14.在均相封闭系统中,(1) 定容热与内能变化的关系,成立的前提条件是什么?(2) 定压热与焓变的关系成立的前提条件是什么?A. (1) 相等,非体积功为0(2) 相等,非体积功为0B. (1) 不相等,非体积功为0(2) 不相等,非体积功为0C. (1) 相等,非体积功为0(2) 相等,非体积功不为0D. (1) 不相等,非体积功不为0(2) 不相等,非体积功不为0
A. (1) 相等,非体积功为0 (2) 相等,非体积功为0
B. (1) 不相等,非体积功为0 (2) 不相等,非体积功为0
C. (1) 相等,非体积功为0 (2) 相等,非体积功不为0
D. (1) 不相等,非体积功不为0 (2) 不相等,非体积功不为0
题目解答
答案
解析
本题考查均相封闭系统中定容热与内能变化、定压热与焓变关系成立的前提条件,解题关键在于理解热力学第一定律以及定容、定压过程的特点。
(1)定容热与内能变化的关系
根据热力学第一定律,对于封闭系统,内能的变化$\Delta U$等于系统与环境交换的热$Q$和功$W$之和,即$\Delta U = Q + W$。
在定容过程中,系统的体积不变,即$\Delta V = 0$。由于体积功$W_{体}=-p_{外}\Delta V$,所以体积功$W_{体}=0$。
此时系统对外做的功$W$就只有非体积功$W_{非}$,即$W = W_{非}$。
那么热力学第一定律可写为$\Delta U = Q_{V}+W_{非}$,其中$Q_{V}$表示定容热。
当非体积功$W_{非}=0$时,$\Delta U = Q_{V}$,也就是定容热与内能变化相等。
(2)定压热与焓变的关系
焓的定义为$H = U + pV$,对于一个过程,焓变$\Delta H=\Delta U + p\Delta V$。
在定压过程中,$p$为常数,系统与环境交换的热为定压热$Q_{p}$。
根据热力学第一定律$\Delta U = Q_{p}+W$,而功$W = W_{体}+W_{非}=-p_{外}\Delta V + W_{非}$,在定压过程中$p = p_{外}$,所以$W=-p\Delta V + W_{非}$。
将$W$代入$\Delta U = Q_{p}+W$可得:$\Delta U = Q_{p}-p\Delta V + W_{非}$。
再将$\Delta U = Q_{p}-p\Delta V + W_{非}$代入$\Delta H=\Delta U + p\Delta V$中,得到$\Delta H = Q_{p}+W_{非}$。
当非体积功$W_{非}=0$时,$\Delta H = Q_{p}$,即定压热与焓变相等。