题目
有一个理想气体的γ =Cp/CV =,则该气体为几原子分子 ( )(A) 单原子分子 (B) 双原子分子(C) 三原子分子 (D) 四原子分子
有一个理想气体的γ =Cp/CV =,则该气体为几原子分子 ( )(A) 单原子分子 (B) 双原子分子(C) 三原子分子 (D) 四原子分子
题目解答
答案
答:(B)。根据能量均分原理,在一般温度下,单原子分子只有3个平动自由度,所以
。因为理想气体的
,所以
。同理,双原子分子的
,则
。现在,
,相当于
,
,这是双原子分子的特征。
解析
考查要点:本题主要考查理想气体的比热容比$\gamma = \dfrac{C_p}{C_V}$与分子自由度的关系,以及如何根据$\gamma$值判断分子类型。
解题核心思路:
- 能量均分原理:每个自由度的平均能量为$\dfrac{1}{2}kT$,对应摩尔热容为$\dfrac{1}{2}R$。
- 分子自由度分类:
- 单原子分子:3个平动自由度($C_V = \dfrac{3}{2}R$,$\gamma = \dfrac{5}{3}$)。
- 双原子分子:3平动 + 2转动自由度($C_V = \dfrac{5}{2}R$,$\gamma = \dfrac{7}{5}$)。
- 高原子分子:更多自由度,$\gamma$更小。
- 关键公式:$C_p = C_V + R$,结合$\gamma$值反推$C_V$,进而判断自由度。
破题关键:
- 根据$\gamma = 1.40 = \dfrac{7}{5}$,直接对应双原子分子的特征。
步骤1:计算$C_V$和$C_p$
已知$\gamma = \dfrac{C_p}{C_V} = 1.40 = \dfrac{7}{5}$,可得:
$C_p = \dfrac{7}{5} C_V$
又因理想气体满足$C_p = C_V + R$,联立得:
$\dfrac{7}{5} C_V = C_V + R \implies C_V = \dfrac{5}{2}R$
$C_p = \dfrac{7}{2}R$
步骤2:分析自由度
- 单原子分子:$C_V = \dfrac{3}{2}R$,$\gamma = \dfrac{5}{3} \approx 1.67$(不符)。
- 双原子分子:$C_V = \dfrac{5}{2}R$(3平动 + 2转动自由度),$\gamma = \dfrac{7}{5} = 1.40$(符合)。
- 多原子分子:自由度更多,$\gamma$更小(如三原子$\gamma \approx 1.33$,排除)。
结论:$\gamma = 1.40$对应双原子分子。