2.单选题 遵循状态方程式p(Vm-b)=RT(b>0)的实际气体经节流膨胀后温度会()A. 上升B. 下降C. 不变D. 无法判断
A. 上升
B. 下降
C. 不变
D. 无法判断
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查实际气体在节流膨胀过程中的温度变化规律,需要结合状态方程和焦耳-汤姆逊效应进行分析。
解题核心思路:
- 节流膨胀是等焓过程,需通过焦耳-汤姆逊系数($\mu_{JT}$)判断温度变化方向。
- 焦耳-汤姆逊系数的符号由状态方程决定。若$\mu_{JT} < 0$,则压力降低时温度下降;若$\mu_{JT} > 0$,则温度上升。
- 根据题目给出的状态方程$p(V_m - b) = RT$,推导$\mu_{JT}$的表达式,最终确定符号。
破题关键点:
- 正确写出焦耳-汤姆逊系数的公式,并代入状态方程求导。
- 注意分子体积修正项$b$的物理意义,其正负直接影响$\mu_{JT}$的符号。
步骤1:写出焦耳-汤姆逊系数的公式
焦耳-汤姆逊系数定义为:
$\mu_{JT} = \left( \frac{\partial T}{\partial P} \right)_H = \frac{1}{C_p} \left[ T \left( \frac{\partial V_m}{\partial T} \right)_P - V_m \right]$
步骤2:从状态方程推导$\left( \frac{\partial V_m}{\partial T} \right)_P$
由状态方程$p(V_m - b) = RT$,解得:
$V_m = \frac{RT}{p} + b$
对$T$求偏导(保持$p$恒定):
$\left( \frac{\partial V_m}{\partial T} \right)_P = \frac{R}{p}$
步骤3:代入焦耳-汤姆逊系数公式
将$\left( \frac{\partial V_m}{\partial T} \right)_P = \frac{R}{p}$和$V_m = \frac{RT}{p} + b$代入公式:
$\mu_{JT} = \frac{1}{C_p} \left[ T \cdot \frac{R}{p} - \left( \frac{RT}{p} + b \right) \right]$
化简得:
$\mu_{JT} = \frac{1}{C_p} \left( -b \right) = -\frac{b}{C_p}$
步骤4:分析符号
由于题目中$b > 0$且$C_p > 0$,因此$\mu_{JT} < 0$。
结论:当压力降低时,温度下降。