题目
用“正”或“负”表示下列过程有关热力学函数的变化:(1) 固体表面吸附气体过程,Delta H ,Delta S ,Delta G 。(2) mathrm(NaNO)_3 晶体溶解过程,Delta H ,Delta S ,Delta G 。(3) 撒食盐使冰融化过程,Delta H ,Delta S ,Delta G 。
用“正”或“负”表示下列过程有关热力学函数的变化:
(1) 固体表面吸附气体过程,$\Delta H$ ,$\Delta S$ ,$\Delta G$ 。
(2) $\mathrm{NaNO}_3$ 晶体溶解过程,$\Delta H$ ,$\Delta S$ ,$\Delta G$ 。
(3) 撒食盐使冰融化过程,$\Delta H$ ,$\Delta S$ ,$\Delta G$ 。
题目解答
答案
(1) 固体表面吸附气体:ΔH < 0(放热),ΔS < 0(熵减),ΔG < 0(自发)。
(2) NaNO₃溶解:ΔH > 0(吸热),ΔS > 0(熵增),ΔG < 0(自发)。
(3) 冰融化(撒盐):ΔH > 0(吸热),ΔS > 0(熵增),ΔG < 0(自发)。
答案:
(1) ΔH:负,ΔS:负,ΔG:负。
(2) ΔH:正,ΔS:正,ΔG:负。
(3) ΔH:正,ΔS:正,ΔG:负。
解析
本题主要考查对不同热力学过程中焓变($\Delta H$)、熵变($\Delta S$)和吉布斯自由能变($\Delta G$)的理解与判断。解题的关键在于依据各热力学函数的物理意义,结合具体过程的特点来分析其变化情况。
(1) 固体表面吸附气体过程
- 焓变($\Delta H$):
固体表面吸附气体是一个自发的过程,通常会放出热量,根据焓变的定义,放热过程$\Delta H \lt 0$,所以$\Delta H$为负。 - 熵变($\Delta S$):
熵是衡量体系混乱度的物理量。气体分子在固体表面被吸附后,其活动范围受到限制,混乱度降低,即体系的熵减小,所以$\Delta S \lt 0$,$\Delta S$为负。 - 吉布斯自由能变($\Delta G$):
根据吉布斯自由能变与焓变、熵变的关系公式$\Delta G=\Delta H - T\Delta S$,在吸附过程中,$\Delta H \lt 0$,$\Delta S \lt 0$,但在常温下,$\vert\Delta H\vert\gt{}T\vert\Delta S\vert$,使得$\Delta G \lt 0$,过程能够自发进行,所以$\Delta G$为负。
(2) $\mathrm{NaNO}_3$ 晶体溶解过程
- 焓变($\Delta H$):
$\mathrm{NaNO}_3$晶体溶解过程需要吸收热量来破坏离子晶体中的离子键,使离子能够在溶液中自由移动,根据焓变的定义,吸热过程$\Delta H \gt 0$,所以$\Delta H$为正。 - 熵变($\Delta S$):
固体$\mathrm{NaNO}_3$晶体溶解后,离子从有序的晶体状态变为在溶液中无序的自由移动状态,体系的混乱度增大,即熵增加,所以$\Delta S \gt 0$,$\Delta S$为正。 - 吉布斯自由能变($\Delta G$):
根据公式$\Delta G=\Delta H - T\Delta S$,$\mathrm{NaNO}_3$晶体溶解是自发过程,所以$\Delta G \lt 0$。在常温下,$T\Delta S\gt{}\Delta H$,满足$\Delta G \lt 0$的条件,所以$\Delta G$为负。
(3) 撒食盐使冰融化过程
- 焓变($\Delta H$):
冰融化是一个吸热过程,需要吸收热量来破坏冰分子间的氢键,使冰从固态变为液态,根据焓变的定义,吸热过程$\Delta H \gt 0$,所以$\Delta H$为正。 - 熵变($\Delta S$):
冰融化后,水分子从有序的固态变为无序的液态,体系的混乱度增大,即熵增加,所以$\Delta S \gt 0$,$\Delta S$为正。 - 吉布斯自由能变($\Delta G$):
撒食盐使冰融化是一个自发过程,根据吉布斯自由能变与过程自发性的关系,自发过程$\Delta G \lt 0$,所以$\Delta G$为负。