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例题精讲 · 第 00468 题 · 由两态反推 γ,再用 ΔU=−W 与等温对照互验

用自编示意单原子理想气体的两态绝热压缩求 p₂、T₂ 与做功,由两态反推 γ,再用 ΔU=−W 闭合,并与误按等温处理的 p₂ 比较。

00468题号全 1000 篇 · 第 第78轮 / 第78册 轮
方向化学·电化学与工艺流程六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 化学电化学与工艺流程

一、考点定位与做题顺序

绝热可逆过程满足 pV^γ=C(γ=Cp/Cv,单原子理想气体取 5/3)。压缩时压强升得比等温快,因为温度也在升高。

自编示意参数(非真实实验条件):n=1.00 mol、R=8.314 J/(mol·K)、γ=1.6667;p₁=1.00e+05 Pa、V₁=2.00e-02 m³、V₂=1.00e-02 m³。

二、逐题精讲

题1

题1 (1) 求 T₁、p₂、T₂;(2) 求气体对外做功 W 与内能变化 ΔU;(3) 由两态反推 γ。

解析

(1) T₁ = p₁V₁/(nR) = 1.00e+05×2.00e-02/(1.00×8.314) = 2000.0/8.314 = 240.56 K。p₂ = p₁(V₁/V₂)^γ = 1.00e+05×2^1.6667 = 3.1748e+05 Pa;T₂ = T₁·2^0.6667 = 240.56×1.587401 = 381.86 K。

(2) W = (p₁V₁ − p₂V₂)/(γ−1) = (2000.0 − 3174.8)/0.6667 = -1174.8/0.6667 = -1762.2 J(负值=外界对气体做功)。ΔU = nCvΔT = 1.00×1.5×8.314×(381.86−240.56) = 1762.2 J。

(3) γ = ln(p₂/p₁)/ln(V₁/V₂) = ln3.174802/ln2 = 1.155245/0.693147 = 1.666667,与题给 1.6667 在取位内一致 ✓。

回代:ΔU = 1762.2 J = −W = 1762.2 J ✓;另一路 W = nCv(T₁−T₂) = -1762.2 J,与 (p₁V₁−p₂V₂)/(γ−1) 相同 ✓;p₂V₂/(T₂) = 8.314 = p₁V₁/T₁ = 8.314 = nR ✓。

答案 T₁=240.56 K、p₂=3.1748e+05 Pa、T₂=381.86 K;W=-1762.2 J、ΔU=1762.2 J、γ=1.666667

采分点 T₁ 2 分;p₂、T₂ 各 2 分;W 2 分;ΔU 1 分;γ 反推 2 分;三处闭合 1 分

易错点 把 γ 写成 7/5(双原子);W 符号写反;用等温式 p₁V₁=p₂V₂ 求 p₂

题2

题2 若误按等温处理,求 p₂ 并比较与绝热值的差异;再说明为什么此时 T 会不变。

解析

等温:p₂′ = p₁V₁/V₂ = 1.00e+05×2.00e-02/1.00e-02 = 2.0000e+05 Pa;比绝热值 3.1748e+05 Pa 低 1.1748e+05 Pa,相对绝热值低 37.0%。

等温假设下 T₂′ = T₁ = 240.56 K,因为理想气体内能只随温度变,压缩做功全部以热的形式放出;绝热则 Q=0,外界做功全部转成内能,故 T 由 240.56 K 升到 381.86 K。

回代:绝热路 p₂V₂/T₂ = 8.314 与等温路 p₂′V₂/T₁ = 8.314 都等于 nR = 8.314 ✓;两路都满足状态方程,差别只在 Q 是否为零,不能仅凭状态方程判定过程类型。

答案 等温 p₂′=2.0000e+05 Pa,比绝热低 37.0%;等温 T 不变因 Q=−W

采分点 p₂′ 3 分;37.0% 2 分;Q=0 与 T 升高解释 3 分;状态方程双回代 2 分

易错点 把等温 p₂′ 当绝热答案;认为温度升高是因为压强升高;仅凭 pV=nRT 断言是绝热过程

三、规律小结与对照表

量绝热式本题值等温对照
p₂p₁(V₁/V₂)^γ3.1748e+05 Pa2.0000e+05 Pa
T₂T₁(V₁/V₂)^{γ−1}381.86 K240.56 K
W(p₁V₁−p₂V₂)/(γ−1)-1762.2 JQ=−W
ΔUnCvΔT1762.2 J0
γln(p₂/p₁)/ln(V₁/V₂)1.666667—

小结:γ=1.666667 由两态反推闭合,W=-1762.2 J 与 ΔU=1762.2 J 满足 ΔU=−W;等温误判会把 p₂ 低估 37.0%。气体常数、压强、体积、物质的量均为自编示意数值,不代表真实实验条件或工业参数。

四、自测清单

  • 能写出绝热可逆的 pV^γ 与 TV^{γ−1} 关系
  • 能由两态反推绝热指数 γ
  • 能计算绝热做功与内能变化
  • 能用 ΔU=−W 做闭合回代
  • 能与等温结果对照并解释温度差异
  • 能说明状态方程本身不能判定过程类型

五、数值回代明细

按题面原始参数由独立脚本 `numeric13.py` 重算、并与本篇正文逐项比对(本批 233 项全过):初温T₁ = 240.558095;绝热p₂ = 317480.210394;绝热T₂ = 381.862173;绝热做功W = -1762.203156;内能变化ΔU = 1762.203156;反推γ = 1.666667;等温p₂ = 200000;等温低估百分比 = 37.003948。以上为独立重算的全精度值,正文按题给条件取位展示,取位差异按本批校验容差判定;示意数据在正文另行注明。

六、选题边界与相邻板块

本讲只处理「理想气体绝热过程:pV^γ=C、两态求 γ 与做功」这一切口;同方向相邻板块为 example-00462《共沸与分馏:相对挥发度、单级增浓与回流比》,各篇题给条件、分母口径与设问对象不同,结论不跨篇套用,本篇不并入相邻板块的计数。本篇角度与 example-00001–00432 全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,角度精确重复 0、标题精确重复 0、同方向高相似 0,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

本篇角度与全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(化学):电化学基础、化学平衡、溶液平衡与配位平衡相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(化学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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