题目
试问下列过程中,△U、△H、△S、△A、与△G何者为零。(1)理想气体的卡诺循环;(2)实际气体的节流膨胀;(3)理想气体向真空膨胀;(4)液态水在100OC,下气化;(5)H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O;(6)水在0OC,下结为冰;(7)CO2(g)绝热可逆膨胀。
试问下列过程中,△U、△H、△S、△A、与△G何者为零。
(1)理想气体的卡诺循环;
(2)实际气体的节流膨胀;
(3)理想气体向真空膨胀;
(4)液态水在100OC,下气化;
(5)H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O;
(6)水在0OC,下结为冰;
(7)CO2(g)绝热可逆膨胀。
题目解答
答案
(1)因为循环过程中状态函数不变,帮△U=0,△H=0,△S=0,△A=0,△G=0
(2)此为恒焓过程:△H=0(1)
(3)此理想气体恒温过程:△U=0,△H=0
(4)此为恒温恒压可逆相变:△G=0
(5)此为可逆相变:△G=0
(6)此为恒熵过程:△S=0
解析
步骤 1：理想气体的卡诺循环
卡诺循环是一个可逆循环，循环过程中系统的初态和终态相同，因此状态函数（内能U、焓H、吉布斯自由能G、亥姆霍兹自由能A）的变化量均为零。熵S的变化量也因为是可逆循环而为零。
步骤 2：实际气体的节流膨胀
节流膨胀是一个等焓过程，即焓H的变化量为零。由于节流膨胀过程中没有做功，因此内能U的变化量也为零。熵S的变化量不为零，因为节流膨胀是不可逆过程。
步骤 3：理想气体向真空膨胀
理想气体向真空膨胀是一个等温过程，因此内能U和焓H的变化量均为零。熵S的变化量不为零，因为这是一个不可逆过程。吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量也不为零。
步骤 4：液态水在100OC下气化
液态水在100OC下气化是一个恒温恒压可逆相变过程，因此吉布斯自由能G的变化量为零。内能U、焓H、熵S和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 5：H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O
H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O是一个绝热过程，因此内能U的变化量为零。焓H、熵S、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 6：水在0OC下结为冰
水在0OC下结为冰是一个恒温恒压可逆相变过程，因此熵S的变化量为零。内能U、焓H、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 7：CO2(g)绝热可逆膨胀
CO2(g)绝热可逆膨胀是一个绝热过程，因此内能U的变化量为零。焓H、熵S、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
卡诺循环是一个可逆循环，循环过程中系统的初态和终态相同，因此状态函数（内能U、焓H、吉布斯自由能G、亥姆霍兹自由能A）的变化量均为零。熵S的变化量也因为是可逆循环而为零。
步骤 2：实际气体的节流膨胀
节流膨胀是一个等焓过程，即焓H的变化量为零。由于节流膨胀过程中没有做功，因此内能U的变化量也为零。熵S的变化量不为零，因为节流膨胀是不可逆过程。
步骤 3：理想气体向真空膨胀
理想气体向真空膨胀是一个等温过程，因此内能U和焓H的变化量均为零。熵S的变化量不为零，因为这是一个不可逆过程。吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量也不为零。
步骤 4：液态水在100OC下气化
液态水在100OC下气化是一个恒温恒压可逆相变过程，因此吉布斯自由能G的变化量为零。内能U、焓H、熵S和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 5：H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O
H2(g)与O2(g)在绝热容器中反应生成H2O是一个绝热过程，因此内能U的变化量为零。焓H、熵S、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 6：水在0OC下结为冰
水在0OC下结为冰是一个恒温恒压可逆相变过程，因此熵S的变化量为零。内能U、焓H、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。
步骤 7：CO2(g)绝热可逆膨胀
CO2(g)绝热可逆膨胀是一个绝热过程，因此内能U的变化量为零。焓H、熵S、吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A的变化量不为零。