题目
6. 单组分气-液平衡体系,在孤立条件下,界面 A 发生了 dA > 0 的 微小变化, 体系相应的熵变 dS 变化为: ( )A. dS > 0B. dS = 0C. dS D. 不能确定
6. 单组分气-液平衡体系,在孤立条件下,界面 A 发生了 dA > 0 的 微小变化, 体系相应的熵变 dS 变化为: ( )
A. dS > 0
B. dS = 0
C. dS < 0
D. 不能确定
题目解答
答案
C. dS < 0
解析
考查要点:本题主要考查孤立系统中单组分气-液平衡体系界面变化时的熵变分析,涉及热力学基本概念及相变过程的热力学性质。
解题核心思路:
- 孤立系统特性:孤立系统中能量(内能)守恒,无热交换,熵变由系统内部过程决定。
- 界面变化与表面能:气-液界面面积变化时,表面能的改变会影响系统内能分布。
- 熵变本质:熵是系统微观状态数的度量,表面分子排列较体相更有序,表面积增加会降低系统混乱度,导致熵减。
破题关键:
- 表面分子有序性:表面分子受力不对称,排列更规则,自由度更低,对应熵较小。
- 能量消耗:界面面积增加需克服表面张力做功,消耗内能,导致温度降低,进一步使熵减少。
在孤立系统中,单组分气-液平衡体系的界面面积变化时,需从能量和熵变两方面分析:
表面能与内能变化
界面面积增加($dA > 0$)需克服表面张力做功,导致系统内能减少:
$dU = -W = -\gamma dA$
其中$\gamma$为表面张力,负号表示内能因做功而减少。
温度变化与熵变关系
孤立系统中,内能减少对应温度下降。温度$T$与熵$S$的关系为:
$dS = \frac{dU}{T}$
当$T$降低且$dU < 0$时,$dS$必然为负。
表面分子的有序性
表面分子因受力不对称,排列更有序,自由度低于体相分子。表面积增加使系统整体混乱度降低,直接导致熵减少。
综上,界面面积增加时,内能减少、温度降低、分子混乱度下降,三重因素共同作用使熵变$dS < 0$。