練習(xí)思考-熱力學(xué)第二定律.doc

1、第二章熱力學(xué)第二定律首 頁難題解析學(xué)生自測題學(xué)生自測答案難題解析 TOP 例 21有一物系如圖所示,將隔板抽去,求平衡后DS。設(shè)氣體的Cp均是28.03JK-1mol-1.1 mol O210, V1 mol H220, V解：設(shè)混合后溫度為tJK-1mol-1JK1mol1JK-1mol-1例2225， 1 mol O2從101。325Pa絕熱可逆壓縮到6×101325Pa,求Q、W、DU、DH、DG、DS。已知25氧的規(guī)定熵為205.03 JK-1mol-1。（氧為雙原子分子，若為理想氣體,Cp，m=,g =）解:絕熱可逆過程，求得: 例23在25、101.325 kPa下，1

2、mol過冷水蒸氣變?yōu)?5、101.325 kPa的液態(tài)水,求此過程的DS及DG.已知25水的飽和蒸氣壓為3.1674 kPa,汽化熱為2217 kJkg-1.上述過程能否自發(fā)進(jìn)行？1mol25101.325kPaH2O(g)1mol25101.325kPaH2O(l)1mol253.1674kPaH2O(g)1mol253.1674kPaH2O(l)DS，DGDS2，DG2DS1，DG1DS3 DG3解：kJkJJK-1JK-1JK-1kJ 所以，該過程自發(fā)進(jìn)行。例24101325Pa壓力下,斜方硫和單斜硫的轉(zhuǎn)換溫度為368K，今已知在273K時(shí)，S（斜方）®S(單斜) 的DH=32

3、2。17 Jmol-1, 在273373K之間硫的摩爾等壓熱容分別為Cp,m （斜方） =17.24+0。0197T JK-1mol-1；Cp，m（單斜) =15。15+0。0301T JK-1mol-1,求（a) 轉(zhuǎn)換溫度368K時(shí)的DHm；（b)273K時(shí)轉(zhuǎn)換反應(yīng)的DGm。解： 368K: Jmol1273K： JK1mol1 JK1mol1 Jmol1學(xué)生自測題 TOP 1填空題：(1) Rault定律適用于_溶液；Henry定律適用于_。(2） 在非理想溶液中溶質(zhì)的化學(xué)勢表示式，為了具備和理想溶液化學(xué)勢相似的形式,我們采用的辦法是_。（3) 某組分i在a 、b兩相中分配達(dá)到平衡的條件是

4、該組分_。（4） 自發(fā)進(jìn)行的相變過程，都是物質(zhì)i由_相向著_另一相轉(zhuǎn)移,直到_相等為止。（5） 某二組分體系有n1 mol的1和n2 mol的2組成，則該體系的體積V=_(6） 理想溶液的定義是_，即體系中每一種物質(zhì)在任意濃度范圍內(nèi)都服從_。(7） 熱力學(xué)第三定律可表述為_,若用數(shù)學(xué)式表示，可寫成_。（8) （9） 27，1 mol理想氣體由10.1325 kPa恒溫膨脹至101325 Pa,則此過程的，(10) 在等溫等壓條件下，體系吉布斯能的減少等于系統(tǒng)所作的_。(11) 在等溫等容過程中，若系統(tǒng)的DF0，W=0,則此過程一定是_過程.（12） 孤立系統(tǒng)的熵_,絕熱過程中系統(tǒng)的熵_。(13

5、) 熵的物理意義是_,用數(shù)學(xué)式表示，可寫成。(14) 熱力學(xué)幾率W是指_;數(shù)學(xué)幾率P是指_。W的數(shù)值總是_，P的數(shù)值總是_.(15) 理想氣體系,在等溫膨脹過程中，DS_；在等溫壓縮過程中，DS_；在絕熱膨脹過程中，DS_；在絕熱壓縮過程中，DS_。(16) 熱力學(xué)第二定律主要是解決了_問題。(17） 自發(fā)過程的共同特征是_.(18）對熱力學(xué)第二定律的經(jīng)典表述，Clausius說法是_；Kelvin說法是_。（19) 熱機(jī)效率，可逆機(jī)的效率總是_其它任何一種熱機(jī)的效率?？ㄖZ熱機(jī)的效率只與_有關(guān).（20） 卡諾循環(huán)是由_、_、_、_共四個(gè)步驟組成。2。 選擇題：（1）卡諾熱機(jī)的效率h ( )a.

6、 1b. <1c. =1d. 0， 1（2）推動(dòng)熱力學(xué)第二定律的建立和發(fā)展的主要實(shí)踐是( )a。 Joule實(shí)驗(yàn)b。 JouleThomson實(shí)驗(yàn)c。 熱機(jī)效率的研究d. 熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)（3）在絕熱不可逆過程中,系統(tǒng)的熵變是（ )a. >0b. <0c。 =0d。 ³0（4)當(dāng)系統(tǒng)從同一始態(tài)出發(fā)分別經(jīng)可逆途徑與不可逆途徑到達(dá)相同的終態(tài)時(shí),環(huán)境在可逆過程中的熵變總是（ )在不可逆過程中的熵變。a. 大于b. 小于c. 等于d. 或大于或小于(5）偏摩爾量是( );化學(xué)勢是（ )a。 b. c. d. （6）若N2（g）和O2（g）都視為理想氣體，等溫等壓下,1 molN

7、2(g）和1 molO2(g）混合后，不發(fā)生變化的一組熱力學(xué)性質(zhì)是( ）a. U，,b。 U，Sc. H，S，F(xiàn)d。 V，F(xiàn)，G（7) H2和O2在絕熱鋼瓶中生成H2O，這是自發(fā)過程。則此過程的（ )a. DS孤>0b. （D)T ，p<0c. (DF）T V<0d. （DH)S ,p<0（8）在20和1 p#下，1 mol過冷水結(jié)成冰，則存在( )a. DS系0、DS環(huán)<0、DS總<0b. DS系>0、DS環(huán)>0、DS總0c。 DS系<0、DS環(huán)>0、DS總<0d. DS系0、DS環(huán)0、DS總>0(9)2 mol單原子理

8、想氣體，由10 dm3, 5×105 Pa一次膨脹為25 dm3， 2×105 Pa，環(huán)境的熵變DS環(huán)境( ） J×K1a. 9。98b。 9.98c。 30。48d。 30。48(10）涉及Gibbs能的下列說法中不正確的是（ )a. 只有在等溫等壓下的自發(fā)性可逆過程中才有DF=WRb。 在所有自發(fā)性熱力學(xué)過程中，Gibbs能都是減少的c. 在一定條件下，DGT,，p£W也可作方向判據(jù)d。 在等溫等壓下,DG0的過程不可能發(fā)生（11）已知269.2 K時(shí)冰的蒸氣壓小于269。2 K時(shí)水的蒸氣壓,試從化學(xué)勢分析，此時(shí)應(yīng)當(dāng)是（ )a. 水結(jié)成冰b。 冰熔化

9、成水c. 冰水兩相共存d. 無法判斷（12)對A,B二組分理想溶液,下列( ）說法是不正確的a. 任一組分i在全部濃度范圍內(nèi)都服從拉烏爾定律b. 該溶液的沸點(diǎn)組成圖中液相線為一直線c. 任一組分i的化學(xué)勢表達(dá)式為：d。 ， （kA, kB為亨利常數(shù)）(13) 理想氣體絕熱向真空膨脹，則：（ ) a。 S = 0 ， W = 0b。 H = 0，U = 0c。 G = 0，H = 0d. U = 0，G =0(14） 在標(biāo)準(zhǔn)壓力，273.15 K下水凝結(jié)為冰，判斷體系的下列熱力學(xué)量中何者一定為零?（ ） a. Ub. Hc。 Sd。 G（15) 重結(jié)晶制取純鹽的過程中,析出的 NaCl 固體的化

10、學(xué)勢與母液中 NaCl 的化學(xué)勢比較，高低如何？( ） a。 高b。 低c. 相等d。 不可比較3辨析題:(1） 指出在下述各過程中體系的DU、DH、DS、DF和DG何者為零？a。 理想氣體卡諾循環(huán)。b. H2和O2在絕熱鋼瓶中發(fā)生反應(yīng)。c. 非理想氣體的絕熱節(jié)流膨脹。d. 液態(tài)水在373.15 K和101.325 kPa下蒸發(fā)為汽。e。 理想氣體的絕熱節(jié)流膨脹。f。 理想氣體向真空自由膨脹.g. 理想氣體絕熱可逆膨脹。h。 理想氣體等溫可逆膨脹.（2) 空調(diào)、冰箱不是可以把熱從低溫?zé)嵩次?，放給高溫?zé)嵩磫幔@是否與第二定律矛盾呢？(3) 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

11、說法對嗎？(4） 是否可以說不可逆過程的熵永不減少？凡熵增加過程都是自發(fā)過程?（5） 能否說體系達(dá)平衡時(shí)熵值最大，吉布斯自由能最小？（6) 指出下列理想氣體的等溫混合熵變值。 aV(1mol N2）+ V（1mol Ar）= 2V（1mol N2 + 1mol Ar）b。 V(1mol N2）+ V（1mol N2)= 2V（2mol N2）c. V（1mol N2）+ V（1mol Ar）= V（1mol N2 + 1molAr）d。 V（1mol N2）+ V（1mol N2）= V（2mol N2）（7） 下列過程中,Q, W, DU， DH, DS， DF, DG的數(shù)值哪些為零？ 哪些

12、的絕對值相等？ a. 理想氣體真空膨脹 b。 實(shí)際氣體絕熱可逆膨脹 c。 水在冰點(diǎn)結(jié)成冰d。 理想氣體等溫可逆膨脹 e。 理想氣體節(jié)流過程 f。 H2(g)和O2(g）在絕熱鋼瓶中生成水 g。 反應(yīng)在等溫、等壓下可逆進(jìn)行，Wf=0 A（g)+B（g)2C（g)(8) 試比較以下水在各種狀態(tài)的化學(xué)勢的大小 ：a與b ，c與d ,e與f ，a與d ，b與d ，d與f 。 a. H2O (l） （373K,p）b。 H2O （g) （373K，p#)c. H2O （l） (373K，2 p#）d。 H2O （g） （373K,2 p#）e. H2O (l) （374K，p)f。 H2O (g) （3

13、74K，p#）4。 計(jì)算題:（1） 在27時(shí),1 mol理想氣體由1。01325×106 Pa恒溫膨脹至1。01325×105 Pa.試計(jì)算此過程的DU，DH，DS,DF和DG.。（2）在中等壓力下，n mol氣體遵守以下物態(tài)方程:，其中b與氣體本性有關(guān)，請求算16 gO2在273 K下從10×101325 Pa降到101325 Pa時(shí)的DG。已知O2的b9.277×109 Pa。.（3） 反應(yīng)N2（g， 298 K， p#)+3 H2(g, 298 K, p#）® 2NH3(g， 298 K， p#）的DH298=92.38 kJ,DG298

14、=33.26 kJ。設(shè)DCp=0，請求算在1 atm下500 K及1000 K的DG。由此說明該反應(yīng)在常溫常壓下能否自發(fā)進(jìn)行？隨著溫度升高對合成NH3是否有利？（4） 若將1 mol的水在100時(shí)投入真空容器內(nèi),最后成為100, 0.1×101325 Pa的水氣,試求水在該相變過程的熵變.（5） 在絕熱箱中，將10 克200的鐵塊沉入20, 1dm3的水中，已知,Cp，m（Fe)=25。5 J×K1×mol1, Cp,m(H2O）=75.3 J×K1×mol1, MFe=55。85， 求DS。（6） 1 mol 20過冷水在絕熱器里部分凝結(jié)，形

15、成0水與冰兩相共存的平衡體系，計(jì)算該過程的DU， DH， DS, DF, DG已知冰在0時(shí)的熔化熱為333.6 J×g1，冰和水的恒壓熱容分別為36.0及70 J×K1×mol1。學(xué)生自測答案 TOP1填空題：（1）理想；稀溶液中的溶質(zhì).(2)用活度代替濃度。(3）在兩相中的化學(xué)勢相等。（4）化學(xué)勢高的，化學(xué)勢低的， i物質(zhì)在兩相中的化學(xué)勢。（5） V=（).(6）溶劑與溶質(zhì)分子之間作用力相等，拉烏爾定律.（7)在0 K時(shí)，純物質(zhì)完整警惕的熵值為0,。（8） （9)， (10)最大非體積功。(11)不可逆.(12)永遠(yuǎn)不會減少,永遠(yuǎn)不會減少.（13）系統(tǒng)紊亂度的度

16、量， 。(14）與某一宏觀狀態(tài)相對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù),某種狀態(tài)占總狀態(tài)數(shù)的分?jǐn)?shù),大于1，在01之間。（15) DS(>0)； DS(0）；DS(0）； DS（0）.（16）過程方向限度。(17）過程的不可逆性。(18）熱不能自動(dòng)地由低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化；不能從單一熱源取熱使之全部變成功而不引起其他的變化。（19） ，大于,兩熱源的溫度.(20)等溫可逆膨脹、絕熱可逆膨脹、等溫可逆壓縮、絕熱可逆壓縮。2。 選擇題：（1) d (2) c （3） a (4） a (5） b，a (6) a （7) a (8） d （9） b （10) c （11) a （12）b （13) b

17、(14） d （15) c3。辨析題：（1） 解：a。 、均為零b. c。 d. e。 f. g。 h. U=0， H=0（2） 不矛盾.克勞修斯說的是“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化”，而冷凍機(jī)系列，環(huán)境作了電功,卻得到了熱。熱變?yōu)楣κ遣豢赡孢^程，所以環(huán)境發(fā)生了變化。(3） 前半句是對的，后半句卻錯(cuò)了。因?yàn)椴豢赡孢^程不一定是自發(fā)的,如不可逆壓縮過程。(4）不一定。不可逆壓縮熵是減少的。只有在隔離體系中，這種說法才是對的.（5)不能一概而論,這樣說要有前提，即絕熱體系或隔離體系達(dá)平衡時(shí)，熵值最大。等溫、等壓、不作非膨脹功，體系達(dá)平衡時(shí),吉布斯自由能最小.(6） a。 b。 c. d. （7） a. b。 c. d. e。 f。 g。 （8） 4. 計(jì)算題：(1） 解：因?yàn)槭呛銣剡^程，DUDH0，(2)解： 在恒溫下，由物態(tài)方程得:將及有關(guān)數(shù)據(jù)代入：（3）解:因?yàn)镈G1000DG500