdots,p_n$,力平衡条件为 $p_1 = p_2=\cdots=p_n$。
- 相平衡:对于多相系统,相是指系统中物理性质和化学性质完全均匀的部分。当各相的组成和数量不变时,意味着相之间的物质转移达到了动态平衡,即单位时间内从一相转移到另一相的物质量与反向转移的物质量相等,系统达到相平衡。
- 化学平衡:在化学反应中,反应物会不断转化为生成物,同时生成物也会逆向转化为反应物。当系统中化学反应达到动态平衡时,正反应速率 $v_{正}$ 等于逆反应速率 $v_{逆}$,即 $v_{正}=v_{逆}$,此时各组分的浓度不再随时间变化,系统达到化学平衡。