题目
有一绝热箱子,中间用绝热隔板把箱子的容积一分为二,一边放 1mol 300K、100 kPa 的单原子理想气体 Ar(g),另一边放 2 mol 400 K、200 kPa 的双原子理想气体 N2(g)。若把绝热隔板抽去,让两种气体混合达平衡,求混合过程的熵变。
有一绝热箱子,中间用绝热隔板把箱子的容积一分为二,一边放 、 的单原子理想气体 ,另一边放 、 的双原子理想气体 。若把绝热隔板抽去,让两种气体混合达平衡,求混合过程的熵变。
题目解答
答案
解析
步骤 1:计算混合前的熵
- 对于单原子理想气体 Ar(g),其熵变公式为:ΔS = nCvln(T2/T1) + nRln(V2/V1),其中Cv为定容摩尔热容,R为理想气体常数。
- 对于双原子理想气体 N2(g),其熵变公式为:ΔS = nCvln(T2/T1) + nRln(V2/V1)。
- 由于混合过程是绝热的,所以温度不变,即T2 = T1,因此熵变公式简化为:ΔS = nRln(V2/V1)。
步骤 2:计算混合后的熵
- 混合后的熵变公式为:ΔS = nRln(V2/V1),其中V2为混合后的体积,V1为混合前的体积。
- 混合后的体积为V2 = V1 + V2,其中V1为单原子理想气体 Ar(g)的体积,V2为双原子理想气体 N2(g)的体积。
- 混合后的熵变公式为:ΔS = nRln((V1 + V2)/V1) + nRln((V1 + V2)/V2)。
步骤 3:计算混合过程的熵变
- 混合过程的熵变公式为:ΔS = ΔS1 + ΔS2,其中ΔS1为单原子理想气体 Ar(g)的熵变,ΔS2为双原子理想气体 N2(g)的熵变。
- 混合过程的熵变公式为:ΔS = n1Rln((V1 + V2)/V1) + n2Rln((V1 + V2)/V2)。
- 将已知条件代入公式,计算混合过程的熵变。
- 对于单原子理想气体 Ar(g),其熵变公式为:ΔS = nCvln(T2/T1) + nRln(V2/V1),其中Cv为定容摩尔热容,R为理想气体常数。
- 对于双原子理想气体 N2(g),其熵变公式为:ΔS = nCvln(T2/T1) + nRln(V2/V1)。
- 由于混合过程是绝热的,所以温度不变,即T2 = T1,因此熵变公式简化为:ΔS = nRln(V2/V1)。
步骤 2:计算混合后的熵
- 混合后的熵变公式为:ΔS = nRln(V2/V1),其中V2为混合后的体积,V1为混合前的体积。
- 混合后的体积为V2 = V1 + V2,其中V1为单原子理想气体 Ar(g)的体积,V2为双原子理想气体 N2(g)的体积。
- 混合后的熵变公式为:ΔS = nRln((V1 + V2)/V1) + nRln((V1 + V2)/V2)。
步骤 3:计算混合过程的熵变
- 混合过程的熵变公式为:ΔS = ΔS1 + ΔS2,其中ΔS1为单原子理想气体 Ar(g)的熵变,ΔS2为双原子理想气体 N2(g)的熵变。
- 混合过程的熵变公式为:ΔS = n1Rln((V1 + V2)/V1) + n2Rln((V1 + V2)/V2)。
- 将已知条件代入公式,计算混合过程的熵变。