熱力學第二定律習題學習資料

1、第二章熱力學第二定律習題精品文檔第二章 熱力學第二定律習題一、填空題1. H2O(l )在 80，101.325 kPa下蒸發(fā)，狀態(tài)函數(shù)( U、S、H、 A 、G)改變 值不為零的有 。2. 常壓下，過冷水凝結成同溫度的冰，則 S 體 0， S總 0。3.i.g.任一不可逆過程回到始態(tài)，其體系 S 體 0， S環(huán) 0。4. 熱溫商 Q/T 經(jīng)證明為狀態(tài)函數(shù)，其積分值必與熵變相等。5. 100，1.5p 的水蒸氣變成 100，p 的液體水， S 0, G 0。6. 選擇 “、”“、”“=”理想氣體經(jīng)節(jié)流膨脹， S 0， G 0.二、 選擇題1. 在等溫等壓下進行下列相變：H2O (s,-10,

2、p ) = H2O (l,-10 , p ) 在未指明是可逆還是不可逆的情況下，考慮下列各式哪些是適用的 ( )(1) Q/T= fus S(2) Q = fus H(3) fus H/T= fus S(4) fus G = 最大凈功(A) (1)， (2)(B) (2)， (3)(C) (4)(D) (2)2.純液體苯在其正常沸點等溫汽化，則：(A)vapU =vapH ，vapF =vapG ，(B)vapU vapH ，vapF vapH ，vapU vapG ，(D)vapF SSS pppp aaaa v v v v收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔3. 1 mol 液苯，

3、在其標準沸點下蒸發(fā)，則( )保持不變：(A) 內(nèi)能 (B) 蒸汽壓 (C) 焓 (D) 熵 (E)體積 (F)汽化熱 (G) A (H)G 4H2(g)和 O2(g)在絕熱密閉鋼瓶中反應生成水為零者是()( A)U (B) H (C) S (D) G 5.克勞修斯克拉貝龍方程只適用于( )(A) 水在 25， 1atm 空氣中蒸發(fā)(B) 水在其標準沸點下蒸發(fā)達平衡(C) 水在其冰點時的固液相平衡(D) 水在三相點時平衡6.公式 GW適用于( )(A) 孤立體系中的可逆過程(B) 封閉體系等溫等壓下可逆過程(C) 封閉體系恒溫恒容過程(E) 以上過程7.100，105Pa的水蒸氣變成 100，5

4、104Pa的水蒸氣，該過程的 G與 A 的關系是( )A. G= A=0 B. G= A0C. G A.8. 下列各式中，哪個是化學勢( )A.B.niT,p,n jA ni T ,P,nC.D.niT ,p,njG ni T,P,n9. 在定溫定壓下，二組分混合形成理想溶液，下列哪個函數(shù)的變化值正確A. S=0 B. VC=.0 G=0D.A=010. 100，105Pa的水蒸氣變成 100 ，5104Pa的水蒸氣，該過程的 G與 A的關系是( )A. G= A=0B.G= A0C.GA.11.從熱力學四個基本方程可導出USVA) VA TB) HS PC)D) GT其效率為12. 工作在

5、100和 25的兩個大熱源間的卡諾熱機，收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔(A)20% (B)25% (C)75% (D)100% 13單原子理想氣體的 Cv,m ( 3 / 2 )R ，溫度由 變到時，等壓過程體系的熵 變 SP 與等容過程熵變 SV 之比是： ( )(A) ( B)(C) (D) 14. 下面諸式中不能稱為基爾霍夫公式的是 ( )A)HmC ,TC p,mTp(B)Hm(T2)H m(T1)T2C p,mdTT1(C)Um(T2) Um(T1)T2T1CV,mdT( D) HTCp15. 一隔板兩端，左邊裝有 25、1P、0.2mol O2，右邊裝有 25、1P、

6、0.8mol O2，均視為理想氣體，當抽走隔板后，混合過程的 S為A、0.994J k-1 B、0C、4.16J k-1D、 4.16J k-116. 非理想氣體進行絕熱自由膨脹時 ,下述答案中哪一個錯誤 ? ( )(A) Q=0 (B) W=0 (C) U=0 (D) H=0三、計算題1. 某物質(zhì)的固體及液體的蒸氣壓可分別用下式表示：lg(p/Pa) = 11.454 - 1864.8/(T/K) (固體) (1)lg(p/Pa) = 9.870 - 1453/(T/K)(液體) (2)試求其：(1) 摩爾升華焓(2) 正常沸點(3) 三相點的溫度和壓力(4) 三相點的摩爾熔化熵2. 將 4

7、95.5 K,600 kPa的 1 mol N2絕熱可逆膨脹到 100 kPa，試求該過程的$ -1 -1Q,W, U, H, F, G, S, S隔離。已知 Sm(N2,495.5 K) =191.5 JK-1mol-1。設 N2為 理想氣體。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔3. 將 1mol，298K 的 O2(g) 放在一敞口容器中，由容器外 13.96 K 的液態(tài) H2作 冷卻劑，使體系冷卻為 90.19 K 的 O2(l) 。已知 O2在 90.19 K 時的摩爾汽化熱為 6.820 kJ mol-1，試計算該冷卻過程中的體系熵變、環(huán)境熵變和總熵變。4. 苯的正常沸點為

8、353.1K，在此溫度壓力下， 1molC6H6(l)完全蒸發(fā)為蒸氣，已 知 C6H6(l)的汽化熱為 34.7kJ mol-1，計算此過程的 W、U、Q、S、A、 G。解：設 C6H6(g)為理氣W=-RT=-2.94kJ mol-1Q=H=34.7kJ mol-1U=Q+W=31.8kJmol-1S=H/T=98.3J K-1mol-1G=0A=G-pV= -2.94kJ mol收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔5. 1mol 過冷水在 -5，105Pa下凝結為冰，求此相變過程熵變。已知 101.3kPa 和 0 C 冰的熔化熱為 333.5J g-1，水和冰的定壓熱容分別為 4

9、.18J K1g-1和 1.97 1 -1JK g 。解：H2O(l). P.-5H2O(s). P.-5S1 S3H2O(l). P.0H2O(s). P.0S2S S1 S2S3273Cpm.ldTHm268Cpm.sdT( 4 分)268 TT273 T273333.8182684.184 18ln1.966 18ln2682732731.39 22.01 0.6561 21.3(J K 1 )6. 2 mol某理想氣體 (Cp,m=29.36 J?mo-l1?K-1)在絕熱條件下由 273.2K，1.000 Mpa 膨脹到 203.6K，0.100 0Mpa，求該過程的 Q、 W、H、

10、S、U。7. 在 27下，將 1mol某理想氣體做恒溫可逆膨脹，從 2105Pa膨脹到 105Pa。 試計算此過程的 Q，W，U，H，S， A和 G。如果膨脹了的氣體恒定外 壓 2105Pa 做定溫壓縮到原來狀態(tài)，問此壓縮過程的 Q，W，U，H， S， A，G。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔8.1mol 268K 的過冷液態(tài)苯，凝結成為 268K 的固態(tài)苯。問此過程是否能實際發(fā) 生。已知苯的熔點為 278K，摩爾熔化焓 fusHm=9923 J*mol-1,定壓摩爾熱容-1 -1 -1 -1Cp,m(C6H6,l)=126.9 J*K -1*mol -1,Cp,m(C6H6,s)

11、=122.7 J*K-1*mol -1。9. 4 g Ar(可視為理想氣體，其摩爾質(zhì)量 M(Ar)=39.95 g mol-1)在 300 K 時,壓力 為 506.6kPa，今在等溫下反抗 202.6 kPa 的恒定外壓進行膨脹。試分別求下列兩 種過程的 Q,W, U, H, S, A和 G。(1) 若變化為可逆過程；(2) 若變化為不可逆過程10. 已知恒壓下 ,某化學反應的 rHm與溫度 T無關。試證明該反應的 rSm亦與 T 無關。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔11. 1mol單原子分子理想氣體的始態(tài)為 25 和 5* 101.325 kPa。(1) 經(jīng)絕熱可逆膨脹過程

12、,氣體的壓力變?yōu)?101.325 kPa，此過程的 S1= 0；(2) 在外壓 101.325 kPa下，經(jīng)恒外壓絕熱膨脹至氣體壓力為 101.325 k Pa，此 過程的 S2 0；(3) 將過程 (2)的終態(tài)作為體系的始態(tài)，在外壓 5 *101.325 kPa下，經(jīng)恒外壓、 絕熱壓縮至氣體壓力為 5p，此過程的 S3 0。試問：(A) 過程 (1)和過程 (2)的始態(tài)相同，終態(tài)壓力也相同，為什么熵的變化不同，即 S1= 0， S2 0，這樣的結論是否有問題？請論證之。(B) 過程 (3) 的始態(tài)就是過程 (2) 的終態(tài) , 過程 (3) 的終態(tài)壓力就是過程 (2) 的始 態(tài)壓力，為什么兩者

13、的 S都大于零，即 S2 0，S3 0，這樣的結論是否 有問題？收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔12. 1mol，l00、 101325Pa的液體水向真空蒸發(fā)，全部變成 l00 、101325Pa 的水蒸氣，求過程的熵變，并判斷過程是否自發(fā)。（已知 l00、 101325Pa時 水的摩爾蒸發(fā)焓為 40.68kJ mol-1；水蒸氣可視為理想氣體。）13. 300.2k下， 1mol 理想氣體從 10P等溫可逆膨脹到 P，求 Q、W、H、 U、G、A、S。14. 4mol理想氣體從 300K，p? 下定壓加熱到 600K，求此過程的 U，H， S，A，G。已知此理想氣體的1 1 1

14、1Sm (300K ) 150.0 J gK 1gmol 1,Cp,m 30.00 J gK 1gmol 1。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔15. 環(huán)己烷的正常沸點為 80.75，在正常沸點的摩爾氣化焓 vapHm=30.08kJ*mol- 1,在此溫度及 101325Pa下，液體和蒸氣的摩爾體積分別為 116.710-6m 答 (B) BFH收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除*mol -1， 28.9710-3m3*mol -1。（1）計算環(huán)己烷在正常沸點時 dp/dT 的近似值（即忽略液體的體積）和精確值 （考慮液體體積）；（ 2）估計 100kPa時的沸點；（3）應將壓力

15、降低到多少 Pa，可使環(huán)己烷在 25 時沸騰？答案一、 1U, H, A, G, S 2. ， 3. ， 4. 可逆 5. ， 6. , 二、1. 答 （D）因為 公式 （1） Q/T =fusS（可逆過程）（2）Q = fusH（等壓過程，非體積功等于零 ）（3）fusH/T =fusS（可逆相變 ）（4）-fusG = 最大凈功（可逆過程 ）此題在未指明可逆與否的情形下只有公式 （2） 適用精品文檔4. A5. B6. B 14.D 15.B 16.D三、1.$答 （1） subHm= RT 22.303（dlg（ pS / p ）dT）= 35.71 kJmol-1（2分）（2） Tb=

16、 298.7K（2分 ）（3）液、固蒸氣壓相等解出三相點的溫度和壓力分別為 260.0 K 和 19130 Pa（3分 ）（4）fusHm= subHm- vapHm= 7.89 kJ mol-1（3分 ）-1 -1（1分 ）（1分）（1分 ）（1分 ）（1分 ）（1分 ） （2分 ） （2分 ）fusSm= 30.30 JK -1mol-1 2. 答 Q=0S=0S隔離=0T2=297.0 KW= -U= -nCv,m（T2-T1）=4.126 kJH=nCp,m（T2-T1）=-5.776 kJF=U-ST=33.89 kJG=H-ST=32.24 kJT2（2分）3. 答 S體 = T1

17、 （ Cp/T）dT + （-vapH）/Tb= -110.4 JK-1Q = CpdTvapH = -12.870 kJ（2分）（1分 ）（積分區(qū)間： 298.2 K 到 90.19 K）S環(huán)= - Q/T環(huán)= 922 J K-1S總= S體+S 環(huán)= 811.6 JK-16. 答： n 2mol,Cp,m 29.36J mol 1 K 1Q=0恒 溫T1=273.2K,P1=1.000MPaT2=203.6K,P2=0.100MPa恒 壓T =273.2K,P =0.1000MPa1) Q0收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔（2） 理想氣體 dT 0UH1 分）2）UnCv,m

18、(T2 T1)n(Cp,m R)(T2T1)221.046 (203.6273.2)2.93kJ3）HnCp,m (T2T1 )2 29.36(203.6273.2) 4.087kJ4）UW 2.93kJSnRlnP1 nC p,m ln T2P2p,m T12 8.314 ln 10.129.36ln 203.6 21.02J273.2解： （1）理想氣體 dT0UH0（1分UQ W 0p1Q W nRTln 1p21728.8(J)（2 分）Sp11nRln 1 5.94(J K 1)p2（ 2 分）Ap1nRT ln 1 p21728.8( J )（2 分）GnRT ln p11728.

19、8(J)（2 分）p27K1QWpe (V1 V2 )nRTpe 1 1 2494.2(J) p2 p12 分）S,A,G 均為狀態(tài)函數(shù)S, A, G 與過程( 1)數(shù)值相同，符號相反1S 5.94(J K 1)A 1728.8(J)G 1728.8( J )收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔8. 判斷過程能否實際發(fā)生須用隔離系統(tǒng)的熵變。但此過程不可逆，應設計可逆 過程來計算S21 mol C6H6（l ）278K1 mol C6H6 （ s）278KS1278KdT nfusHm268KnCp,m C6H 6,lnCp, m268KTT 278K1mol1126.9J ?K 11?

20、mol 1278K ln268K1mol9923J ?mol1SsyS1S2S3C6H 6,s278K1 ln 268KdTT1mol 122.7J ?K 1 ?mol278K135.54J ?K 1 算環(huán)境熵變 QSexTexHH 1278K nCp,m 268KSex :HTH2 H 3C6H 6,l dTnnfusHm1mol 126.9 122.7 J ?K11 ?mol268K278K nCp,m C6H6,s dT 11 10K 9923JS1 mol C6H6（l ）268K1 mol C6H6 （ s）268K9881J9881J 1Sex36.87J ?K 1268KS隔離

21、= Ssy Sex 1135.54J ?K 1 36.87J ?K 1 11.33J ?K 1 0 因此，上述相變化有可能實際發(fā)生。9. （1） U= H=0Q R =W R =nRTln（p1 /p2）=228.9 JS=nRln（p1/p2）=0.763 JK -1收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔A = G-=n RTln( p1/p2) = -228.9 J( 2)狀態(tài)函數(shù)的變化同( 1) U= H=0 A= G-=2 28.9 J S=0.763 J -1 KQ IR =W IR =p2 (V2V1 )=nRT(1-p2 /p 1)=149.9 J10. 恒 T、p 下,化

22、學反應的 r S m =( r Hm r G m )/T恒 p 對上式兩邊求 T 的偏微分(?r S m / ?T) p = ?( r Hm r G m )/T p/ ?T= ?( r H m /T) p /? T- ?( r Gm /T) p / ?T =(1/T)(? r H m/ ?T) pr H m /T2+ r H m /T2=(1/T)( ? r H m / T) p已知 ( ? r H m/ ?T) p =0 故 ( ? r S m / T) p=0即 rSm 與 T 無關11. (A) 1S= 0 , 2 S 0 的結論正確。 由熱力學第二定律知：封閉系統(tǒng)經(jīng)絕熱可逆過程 S =

23、 0，絕熱不可逆 S 0(B) 2S 0 ,3 S 0 的結論正確，理由同上。12. 這是一個不可逆過程，應設計可逆過程(平衡相變)計算。1mol，l00 1mol，l00101325Pa H2O(l)101325Pa H2O(g)已知 H 蒸發(fā) 40.68kJgmol 11n H蒸發(fā) 1mol 40680 J gmol 1所以 S系統(tǒng)T 373.15K1109.02 J gK 1S環(huán)境Q系統(tǒng)T環(huán)境設 T系統(tǒng)T環(huán)境需求出實際過程的 Q系統(tǒng) ，由于向真空蒸發(fā)， W 0 Q U H RT (B g)11=40680J-8.314J gK 1gmol 1 373.15K 1mol收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔37577JS環(huán)境37577J373.15K100.70JgKS隔離S系統(tǒng)S環(huán)境 (109.02 100.70)JgK8.32JgK 10 (自發(fā))13