417.气体CO与O2在一坚固的绝热箱内发生化学反应,系统的温度升高,该过程[ ]

这是一道关于热力学第一定律及其在特定条件下应用的经典题目。以下是详细的解析： ### 1. 分析系统条件 * **坚固的绝热箱**： * **“绝热”**意味着系统与外界没有热量交换，即 $Q = 0$。 * **“坚固”**通常暗示容器的体积不变（刚性容器），即 $\Delta V = 0$。因此，系统对外不做体积功，即 $W = -P_{ext}\Delta V = 0$。（即使不考虑体积功，若仅视为封闭系统且无其他非体积功，结论依然成立，但“坚固”二字强调了恒容条件）。 ### 2. 应用热力学第一定律 根据热力学第一定律： $$ \Delta U = Q + W $$ 将上述条件代入： * $Q = 0$ （绝热） * $W = 0$ （恒容，无体积功；且题目未提及电功等其他形式的功，故总功为0） 因此： $$ \Delta U = 0 + 0 = 0 $$ 所以，**选项 A 正确**。 ### 3. 分析其他选项为何错误 * **B. $\Delta H = 0$** 焓变的定义是 $\Delta H = \Delta U + \Delta(PV)$。 虽然 $\Delta U = 0$，但该反应是气体反应（$2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$），反应前后气体的物质的量发生变化（从3mol变为2mol），且题目明确指出“温度升高”。 对于理想气体，$PV = nRT$。由于 $T$ 升高且 $n$ 改变，$PV$ 乘积必然改变，即 $\Delta(PV) \neq 0$。 因此，$\Delta H = \Delta(PV) \neq 0$。实际上，这是一个放热反应，在恒容条件下内能不变，但在恒压条件下焓变才与反应热直接相关，此处并非恒压过程，且状态函数 $H$ 随 $T$ 和 $P$ 变化，故 $\Delta H \neq 0$。 * **C. $\Delta S = 0$** 熵变 $\Delta S$ 判断过程的自发性或可逆性。 CO 与 $O_2$ 的化学反应是**自发进行**的不可逆过程。根据热力学第二定律，孤立系统（绝热且无做功，即 $\Delta U=0, \Delta V=0$ 的封闭系统可视为隔离系统的一部分或直接用熵增原理判断）发生自发不可逆过程时，熵总是增加的。 即 $\Delta S > 0$（熵增原理）。故 $\Delta S \neq 0$。 * **D. $\Delta G = 0$** 吉布斯自由能变 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 通常用于判断恒温恒压下的自发性。 在此过程中，温度 $T$ 发生了显著变化（升高），且过程是自发的化学反应。自发过程的驱动力导致系统向平衡态移动，$\Delta G$ 并不为零。只有在相平衡或化学平衡状态下，$\Delta G$ 才为 0。此题描述的是反应发生的过程，是一个远离平衡到趋向平衡的过程，故 $\Delta G \neq 0$（通常自发过程 $\Delta G < 0$，但需注意 $\Delta G$ 的定义条件，此处主要依据是过程自发且非平衡态）。 ### 总结 在绝热、恒容（不做非体积功）的条件下，根据热力学第一定律，系统的内能变化 $\Delta U$ 必然为零。 **正确答案：A**