题目
在一定温度和压力下a,b任意两相平衡时,两相中下述物理量相等的是( )。A. 摩尔热力学能B. 摩尔焓C. 摩尔吉布斯函数D. 摩尔熵
在一定温度和压力下a,b任意两相平衡时,两相中下述物理量相等的是( )。
A. 摩尔热力学能
B. 摩尔焓
C. 摩尔吉布斯函数
D. 摩尔熵
题目解答
答案
C. 摩尔吉布斯函数
解析
本题考查的知识点是相平衡的热力学条件。解题的关键在于理解在一定温度和压力下,系统达到相平衡时所遵循的热力学判据。
在一定温度和压力下,系统达到平衡的条件是吉布斯函数达到最小值。对于任意两相$\alpha$和$\beta$,当它们处于平衡状态时,系统的总吉布斯函数$G$不随物质在两相之间的转移而变化。
设物质的量为$n$的物质从$\alpha$相转移到$\beta$相,系统吉布斯函数的变化$\mathrm{d}G$为:
$\mathrm{d}G = \mu_{\beta}\mathrm{d}n - \mu_{\alpha}\mathrm{d}n=(\mu_{\beta}-\mu_{\alpha})\mathrm{d}n$
其中$\mu_{\alpha}$和$\mu_{\beta}$分别是物质在$\alpha$相和$\beta$相的化学势。
在平衡状态下,$\mathrm{d}G = 0$,由于$\mathrm{d}n\neq0$,所以可得$\mu_{\beta}-\mu_{\alpha}=0$,即$\mu_{\alpha}=\mu_{\beta}$。
化学势$\mu$与摩尔吉布斯函数$G_m$在数值上是相等的,即$\mu = G_m$。所以在一定温度和压力下,任意两相平衡时,两相中摩尔吉布斯函数相等。
而摩尔热力学能$U_m$、摩尔焓$H_m$和摩尔熵$S_m$并不一定在两相平衡时相等。例如,对于相变过程$H_2O(l)\rightleftharpoons H_2O(g)$,液态水和气态水的摩尔热力学能、摩尔焓和摩尔熵是不同的。