熱力學(xué)第二定律復(fù)習(xí)題及解答

1、第三章熱力學(xué)第二定律一、思考題1. 自發(fā)過程一定是不可逆的，所以不可逆過程一定是自發(fā)的。這說法對嗎？答：前半句是對的，后半句卻錯了。因?yàn)椴豢赡孢^程不一定是自發(fā)的，如不可逆壓縮過程。2. 空調(diào)、冰箱不是可以把熱從低溫?zé)嵩次鼘?、放給高溫?zé)嵩磫幔@是否與第二定律矛盾呢？答：不矛盾。Claususe說的是不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化”。而冷凍機(jī)系列,環(huán)境作了電功，卻得到了熱。熱變?yōu)楣κ莻€不可逆過程，所以環(huán)境發(fā)生了變化。3. 能否說系統(tǒng)達(dá)平衡時熵值最大，Gibbs自由能最小？答：不能一概而論，這樣說要有前提，即：絕熱系統(tǒng)或隔離系統(tǒng)達(dá)平衡時，熵值最大。等溫、等壓、不作非膨脹功，系統(tǒng)達(dá)

2、平衡時，Gibbs自由能最小。4. 某系統(tǒng)從始態(tài)岀發(fā)，經(jīng)一個絕熱不可逆過程到達(dá)終態(tài)。為了計(jì)算熵值，能否設(shè)計(jì)一個絕熱可逆過程來計(jì)算？答：不可能。若從同一始態(tài)出發(fā)，絕熱可逆和絕熱不可逆兩個過程的終態(tài)絕不會相同。反之，若有相同的終態(tài)，兩個過程絕不會有相同的始態(tài)，所以只有設(shè)計(jì)除絕熱以外的其他可逆過程，才能有相同的始、終態(tài)。5. 對處于絕熱瓶中的氣體進(jìn)行不可逆壓縮，過程的熵變一定大于零，這種說法對嗎？dQ答：說法正確。根據(jù) Claususe不等式dS，絕熱鋼瓶發(fā)生不可逆壓縮過程，則dS 0。T“ 也H6. 相變過程的熵變可以用公式S來計(jì)算，這種說法對嗎？T答：說法不正確，只有在等溫等壓的可逆相變且非體積

3、功等于零的條件，相變過程的熵變可以用公式A Ah-S來計(jì)算。T7. 是否Cp,m恒大于CV,m?答：對氣體和絕大部分物質(zhì)是如此。但有例外，4攝氏度時的水，它的 Cp,m等于CV,m。8. 將壓力為101.3 kPa，溫度為268.2 K的過冷液體苯，凝固成同溫、同壓的固體苯。已知苯的凝固點(diǎn)溫度為278.7 K，如何設(shè)計(jì)可逆過程？答：可以將苯等壓可逆變溫到苯的凝固點(diǎn)278.7 K :9. 下列過程中，Q , W, AU, AH, AS, AG和AA的數(shù)值哪些為零？哪些的絕對值相等?（1）理想氣體真空膨脹；（2）實(shí)際氣體絕熱可逆膨脹；（3）水在冰點(diǎn)結(jié)成冰；（4）理想氣體等溫可逆膨脹；（5）H2 （

4、g）和。2 （g）在絕熱鋼瓶中生成水；（6）等溫等壓且不做非膨脹功的條件下，下列化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡：H2( g) + Cb( g)2HCI( g)答：(1) Q =W = V . H =0（2）Qr = .：S =0, U =w（3） ：G =0, ：H 二 Qp, A 二we（4） ：U =舊=0, Q = We, G - A（5） ：U =QV= We =0（6） W =0， Q = U = H， -A= G =010. 298 K時，一個箱子的一邊是 1 mol N2 （100 kPa），另一邊是2 mol N2 （200 kPa ），中間用隔板分開。問298 K時抽去隔板后的熵變值如何計(jì)

5、算？答：設(shè)想隔板可以活動，平衡時壓力為150 kPa,S F pS：miS =Rln100 2Rln150mS eS = 01502001=-1.41J 11. 指岀下列理想氣體等溫混合的熵變值。(1) 1 mol N2(g,1V) 1 mol N2(gM =2 mol N2(g,1V)(2) 1 mol N2(g,1V) 1 mol Ar(g,1V) =(1 mol N2 1 mol Ar)(g,1V)(3) 1 mol N2 (g,1V) 1 mol N2(g,1V) =2 mol N2(g,2V)答：(1) AmixS =2RIn 1因?yàn)闅怏w的體積縮小了一半。(2)2因?yàn)槔硐霘怏w不考慮分

6、子自身的體積，兩種氣體的活動范圍沒有改變。(3)mix S = 0因?yàn)闅怏w的體積沒有改變，僅是加和而已12. 四個熱力學(xué)基本公式適用的條件是什么？是否一定要可逆過程?答：適用于組成不變的封閉體系、熱力學(xué)平衡態(tài)、不作非膨脹功的一切過程。不一定是可逆過程。因?yàn)楣?式推導(dǎo)時雖引進(jìn)了可逆條件，但是由于都是狀態(tài)函數(shù)，對于不可逆過程也可以設(shè)計(jì)可逆過程進(jìn)行運(yùn)算。、概念題題號12345678選項(xiàng)CABDBCDC題號910111213141516選項(xiàng)DDDAABBB1. 理想氣體在等溫條件下反抗恒定外壓膨脹，該變化過程中系統(tǒng)的熵變AS體及環(huán)境的熵變 AS環(huán)應(yīng)為( )(A) AS 體 0， AS 環(huán)=0( B)

7、AS 體 0， AS 環(huán) 0( D) AS體 0答：(C)理想氣體等溫膨脹，體積增加，熵增加，但要從環(huán)境吸熱，故環(huán)境熵減少。2. 在絕熱條件下，用大于氣缸內(nèi)的壓力迅速推動活塞壓縮氣體，此過程的熵變()(A)大于零(B)小于零(C)等于零(D )不能確定答：(A)封閉系統(tǒng)絕熱不可逆過程，熵增加。3. H2和。2在絕熱鋼瓶中生成水的過程()(A) AH = 0(B) AU = 0( C) AS = 0(D) AG = 0答：(B)因?yàn)殇撈亢闳?，并與外界無功和熱的交換，所以能量守衡，AU =Q4. 在273.15 K和101 325 Pa條件下，水凝結(jié)為冰，判斷系統(tǒng)的下列熱力學(xué)量中何者一定為零()(

8、A) AU(B) AH( C) AS( D) AG答：(D)等溫、等壓、不作非膨脹功的可逆相變，Gibbs自由能不變。5. 一定量的理想氣體向真空絕熱膨脹，體積從變到，則熵變的計(jì)算公式為()(A) as=0(b) nRIn(C)：S = nRIn 旦(d)無法計(jì)算V1P1答：(B)因?yàn)镼=0, W=0，即 AU=0,則體系溫度不變，可設(shè)置為等溫膨脹過程，Qr=-Wr= nRTIn 丫2，V即.：S = nRln6. 在n2和o2混合氣體的絕熱可逆壓縮過程中，系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)變化值在下列結(jié)論中正確的是()(A)AU = 0( B) AA = 0(C) AS = 0(D )於=0答：(C)絕熱可逆

9、過程是衡熵過程，Qr= 0故A S = 07單原子分子理想氣體的Cv, m =(3/2)R，溫度由Ti變到T2時，等壓過程系統(tǒng)的熵變ASp與等容過程熵變ASv之比是()O(A) 1: 1( B) 2 : 1( C) 3:5(D) 5 : 3答：(D )相當(dāng)于摩爾等壓熱容與摩爾等容熱容之比。8. 1 W-3 kg水在373 K，101325 Pa的條件下汽化為同溫同壓的水蒸氣，熱力學(xué)函數(shù)變量為AU1，少1和AG1；現(xiàn)把1W10-3 kg的H20 (溫度、壓力同上)放在恒 373 K的真空箱中，控制體積，使系統(tǒng)終態(tài)蒸氣壓也為101325 Pa，這時熱力學(xué)函數(shù)變量為AJ2,ah2和A020問這兩組熱

10、力學(xué)函數(shù)的關(guān)系為()(A)AU1 A2，AH1 2H2，G2G2(B)AU1AJ2,AH 1 2H2, AG Ad2, AG1= G答：(C)系統(tǒng)始態(tài)與終態(tài)都相同，所有熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)的變量也都相同,與變化途徑無關(guān)。100 kPa,系統(tǒng)Gibbs自由能變化為多少9. 298 K時，1 mol理想氣體等溫可膨脹，壓力從1000 kPa變到(A) 0.04 kJ(B) -12.4 kJ(C) 1.24 kJ(D) -5.70 kJ答:10.對于不做非膨脹功的隔離系統(tǒng)，熵判據(jù)為(A) (dS)u 0(B) (dS)p, u 0(C) (dS)u, p 0(D) (dS)u, v0答:(D)隔離系統(tǒng)的U

11、，V不變。11.甲苯在101.3kPa時的正常沸點(diǎn)為110C，現(xiàn)將1mol甲苯放入與110C的熱源接觸的真空容器中，控制(D)根據(jù) dG=Vdp-SdT ，即 dG=Vdp。容器的容積，使甲苯迅速氣化為同溫、同壓的蒸汽。下列描述該過程的熱力學(xué)變量正確的是(A) A/apU=0( B) A/apH=0(C) AvapS=0(D) AvapG=0答：(D)因?yàn)锳Gp=0，本過程的始態(tài)、終態(tài)與可逆相變化的始態(tài)、終態(tài)相同。12.某氣體的狀態(tài)方程為 pVm = RT + a p其中a為大于零的常數(shù)，該氣體經(jīng)恒溫膨脹，其熱力學(xué)能()(A)不變(B)增大(C)減少(D)不能確定 答：(A)狀態(tài)方程中無壓力校

12、正項(xiàng)，說明該氣體膨脹時，不需克服分子間引力，所以恒溫膨脹時，熱力學(xué) 能不變13. 封閉系統(tǒng)中，若某過程的：.A=Wr，應(yīng)滿足的條件是（）。（A）等溫、可逆過程（B）等容、可逆過程（C）等溫等壓、可逆過程（D ）等溫等容、可逆過程答：（A）這就是把Helmholtz自由能稱為功函的原因。14. 熱力學(xué)第三定律也可以表示為（）（A）在0 K時，任何晶體的熵等于零（B）在0 K時，完整晶體的熵等于零（C）在0 C時，任何晶體的熵等于零（D ）在0 C時，任何完整晶體的熵等于零答：（B）完整晶體通常指只有一種排列方式，根據(jù)熵的本質(zhì)可得到，在0K時，完整晶體的熵等于零。15. 純H2O （I）在標(biāo)準(zhǔn)壓力和正常溫度時，等溫、等壓可逆氣化，則（）(A)A/apU=AapH, A/apA=AapG,A/apS 0(B)AvapU AapH, A/apA 0(C)A/apU AapH，A/apA2/apG， AapS 0(D)A/apU AapH,A/apA AapG,A/apS 0答: (B)因?yàn)?A