熱力學(xué)第二定律 復(fù)習(xí)題及答案

1、第二章 熱力學(xué)第二定律 復(fù)習(xí)題及答案1 試從熱功交換的不可逆性，說(shuō)明當(dāng)濃度不同的溶液共處時(shí)，自動(dòng)擴(kuò)散過(guò)程是不可逆過(guò)程。答：功可以完全變成熱，且是自發(fā)變化，而其逆過(guò)程。即熱變?yōu)楣Γ诓灰鹌渌兓臈l件下，熱不能完全轉(zhuǎn)化為功。熱功交換是不可逆的。不同濃度的溶液共處時(shí)，自動(dòng)擴(kuò)散最后濃度均勻，該過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的。一切自發(fā)變化的逆過(guò)程都是不會(huì)自動(dòng)逆向進(jìn)行的。所以已經(jīng)達(dá)到濃度均勻的溶液。不會(huì)自動(dòng)變?yōu)闈舛炔痪鶆虻娜芤海瑑上嗟润w積、濃度不同的溶液混合而達(dá)濃度相等。要想使?jié)舛纫丫鶆虻娜芤簭?fù)原，設(shè)想把它分成體積相等的兩部分。并設(shè)想有一種吸熱作功的機(jī)器先把一部分濃度均勻的溶液變?yōu)檩^稀濃度的原溶液，稀釋時(shí)所放出的熱

2、量被機(jī)器吸收，對(duì)另一部分作功，使另一部分濃度均勻的溶液濃縮至原來(lái)的濃度（較濃）。由于熱量完全轉(zhuǎn)化為功而不留下影響是不可能的。所以這個(gè)設(shè)想過(guò)程是不可能完全實(shí)現(xiàn)，所以自動(dòng)擴(kuò)散是一個(gè)不可逆過(guò)程。2 證明若第二定律的克勞修斯說(shuō)法不能成立，則開(kāi)爾文的說(shuō)法也不能成立。答：證：第二定律的克勞修斯說(shuō)法是“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化?！比舸苏f(shuō)法不能成立， 則如下過(guò)程是不可能的。把熱從低溫物體取出使其完全變成功。這功在完全變成熱（如電熱），使得高溫物體升溫。而不引起其它變化。即熱全部變?yōu)楣κ强赡艿?，如果這樣，那么開(kāi)爾文說(shuō)法“不可能從單一熱源取出熱，使之全部變成功，而不產(chǎn)生其它變化”也就不能成

3、立。3 證明：（1）在pV圖上，理想氣體的兩條可逆絕熱線(xiàn)不會(huì)相交。（2）在pV圖上，一條等溫線(xiàn)與一條絕熱線(xiàn)只能有一個(gè)相交點(diǎn)而不能有兩個(gè)相交點(diǎn)。解：證明。(1).設(shè)a、b為兩條決熱可逆線(xiàn)。在a線(xiàn)上應(yīng)滿(mǎn)足 ， 在第二條絕熱線(xiàn)b上應(yīng)滿(mǎn)足 且或，不同種理想氣體不同，所以斜率不同，不會(huì)相交。若它們相交于C點(diǎn)，則。這與先前的假設(shè)矛盾。所以a、b兩線(xiàn)不會(huì)相交。(2).設(shè)A、B為理想氣體可逆等溫線(xiàn)。A、 C為理想氣體可逆絕熱線(xiàn)。絕熱 所以斜率不同的兩條線(xiàn)只相交于一點(diǎn)。4 理想氣體經(jīng)可逆卡諾循環(huán)，恢復(fù)到原態(tài)，列式表示每一步的、和。答：（1）理想氣體從A（P1、V1、T2）等溫可逆膨脹到B（P2、V2、T2），

4、（理想氣體 U、H只是溫度的函數(shù)） （2）理想氣體從B（P2、V2、T2）絕熱可逆膨脹到C（P3、V3、T1）。(絕熱可逆)。（3）理想氣體從C（P3、V3、T1）等溫可逆壓縮到D（P4、V4、T1） （4）從D（P4、V4、T1）絕熱可逆壓縮到A（P1、V1、T2） 或 5一摩爾理想氣體從始態(tài)T1V1變到終態(tài)T2V2可經(jīng)由兩種不同的途徑： 等溫可逆膨脹到T1V2，然后等容可逆加熱到T2V2。等容可逆加熱到T2V1，然后在等溫可逆膨脹到T2V2。（1） 在pV圖上作出過(guò)程的示意圖。（2） 求兩種不同途徑中的Q值。（3） 求兩種不同途徑中的值。答：（1）見(jiàn)圖，過(guò)程（1）按ABC途徑。 過(guò)程（2）

5、按ADC途徑。 （2） 不相同說(shuō)明熱與途徑有關(guān)。 （3） 完全相同說(shuō)明熵是狀態(tài)函數(shù)與途徑無(wú)關(guān)。6（1）絕熱過(guò)程和過(guò)程是否是一樣的？ （2）若兩塊同樣的金屬，溫度不同，使之接觸后最后溫度均勻，試用熵函數(shù)證明該過(guò)程為不可逆過(guò)程。答：（1）絕熱過(guò)程和過(guò)程不一樣等熵，只有絕熱可逆過(guò)程才是等熵過(guò)程，絕熱不可逆過(guò)程的熵變大于零。 （2）設(shè)兩塊質(zhì)量相同的同種金屬、，金屬的溫度為T(mén)1，金屬的溫度為T(mén)2，由于是同種金屬所以CP相同不傳熱給環(huán)境。終 是不可逆過(guò)程，若T1 =T2則是可逆過(guò)程。7試以T為縱坐標(biāo)，S為橫坐標(biāo)，畫(huà)出卡諾循環(huán)的TS圖（示意圖），并證明線(xiàn)條縮圍的面積就是體系所做的功。答：.T-S圖中A-B是

6、等溫可逆膨脹，吸熱過(guò)程吸收的熱量Q2由A-B下面的面積表示：理想氣體T一定， BC是絕熱可逆膨脹過(guò)程Q=0，CD是等溫可逆壓縮，放出的熱量Q1為CD下面的面積，DA為絕熱可逆壓縮，Q=0由于循環(huán)一周的總功：W總=Q2+Q1（Q1為負(fù)值）所以就是T-S圖中方框的面積。8N摩爾理想氣體從始態(tài)p1V1T1變到終態(tài)p2V2T2證明： 答：（講課時(shí)證明過(guò)）：9.指出下列過(guò)程中，、 、和何者為零？（1） 理想氣體的卡諾循環(huán)：（2） H2和O2在絕熱鋼瓶中發(fā)生反應(yīng)：（3） 非理想氣體的絕熱節(jié)流膨脹：（4） 液態(tài)水在373.15K和壓力下蒸發(fā)為汽：（5） 理想氣體的絕熱節(jié)流膨脹：（6） 理想氣體向真空自由膨脹

7、：（7） 理想氣體絕熱可逆膨脹：（8） 理想氣體等溫可逆膨脹：答：（1）全部為零（循環(huán)過(guò)程、體系復(fù)原，狀態(tài)函數(shù)變化值為零） （2） .不等于零。（化學(xué)反應(yīng)是不可逆過(guò)程）。 （3） （4） （5）、（理想氣體uj=0。絕熱節(jié)流膨脹T不變，故、） （6）、 （7） （8）、11（1）在溫度為298.15K、壓力為時(shí)，反應(yīng)H2O（l）H2（g）+O2（g）的，說(shuō)明該反應(yīng)不能進(jìn)行；但實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常電解水以制取H2和O2。這兩者有無(wú)矛盾。（2）在溫度為298.15K、壓力為時(shí)，反應(yīng)H2（g）+O2（g）H2O（l）可以通過(guò)通過(guò)催化劑以不可逆的方式進(jìn)行，也可以組成電池以可逆的方式進(jìn)行，通過(guò)上述兩種不同的途徑從始態(tài)到終態(tài)，試問(wèn)其值是否相同。.答：（1）不矛盾。 說(shuō)明在T。P一定Wf=0時(shí)不能自發(fā)進(jìn)行，但外界幫助。例如作電功Wf=0則可是水電解。 （2）體系的相同，因?yàn)殪厥?/p>