焓的定义为H=U+pV,在下列计算式中哪一个算式是错误的( )。A. △H = △U + △pVB. △H = △U + △(Vp)C. △H = △U + p△V + V△PD. dH = dU + pdV + VdP
A. △H = △U + △pV
B. △H = △U + △(Vp)
C. △H = △U + p△V + V△P
D. dH = dU + pdV + VdP
题目解答
答案
解析
本题考查焓的定义以及状态函数变化量的计算,解题的关键在于理解焓的定义式$H = U + pV$,并根据状态函数的性质对其变化量进行正确推导。
对选项A的分析
已知焓的定义式$H = U + pV$,当体系发生变化时,焓变$\Delta H$为终态焓$H_2$与始态焓$H_1$之差,即$\Delta H=H_2 - H_1$。
将$H = U + pV$代入可得:$\Delta H=(U_2 + p_2V_2)-(U_1 + p_1V_1)$。
展开式子得:$\Delta H=(U_2 - U_1)+(p_2V_2 - p_1V_1)$。
因为$\Delta U = U_2 - U_1$,但$\Delta(pV)=p_2V_2 - p_1V_1$并不等同于$\Delta p\Delta V$。
根据乘法分配律$(a + \Delta a)(b+\Delta b)=ab + a\Delta b + b\Delta a+\Delta a\Delta b$,这里$p_2=p_1+\Delta p$,$V_2 = V_1+\Delta V$,则$p_2V_2=(p_1+\Delta p)(V_1+\Delta V)=p_1V_1 + p_1\Delta V+V_1\Delta p+\Delta p\Delta V$,所以$\Delta(pV)=p_1\Delta V+V_1\Delta p+\Delta p\Delta V\neq\Delta p\Delta V$,故$\Delta H = \Delta U + \Delta pV$是错误的。
对选项B的分析
由前面推导$\Delta H=(U_2 - U_1)+(p_2V_2 - p_1V_1)$,因为$\Delta U = U_2 - U_1$,$\Delta(Vp)=p_2V_2 - p_1V_1$,所以$\Delta H = \Delta U + \Delta(Vp)$是正确的。
对选项C的分析
同样根据$\Delta H=(U_2 - U_1)+(p_2V_2 - p_1V_1)$,将$p_2=p_1+\Delta p$,$V_2 = V_1+\Delta V$代入$p_2V_2$可得:
$p_2V_2=(p_1+\Delta p)(V_1+\Delta V)=p_1V_1 + p_1\Delta V+V_1\Delta p+\Delta p\Delta V$,则$p_2V_2 - p_1V_1=p_1\Delta V+V_1\Delta p+\Delta p\Delta V$,在忽略高阶无穷小$\Delta p\Delta V$时,$\Delta H = \Delta U + p\Delta V + V\Delta p$是正确的。
对选项D的分析
对于无限小的变化过程,$dH = dU + d(pV)$,根据乘积的微分法则$d(xy)=xdy + ydx$,这里$x = p$,$y = V$,所以$d(pV)=pdV + Vdp$,则$dH = dU + pdV + Vdp$是正确的。