题目
【单选题】下列过程均为等温等压过程,根据公式 dG=-SdT+Vdp 计算得 ΔG=0,此结论能用于下述何过程?A. -5 ℃ 、 H 2 O(S)→ -5 ℃ 、 H 2 O(l)B. 等温、等压、 W´=0 的化学反应 A+B→C+DC. 等温、等压下食盐溶解于水D. 100 ℃ 、 H 2 O(l)→ 100 ℃ 、 H 2 O(g)
【单选题】下列过程均为等温等压过程,根据公式 dG=-SdT+Vdp 计算得 ΔG=0,此结论能用于下述何过程?
A. -5 ℃ 、 H 2 O(S)→ -5 ℃ 、 H 2 O(l)
B. 等温、等压、 W´=0 的化学反应 A+B→C+D
C. 等温、等压下食盐溶解于水
D. 100 ℃ 、 H 2 O(l)→ 100 ℃ 、 H 2 O(g)
题目解答
答案
D. 100 ℃ 、 H 2 O(l)→ 100 ℃ 、 H 2 O(g)
解析
本题考查热力学中吉布斯自由能变($\DeltaDelta G$)的计算及应用条件,关键是明确公式$dG=-SdT+Vdp$的适用范围及$\Delta G=0$的物理意义。
公式$dG=-SdT+Vdp$的适用条件
该公式是吉布斯自由能的全微分表达式,仅适用于:
- 封闭系统(无物质的量不变);
- 可逆的相变或化学过程(或系统处于平衡态);
- 等温等压条件下($dT=0,dp=0$),公式简化为$dG=0$,即$\Delta G=0$。
选项分析
-
A. -5℃、$H_2O(S)→-5℃、H_2O(l)$:
-5℃时水的凝固点为0℃,此过程是$H_2O(s)$向$H_2O(l)$的非自发相变(过冷水的凝固是自发的,但此处是反向),系统未处于平衡态,不符合可逆条件,$\Delta G\neq0$。 -
B. 等温、等压、$W'=0$的化学反应$AθA+B→C+D$:
化学反应通常为不可逆过程(除非处于平衡),$W'=0$(非体积功为0)不代表可逆,$\Delta G$不一定为0,仅平衡时$\Delta G=0$,但题目未说明平衡,排除。 -
C. 等温、等压下食盐溶解于水:
食盐溶解是自发的不可逆过程($\Delta G<0$(溶解后系统混乱度增加),且溶液浓度变化导致$V$非定值,不符合$dG=-=-SdTVdp$的适用条件(需均相、组成不变)。 -
D. 100℃、$H_2O(l)→100℃、H_2O(g)$:
100℃、1atm下,水的气液气平衡(沸点),此过程是可逆相变,满足封闭系统、等温等压、可逆条件,由$dG=-SdT+Vdp=0$得$\Delta G=0$。