题目
(1) 在 298 K 和 100 kPa 时,反应 mathrm(H)_2mathrm(O)(mathrm(l)) longrightarrow mathrm(H)_2(mathrm(g)) + (1)/(2)mathrm(O)_2(mathrm(g)) 的 Delta_r G_m > 0,说明该反应不能自发进行。但在实验室内常用电解水的方法制备氢气,这两者有无矛盾?(2) 试将 Carnot 循环分别表达在以如下坐标表示的图上:T-p; T-S; S-V; U-S; T-H
(1) 在 298 K 和 100 kPa 时,反应 $\mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \longrightarrow \mathrm{H}_2(\mathrm{g}) + \frac{1}{2}\mathrm{O}_2(\mathrm{g})$ 的 $\Delta_r G_m > 0$,说明该反应不能自发进行。但在实验室内常用电解水的方法制备氢气,这两者有无矛盾?
(2) 试将 Carnot 循环分别表达在以如下坐标表示的图上:
$T-p$; $T-S$; $S-V$; $U-S$; $T-H$
题目解答
答案
(1) 根据 $ \Delta G > 0 $,水分解反应在标准条件下不自发,但电解水是通过外加电能驱动的非自发过程,二者并不矛盾。$ \Delta G > 0 $ 表明反应需外界能量输入,而电解正是通过电能实现反应。
(2) 卡诺循环在不同坐标图上的表示:
- $ T-p $ 图:1→2 和 3→4 为水平线(等温),2→3 和 4→1 为斜线(绝热)。
- $ T-S $ 图:1→2 和 3→4 为水平线(等温),2→3 和 4→1 为垂直线(绝热)。
- $ S-V $ 图:1→2 和 3→4 为曲线(等温),2→3 和 4→1 为垂直线(绝热)。
- $ U-S $ 图:1→2 和 3→4 为水平线(等温),2→3 和 4→1 为垂直线(绝热)。
- $ T-H $ 图:1→2 和 3→4 为水平线(等温),2→3 和 4→1 为斜线(绝热)。
(注:各图需结合具体过程绘制,此处仅描述特征。)