题目
试将如下的两个不可逆过程设计成可逆过程:(1)在298 K,101.3 kPa压力下,水蒸发为同温同压的气;(2)在268 K, 101.3 kPa压力下,水凝结为同温同压的冰。
试将如下的两个不可逆过程设计成可逆过程:
(1)在298 K,101.3 kPa压力下,水蒸发为同温同压的气;
(2)在268 K, 101.3 kPa压力下,水凝结为同温同压的冰。
题目解答
答案
答:(1)

等压可逆升温↓ ↑等压可逆降温

(2)
等压可逆升温↓ ↑等压可逆降温

解析
考查要点:本题要求将两个不可逆的相变过程设计为可逆过程,核心在于理解相变的可逆条件及等压可逆路径的构建。
关键思路:
- 相变的可逆性:相变必须发生在相变温度下,且过程无限缓慢,确保每一步均处于平衡状态。
- 等压可逆路径:通过等压可逆升温/降温使系统达到相变温度,再在该温度下完成相变,最后等压降温恢复初始温度。
第(1)题:水蒸发为气体
不可逆原因:在298 K直接蒸发,液态与气态化学势差异大,无法维持平衡。
可逆设计:
- 等压可逆升温:将液态水从298 K缓慢升温至沸点373 K(保持压力101.3 kPa),此时液、气两相共存。
- 等压相变:在373 K下,通过可逆过程使液态完全转化为气态。
- 等压可逆降温:将气体从373 K缓慢降温至298 K,最终恢复初始温度。
第(2)题:水凝结为冰
不可逆原因:在268 K直接凝结,液态与固态化学势差异大,无法维持平衡。
可逆设计:
- 等压可逆升温:将液态水从268 K缓慢升温至冰点273 K(保持压力101.3 kPa),此时液、固两相共存。
- 等压相变:在273 K下,通过可逆过程使液态完全转化为固态。
- 等压可逆降温:将冰从273 K缓慢降温至268 K,最终恢复初始温度。