题目
当p→0时,纯气体的[RT/p-V(T,p)]的值为( )。A. 0B. 很高的T时为0C. 与第三Virial系数有关D. 在Boyle温度时为0
当p→0时,纯气体的[RT/p-V(T,p)]的值为( )。
A. 0
B. 很高的T时为0
C. 与第三Virial系数有关
D. 在Boyle温度时为0
题目解答
答案
D. 在Boyle温度时为0
解析
本题考查真实气体的维里方程在低压极限下的行为,核心在于理解第二维里系数与Boyle温度的关系。当压力$p \to 0$时,真实气体趋近于理想气体,但需注意第二维里系数$B'(T)$对结果的影响。Boyle温度的定义是第二维里系数为零的温度,此时表达式$RT/p - V(T,p)$的值为零。
维里方程展开
真实气体的维里方程为:
$pV_m = RT\left[1 + B'(T)p + C'(T)p^2 + \cdots \right]$
当$p \to 0$时,高阶小项可忽略,近似为:
$pV_m \approx RT\left(1 + B'(T)p\right)$
解得摩尔体积:
$V_m \approx \frac{RT}{p}\left(1 + B'(T)p\right)$
计算表达式$RT/p - V_m$
将$V_m$代入表达式:
$\begin{aligned}\frac{RT}{p} - V_m &= \frac{RT}{p} - \frac{RT}{p}\left(1 + B'(T)p\right) \\&= \frac{RT}{p} \left[1 - 1 - B'(T)p\right] \\&= -B'(T)RT\end{aligned}$
关键结论
- 当$p \to 0$时,表达式值为$-B'(T)RT$。
- Boyle温度$T_B$定义为$B'(T_B) = 0$,此时表达式值为$0$。
- 其他温度下,$B'(T) \neq 0$,表达式值不为零。