物理化學第二章熱力學第二定律練習題及答案

1、第二章熱力學第二定律練習題一、判斷題（說法正確否）：1自然界發(fā)生的過程一定是不可逆過程。2不可逆過程一定是自發(fā)過程。3熵增加的過程一定是自發(fā)過程。4絕熱可逆過程的s=0，絕熱不可逆膨脹過程的s0，絕熱不可逆壓縮過程的s0。9理想氣體經(jīng)等溫膨脹后，由于u=0，所以吸的熱全部轉(zhuǎn)化為功，這與熱力學第二定律矛盾嗎?10自發(fā)過程的熵變s0。11相變過程的熵變可由ds=dht計算。12當系統(tǒng)向環(huán)境傳熱時(q0，所以該過程為自發(fā)過程。15自發(fā)過程的方向就是系統(tǒng)混亂度增加的方向。16吉布斯函數(shù)減小的過程一定是自發(fā)過程。17在等溫、等壓下，吉布斯函數(shù)變化大于零的化學變化都不能進行。18系統(tǒng)由v1膨脹到v2，其中

2、經(jīng)過可逆途徑時做的功最多。19過冷水結(jié)冰的過程是在恒溫、恒壓、不做其他功的條件下進行的，由基本方程可得g=0。20理想氣體等溫自由膨脹時，對環(huán)境沒有做功，所以-pdv=0，此過程溫度不變，u=0，代入熱力學基本方程du=tds-pdv，因而可得ds=0，為恒熵過程。21是非題：“某體系處于不同的狀態(tài)，可以具有相同的熵值”此話對否？“體系狀態(tài)變化了，所有的狀態(tài)函數(shù)都要變化”此話對否？絕熱可逆線與絕熱不可逆線能否有兩個交點？自然界可否存在溫度降低，熵值增加的過程？舉一例。v1ds=rln21mol理想氣體進行絕熱自由膨脹，體積由v變到v，能否用公式：12計算該過程的熵變？22在100、p時，1mo

3、l水與100的大熱源接觸，使其向真空容器中蒸發(fā)成100、p的水蒸氣，試計算此過程的s、s(環(huán))。vv1的適用條件是什么？23vds=rln224指出下列各過程中，物系的u、h、s、a、g中何者為零？理想氣體自由膨脹過程；實際氣體節(jié)流膨脹過程；理想氣體由(p1,t1)狀態(tài)絕熱可逆變化到(p2,t2)狀態(tài)；h2和cl2在剛性絕熱的容器中反應生成hcl；0、p時，水結(jié)成冰的相變過程；理想氣體卡諾循環(huán)。25amola與bmolb的理想氣體，分別處于(t,v,pa)與(t,v,pb)的狀態(tài)，等溫等容混合為(t,v,p)狀態(tài)，那么u、h、s、a、g何者大于零，小于零，等于零？26一個剛性密閉絕熱箱中，裝有

4、h2與cl2混合氣體，溫度為298k，今用光引發(fā)，使其化合為hcl(g)，光能忽略，氣體為理想氣體，巳知dfhm(hcl)=-94.56kjmol-1，試判斷該過程中u、h、s、a、g是大于零，小于零，還是等于零？27在一絕熱恒容箱內(nèi)，有一絕熱板將其分成兩部分，隔板兩邊各有1moln2，其狀態(tài)分別為298k、p0與298k、10p0，若以全部氣體為體系，抽去隔板后，則q、w、u、h、s中，哪些為零？二、單選題：1ds=dht適合于下列過程中的哪一個？(a)恒壓過程；(b)絕熱過程；(c)恒溫過程；(d)可逆相變過程。2可逆熱機的效率最高，因此由可逆熱機帶動的火車：(a)跑的最快；(b)跑的最慢

5、；(c)夏天跑的快；(d)冬天跑的快。3在一定速度下發(fā)生變化的孤立體系，其總熵的變化是什么？(a)不變；(b)可能增大或減??；(c)總是增大；(d)總是減小。4對于克勞修斯不等式dsdqt環(huán)，判斷不正確的是：(a)ds=dqt環(huán)必為可逆過程或處于平衡狀態(tài)；(b)dsdqt環(huán)必為不可逆過程；(c)dsdqt環(huán)必為自發(fā)過程；(d)ds0，s(環(huán))0；(b)s(體)0，s(環(huán))0，s(環(huán))=0；(d)s(體)0，s(環(huán))dsir；(b)dsr=dsir；(c)dsr=2qirt；(d)ds總(等溫可逆)=ds體+ds環(huán)=0，ds總(不等溫可逆)=ds體+ds環(huán)0。10計算熵變的公式ds=du+pdv

6、t適用于下列：(a)理想氣體的簡單狀態(tài)變化；(b)無體積功的封閉體系的簡單狀態(tài)變化過程；(c)理想氣體的任意變化過程；(d)封閉體系的任意變化過程；11實際氣體co2經(jīng)節(jié)流膨脹后，溫度下降，那么：(a)s(體)0，s(環(huán))0；(b)s(體)0；(c)s(體)0，s(環(huán))=0；(d)s(體)sm()sm(s)；(b)同種物質(zhì)溫度越高熵值越大；(c)分子內(nèi)含原子數(shù)越多熵值越大；(d)0k時任何純物質(zhì)的熵值都等于零。1825時，將11.2升o2與11.2升n2混合成11.2升的混合氣體，該過程：(a)s0，g0；(b)s0，g0；(c)s=0，g=0；(d)s=0，g0，h0；(b)s0，h0；(c

7、)s0；(d)s0，hrhm/t；rm22等容等熵條件下，過程自發(fā)進行時，下列關(guān)系肯定成立的是：(a)g0；(b)f0；(c)h0；(d)u0。23實際氣體節(jié)流膨脹后，其熵變?yōu)椋簍(a)snrlnvv21；(b)sp2p1vdpt；(c)st2ct1pdt；(d)st2t1cvdtt。(a)u=ts；(b)；(c)h=ts+vp；(d)gt,p=0。24一個已充電的蓄電池以1.8v輸出電壓放電后，用2.2v電壓充電使其回復原狀，則總的過程熱力學量變化：(a)q0，s0，g0；(b)q0，w0，s0，g0，w0，s=0，g=0；(d)q0，s=0，g=0。25下列過程滿足s0,qt環(huán)0的是：(a

8、)恒溫恒壓(273k，101325pa)下，1mol的冰在空氣升華為水蒸氣；(b)氮氣與氧氣的混合氣體可逆絕熱膨脹；(c)理想氣體自由膨脹；(d)絕熱條件下化學反應。26吉布斯自由能的含義應該是：(a)是體系能對外做非體積功的能量；(b)是在可逆條件下體系能對外做非體積功的能量；(c)是恒溫恒壓可逆條件下體系能對外做非體積功的能量；(d)按定義理解g=h-ts。27在-10、101.325kpa下，1mol水凝結(jié)成冰的過程中，下列哪個公式可以適用：hgst28對于封閉體系的熱力學，下列各組狀態(tài)函數(shù)之間的關(guān)系中正確的是：(a)au；(b)au；(c)gu；(d)h43156；(b)654321；

9、(c)453126；(d)124365。38在恒焓恒壓條件下，均相單組分封閉體系，達到平衡的判據(jù)是：(a)s=0；(b)u=0；(c)a=0；(d)g=0。t39對于雙原子分子的理想氣體，vs應等于：5v5t2t7t-(a)3v；(b)5v；(c)3t；(d)5v。40任一單組分體系，恒溫下，其氣(g)、液(l)態(tài)的化學勢()與壓力(p)關(guān)系圖正確是：(a)(1)；(b)(2)；(c)(3)；(d)(4)。三、多選題：1在以下偏導數(shù)中，大于零的有：(a)(c)gtap；(b)vt；htup；(d)sv；u(e)vs。2由熱力學基本關(guān)系式，可導出uvs等于：p。g(a)tp；(b)-p；a(c)

10、vt；u(d)sv；g(e)t(c)等溫等壓下，cuso4(aq)+h2o電解cu(s)+h2so4(aq)+o2(g)；(d)等溫等壓下，zn+cuso4(aq)原電池znso4(aq)+cu；(e)等溫等壓下，mco2+nh2o碳水化合物。3體系的始態(tài)與終態(tài)之間有兩種途徑：a為可逆途徑；b為不可逆途徑。以下關(guān)系中不正確的是：(a)sa=sb；(b)qa/t=qb/t；(c)sb=qb/t；(d)sa=qa/t；(e)sb=qa/t。4下列過程中，那些過程的g0：(a)等溫等壓下，h2o(l,375k,p0)h2o(g,375k,p0)；(b)絕熱條件下，h2(g,373k,p0)h2(g,

11、300k,0.1p0)；光5化學反應在等溫等壓下能自發(fā)進行的判據(jù)是：(a)s0；(b)gw；(c)a0；(d)bb0；(e)h0。6在o2(理想氣體)的如下過程中，屬于等熵過程的是：(a)絕熱恒容過程；(b)等溫可逆膨脹過程；(c)v2v2等溫抽去隔板2v2；(d)絕熱可逆膨脹；(e)絕熱恒外壓膨脹。7等溫等壓下，反應的熱力學可能性隨溫度降低而增大的是：(a)zn(s)+h2so4(aq)znso4+h2(g,p0)；(b)zn(s)+cuso4(aq)znso4(aq)+cu(s)；(c)2cucl2(s)+h2(g)2cu(s)+2hcl(g)；(d)c2h4(g)+h2(g)c2h6(g

12、,p0)；(e)ch4(g)+2o2(g)co2(g)+2h2o(l)。8下列過程中，s(系)0，s(總)0的過程是：(a)等溫等壓h2o(l,270k,p0)h2o(s,270k,p0)；(b)等溫等壓h2o(l,373k,p0)h2o(g,373k,p0)；(c)等溫等壓h2o(l,383k,p0)h2o(g,383k,p0)；(d)nmol理想氣體恒外壓等溫壓縮過程；(e)1000kcaco3(s)cao(s)+co2(g)。9378k、p0下，過熱水的下列哪個物理量小于同溫同壓下水蒸氣：(a)hm；(b)gm；(c)；(d)sm；(e)am。(c)h2o(l,373k,p0)向真h2o

13、(g,373k,p0)；du=dt+dvvvt10下列過程中，g0的是：(a)等溫等壓h2o(l,268k,p0)h2o(s,268k,p0)；(b)等溫等壓h2o(l,383k,p0)h2o(g,383k,p0)；空蒸發(fā)(d)等溫等壓h2o(l,373k,506.6kpa)h2o(g,373k,506.6kpa)；(e)等溫等壓h2o(g,373k,50kpa)h2o(l,373k,50kpa)。11常壓下-10過冷的水變成-10的冰，在此過程中，體系的g與h如何變化：(a)g0；(b)g0，h0；(c)g=0，h=0；(d)g0，h0；(e)g=0，h0。12在383k、p0下，1mol過

14、熱水蒸汽凝結(jié)成水，則體系、環(huán)境及總熵變?yōu)椋?a)s(體)0，s(環(huán))0，s(總)0；(b)s(體)0，s(總)0；(c)s(體)0，s(環(huán))0，s(總)0；(d)s(體)0，s(總)0，s(環(huán))0。4第1，2個結(jié)論正確，第3個結(jié)論錯。5錯，系統(tǒng)由同一始態(tài)出發(fā)，經(jīng)絕熱可逆和絕熱不可逆過程不可能到達相同的終態(tài)。6錯，環(huán)境的熵變應加在一起考慮。7錯，要在隔離系統(tǒng)中平衡態(tài)的熵才最大。8錯。9不矛盾，因氣體的狀態(tài)變化了。10錯，如過冷水結(jié)冰。11錯，必須可逆相變才能用此公式。12錯，系統(tǒng)的熵除熱熵外，還有構(gòu)型熵。當非理想氣體混合時就可能有少許熱放出。13對。14錯。未計算環(huán)境的熵變；15錯，如過冷水結(jié)冰

15、，s0，h0，a0。v1=rt/10，v2=rtv=(v1+v2)=11rt/22，s1=rln(v/v1)=rln(11/2)s2=rln(v/v2)=rln(11/20)，s=s1+s2=rln(121/40)0。二、單選題答案：1.d；2.b；3.c；4.c；5.d；6.b；11.c；12.d；13.c；14.b；15.b；16.b；21.b；22.d；23.b；24.d；25.c；26.d；31.d；32.a；33.d；34.b；35.b；36.c；7.c；17.d；27.b；37.a；8.c；18.c；28.b；38.a；9.a；19.d；29.b；39.b；10.b；20.b；30

16、.b；40.c。三、多選題答案：1.cd；2.bc；3.bc；4.ce；7.de；8.ad；9.ad；10.de；5.cd；11.d；6.cd；12.d。dq=dt+dv+pdv=dt+pdv四、主觀題答案：1證明：將du代入第一定律表達式中：uuuutvvttvvtsp=因du=tds-pdv，vttv=t-p=tusp-pvtvttvtvvttvttvtuvupt-p=v-p2pp2p=t=+ttt2vtvt2v又vttvttvup+pt-p+p=vvp2p+tttv2=v(1)(2)，所以q不具有全微分，q不是狀態(tài)函數(shù)。du=dt+pdt+dp=tds-pdv2證明：u=f(t，p)，又

17、du=tds-pdv，uutptuutpptdp0在等溫下：dt=0，p等溫下兩邊同除以dp：p=t-ppttuudp=tds-pdv0tsvpt=-又pt=-t-pvvpttsvtp，upptscdt=pds=t，tp3證明：等壓下，。c=t=ttvtcptssvpppp，=由麥克斯韋關(guān)系式：pssvtvsp，則ps=tppvvptstptpts。代入，得：c=t=tp4證明：(1)由于內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，所以：u3=u1+u2u=q+w，q3+w3=(q1+w1)+(q2+w2)，即q3-(q1+q2)=(w1+w2)-w3由圖上可知：(w1+w2)-w3=w1-w3=abc的面積0q3-(q

18、1+q2)0，q3q1+q2t1p2(2)由公式：tpds3=cpln2+rln1ds=clnt1(在等壓下)，t(在恒容下)設(shè)c點溫度為t，1p2vttds=cln2ttt1ds+ds=cln+c-rln2t12ppt1=cln2-rln2tc等b：2=tppttt容p21t1p2或：t=22；=nrnrtp=cpln2+rln1s3=s1+s25證明：2pvpv111nanit,v,ntv,n=-nitt,v,nmi=-sit,v,njijia-jiv,ntv,nmidmi=-sidt+vidp，=-si+viv,ntptv,nnmi=-t,v,ntv,n則sijitp=si-viv,nq

19、=-w=nrtln1=18.314298ln5=3987.5j；w=-3987.5jds=r=13.38jk-1，da=dg=-3987.5j6解：(1)等溫過程：u=h=0，pp2q3987.5t298q=-w=p(v-v)=rt1-2=8.314298(1-5)=1982jp(2)u=h=0，21p1ds=nrln1=13.38jk-1，dg=da=-3987.5jpp2g=，t=t13p2(3)215p1-gg=2985-25=156.8kdu=ncv,mdt=(q3r156.8-298)=-1761j，=02p,mdt=r(156.8-298)=-2934j，w=du=-1761jdh

20、=nc52ds=0，s=s=s(298k)-rln1=126-rln5=112.6jk-1pda=du-s(t-t)=-1761-112.6(156.8-298)=14318jdg=dh-s(t-t)=-2934-112.6(156.8-298)=12965jq=0，du=w，r(t-t)=-p(v-v)(4)23(rt-298)=-rt-298，t=202.6k252p122212132122112222du=ncdh=ncv,mp,m(t-t)=3r(202.6-298)=-1990j=w21(t-t)=5r(202.6-298)=-1983j21ln2+nrln1=5.36jk-1ds=

21、ncp,mtpt1p2da=du-(st-st)=-1190-(118202.6-112.6298)=8454jdg=dh-(st-st)=-1983-(118202.6-112.6298)=7661js=112.6jk-1，s=s+ds=112.6+5.36=118jk-1121221122117解：nrtln18.314373lnq1=h1=40670j，q2=-w2=rln0.5=109.03+5.76=114.8jk-1s=s1+s2=qp=0，w=0，設(shè)計如圖，按1，2途經(jīng)計算：p1p20.5=2149.5jw1=-p(vg-vl)=-pvg=-rt=-3101j，w2=-2149.5jq=q1+q2=40670+2149.5=42819.5j，w=w1+w2=-3101-2149.5=-5250.5ju=q-w=42819.5-5250.5=37569jh2=0，h=h1=40670j，向真空膨脹