题目
在一定的温度T和压力p下,一个化学反应在电池中以可逆方式完成,同时对外做电功W'。设该反应的吉布斯自由能变化为Delta G,则以下关系正确的是()A. Delta G = W'B. Delta G > W'C. Delta G D. -Delta G = W'
在一定的温度T和压力p下,一个化学反应在电池中以可逆方式完成,同时对外做电功W'。设该反应的吉布斯自由能变化为$\Delta G$,则以下关系正确的是()
A. $\Delta G = W'$
B. $\Delta G > W'$
C. $\Delta G < W'$
D. $-\Delta G = W'$
题目解答
答案
D. $-\Delta G = W'$
解析
本题考查化学反应在电池中可逆进行时吉布斯自由能变化与对外电功的关系。解题思路是依据热力学基本原理,明确吉布斯自由能的定义以及其在可逆过程中的物理意义,进而推导出吉布斯自由能变化与对外电功的关系。
在恒温恒压且无非体积功的条件下,系统吉布斯自由能的减少量等于系统对外所做的最大非体积功。对于在电池中以可逆方式进行的化学反应,对外做的电功就属于非体积功。
设系统的吉布斯自由能为 $G$,在反应前后分别为 $G_1$ 和 $G_2$,则吉布斯自由能变化 $\Delta G=G_2 - G_1$。
根据热力学原理,在恒温恒压可逆过程中,系统对外做的最大非体积功 $W_{max}'$ 等于系统吉布斯自由能的减少量,即 $W_{max}'=-(G_2 - G_1)=-\Delta G$。
在本题中,化学反应在电池中以可逆方式完成,对外做电功 $W'$ 就是最大非体积功 $W_{max}'$,所以可得 $-\Delta G = W'$。