物化試題熱力學(xué)第二定律-

1、物化試題（熱力學(xué)第二定律）第二章熱力學(xué)第二定律一、思考問題.指出以下公式的適用范圍： S S = nrln P1/p2+cplnt 2/T1 = nrln v2/V1+cvlnt 2/T1答:封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，沒有非體積功，理想氣體純態(tài)變化的可逆過程。（2）dU=TdS-pdV答:具有相同組成的封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)不做任何非體積功。（3）dG=Vdp答:組成恒定的封閉系統(tǒng)的平衡狀態(tài)并不構(gòu)成非體積功的恒溫過程。.判斷下列陳述是否正確，并解釋原因。（1）不可逆過程必須是自發(fā)的，自發(fā)過程必須是不可逆的。（后者是正確的，前者是錯誤的。例如，不可逆壓縮不是一個自發(fā)的過程。（2）每個嫡增加過程都是一個自發(fā)

2、過程。（必須是一個孤立的系統(tǒng)。（3）不 可逆過程的嫡永遠(yuǎn)不會減少。（必須是一個孤立的系統(tǒng)。（4）當(dāng)系統(tǒng)達(dá) 到平衡時，嫡值最大，吉布斯函數(shù)最小。（當(dāng)絕熱系統(tǒng)或孤立系統(tǒng)達(dá)到平衡時，嫡最大，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，在恒溫恒壓無體積功的條件下，吉布斯函數(shù)最?。?）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)能和體積不變時，Ss 0,而絕熱可 逆過程SS = 0從相同的初始狀態(tài)開始，不可能通過絕熱不可逆性和 絕熱可逆性的兩條不同路徑達(dá)到相同的最終狀態(tài) ）（7）在絕熱系統(tǒng)中，從狀態(tài) A到狀態(tài)b是一個不可逆的過程。無論用 什么方法，系統(tǒng)都不會回到原來的狀態(tài)。 （在絕熱系統(tǒng)中，發(fā)生不可逆過程，從狀態(tài)a到狀態(tài)b, Ss 0 sb sa仍然在絕熱系統(tǒng)中

3、，從狀態(tài)b開始，不管它經(jīng)歷什么過程，系統(tǒng)的嫡值增加和減少，所以它 不能回到它的原始狀態(tài)。)(8)絕熱循環(huán)必須是可逆循環(huán)。(是的。因為如果在絕熱系統(tǒng)中發(fā)生可 逆變化，SS = 0并且發(fā)生不可逆變化 SS0如果在循環(huán)過程中有 不可逆的步驟，系統(tǒng)的嫡值將增加并且它將不會返回到它的初始狀態(tài)。S S = 0系統(tǒng)只有在逐步可逆的情況下才能恢復(fù)到初始狀態(tài)。(1)理想氣體從壓力pl膨脹到真空p2。答:可以設(shè)計恒溫可逆膨脹。(2)將溫度分別為T1和T2的兩個鐵塊(T1 T2)接觸，最終狀態(tài)溫度 為t答:在T1和T2之間設(shè)置多個溫差為dT的熱源，制作鐵塊T1和T1-dT, T1-2dT?與熱源的接觸，無限緩慢地達(dá)

4、到最終狀態(tài)溫度t,使鐵T2和T2+dT,T2+2dT?與熱源的接觸，無限緩慢地接近最終狀態(tài)溫度t。 (3)在30c和1個大氣壓下的H2O(1)在30C和1個大氣壓下真空蒸發(fā) 至H2O(g)。答:可以設(shè)計兩種可逆方式：一種在恒壓下可逆，另一種在 恒溫下可逆。(4)理想氣體絕熱地不可逆地從狀態(tài)一 (P1、V1、T1)變?yōu)闋顟B(tài)二(P2、 V2、T2)。答:可以設(shè)計以下四種方式：(1)從狀態(tài)i到具有恒定體積可 逆性或壓力的狀態(tài)A,然后到具有恒定溫度可逆膨脹的狀態(tài) A 國家二；(2)在恒壓下從狀態(tài)I可逆地膨脹到狀態(tài)b,然后在恒溫下可 逆地膨脹到狀態(tài)ii; (3)在恒溫下從狀態(tài)I可逆地膨脹到狀態(tài)c,然后

5、在恒壓下可逆地膨脹到狀態(tài)ii;在恒定溫度下從狀態(tài)一到狀態(tài)四，然后在恒定體積下到狀態(tài)二的可逆膨脹。4.回答以下問題：(1)為了提高卡諾熱機(jī)的效率，可以增加兩個熱源之間的溫差。如果 溫差增加到ST,保持T1不變并增加T2是好的，還是保持T2不變 并減少T1是好的？答：(1)當(dāng)溫差相同時，保持T2不變，降低T1有 利于提高熱機(jī)效率。有些人想利用地球內(nèi)部和表面之間的溫差來制造 地?zé)岚l(fā)電機(jī)。有些人想利用赤道和地球次級之間的溫差來制造熱力發(fā) 動機(jī)。也有一些人想在大氣層的不同高度使用不同的壓力來工作。以上三個假設(shè)有意義嗎？答：(a)和(b)兩者在理論上都是可行的。(c)這種 假設(shè)是錯誤的，因為壓力隨高度的分

6、布遵循玻爾茲曼平衡分布，所以沒有驅(qū)動力。(3)摩爾溫度為TK的理想氣體，在絕熱不可逆膨脹后，體積增加了 一倍，并且沒有做任何外部功。請問：(1)這種氣體的溫度會變嗎？氣 體的嫡增量是多少？環(huán)境嫡是否發(fā)生了變化？答 ：(a)Q=0, W=0,U=0。 理想氣體的內(nèi)能是溫度的函數(shù)。如果內(nèi)能不變，膨脹后溫度不會改變。 絕熱膨脹對外界不起作用，只能膨脹到真空。目前，設(shè)計了恒溫可逆 膨脹，8 s = nrln v2/v1 = rln 2 = 5.763j . k1。(c) SM=Q 環(huán)/T=0。(4)指出在下列過程中，哪些熱力學(xué)函數(shù)如Q、W、SU. SR SS SG為零，哪些是相等的(絕對值)：理想氣體

7、膨脹成真空。絕熱可逆膨脹。(c)可逆相變。理想氣體在恒溫下的可逆膨脹。下列氣相反應(yīng)可以在恒溫恒壓下可逆地進(jìn)行：A(g) + B(g) -2C(g)如果上述反應(yīng)是不可逆的化學(xué)變化，會發(fā)生什么情況？答 ：(a)Q, w,SU, SH 均為零(b)QR=0, S S = 0s U =w .(c)Qp = G = 0 s A =WR . (d) SU = 05 H = 0Q=WR=0, S G = S A .(e)WR=0S A =WR = 0, S G =0, SU = S H .在沒有非膨脹功的情況下，恒溫恒壓的不可逆變化Sg小于0,因此不能達(dá)到與上述問題相同的最終狀態(tài)。5.下列陳述正確嗎？為什么

8、？(1)溶液的化學(xué)勢等于溶液中各組分化學(xué)勢的總和。 (錯了。溶液沒有 化學(xué)勢)(2)對于純組分，化學(xué)勢等于它的吉布斯函數(shù)。(錯了。純組分 的化學(xué)勢等于摩爾吉布斯函數(shù))(3)組分一在同一稀溶液中的濃度可用X、M和c表示。如果標(biāo)準(zhǔn)配置的選擇不同，相應(yīng)的化學(xué)勢也不同。(錯)(4)氣體的標(biāo)準(zhǔn)配置采取壓力為1個大氣壓、溫度為T的狀態(tài)，符合 理想行為，因此理想氣體和實際氣體的標(biāo)準(zhǔn)配置是相同的。(理想行為的標(biāo)準(zhǔn)配置是真實狀態(tài)，而實際氣體的標(biāo)準(zhǔn)配置是虛擬狀態(tài)。)(5)在同一解決方案中，如果標(biāo)準(zhǔn)配置規(guī)則不同，活動也不同。(是)(6)雙組分溶液的蒸汽壓大于任何組分的蒸汽壓。(是)(298K時0.01摩爾/千克糖水

9、的滲透壓等于0.01摩爾/千克鹽水的滲透 壓。(錯)(8)在298K時，兩種氣體a和b分別溶解在某一溶劑中，平 衡時對應(yīng)的亨利系數(shù)為 KA和KB , ka kb是已知的。如果甲和乙同 時溶解在溶劑中達(dá)到平衡，當(dāng)甲和乙在氣相中的平衡分壓相同時，溶液中甲的濃度大于乙的濃度(錯，ca 6.回答以下問題(1)以下過程都是恒溫恒壓過程。SG= 0,根據(jù)公式dG=-SdT+Vdp計算。這個結(jié)論正 確嗎？為什么？268K, p0 冰268K, p0 水恒溫恒壓不會使非體積的化學(xué)反應(yīng)做功。 在恒溫恒壓下，鹽溶解在 水中(d)373K, p0H2O(l)-373K, p0H2O(g)。答:過程(d)是正確的。工

10、 藝(a)(b)中的Dni?Q需要使用dG=-SdT+Vdp區(qū)idni公式計算S G。 (2)下列哪種狀態(tài)的水具有較大的化學(xué)勢？ (a)100c , 1 atm, H2O(l)。 (b)100 C, 1 個大氣壓，H2O(g)。(c)100 c , 2 atm, H2O(l)。(d)100 C, 1 個大氣壓，H2O(g)。(e)101C, 1 個大氣壓，H2O(1)。101C, 1 個大氣壓，H2O(g)。答：a =Qbw c a f .(3)在20c下，溶液(1)的組成為1NH3 8.5H2O,蒸汽壓為80毫微克， 溶液(2)的組成為1NH3 21H2O,蒸汽壓為27毫微克。如果從大量的

11、(1)到大量的(2)中除去1摩爾NH3,則計算該過程的S Go嘗試確定以 下兩個解決方案中哪一個是正確的，并解釋原因。(a) S=g rtln x2/x1 = 8.314 x 29 9.5/22 =-2054j(b) 葬grtln p2/P1 = 8.314 293 ln 27/80 =-2646j a:(a)E確。(b)是錯誤的，S G = RtLNP 2/P1 其中p應(yīng)該是氣相中NH3的分壓，而蒸汽的總壓力在計算中被替換， 所以是錯誤的。第二，選擇題1.1摩爾理想氣體等溫恒壓膨脹使系統(tǒng)增加 10倍，則系統(tǒng)的嫡變化值 (a)(a)19.15焦耳-1 (b)8.314 焦耳-1 (c)-8.3

12、14 焦耳-1 (d)-19.15 焦耳-12.理想氣體與溫度為T的大熱源接觸，進(jìn)行等溫膨脹和吸熱 Q,所做 的功是同一最終狀態(tài)最大貢獻(xiàn)的20%,則系統(tǒng)的嫡為(A)5QQ(b)什么？ s? ; (c)? s? ; (d)什么？ s? ?;5TT(a) ? s?在3.100C和101325帕的條件下，在相同的溫度和壓力 下，1摩爾液態(tài)水的嫡值高于水蒸氣的嫡值(B)。(a)大(b)小(c)等(d)待定在4.100C, 101325帕的條件下，在相同的溫 度和壓力下，1摩爾液態(tài)水的化學(xué)勢大于水蒸汽的化學(xué)勢(c) (a), (b) 小(c)等(d)待定5.下列哪個過程是等嫡過程(c)(a)1摩爾液體在

13、其正常沸點發(fā)生相變； (b)1摩爾氫在恒溫下經(jīng)歷可逆過程；(c)1摩爾氮氣經(jīng)歷絕熱可逆膨脹 或壓縮過程；(d)1摩爾氧氣經(jīng)歷恒溫不可逆過程；6.H2 (g)和02(g) 都在絕熱鋼中反應(yīng)形成液態(tài)水，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時，(d)(a) Srhm0(b) S RGM = 0(c) S RSM = 0(d) S rum = 0當(dāng)7.1摩爾理想氣體從101325帕(恒溫恒壓)膨脹到10132.5帕(273K) 達(dá)到最終狀態(tài)時，過程的 3 6為9)(a)1.3千焦(b) 5.2千焦 -5.2千焦(d) -1.3千焦.無水乙醇在正常沸點下氣化，然后在此過程中(b)(a) S=H 0(b) S今0(c) S S

14、 = 0(d) SU = 0.一個系統(tǒng)從其初始狀態(tài)到其最終狀態(tài)的S G不等于零(a) (a)恒溫恒容，不可逆過程的 W = 0(B)恒溫恒壓，可逆過程的 W = 0(c)任何 純物質(zhì)的正常相變過程(d)任何物質(zhì)的B作為系統(tǒng)的任何循環(huán)過程.眾所周知，在100c時，液體A的飲料和蒸汽壓為1000帕，液體 B為500帕。假設(shè)甲和乙形成理想溶液，當(dāng)溶液中甲的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.5時，氣相中甲的摩爾分?jǐn)?shù)為(D)0.5 (b)0.1 (c)1/3 (d)2/3 31在一個嫡不變、體積不變、沒有非體積功的封閉系統(tǒng)中，熱力學(xué)函 數(shù)達(dá)到最小值時的狀態(tài)就是平衡狀態(tài)。當(dāng)2.1摩爾的理想單分子氣體從 p1V1T1冷卻到p

15、2V2T2時，Su _對 于3.1摩爾的理想氣體，如果系統(tǒng)的體積由于在恒溫下可逆膨脹而增加5倍，總嫡變化SS _ = _ 04.0 . 1mol L-1 氯化鈉水溶液的凝固點 為，低于純水的凝固點。.在相轉(zhuǎn)移過程中，物質(zhì)總是從化學(xué)勢較高的相轉(zhuǎn)移到化學(xué)勢較低的 相。乂.拉烏爾定律中的 入=是液相中的濃度。.亥姆霍茲函數(shù)準(zhǔn)則適用于恒溫、定容和無體積功的條件。8.物質(zhì)的冰點降低常數(shù)總是大于物質(zhì)的沸點升高常數(shù)。9.在稀溶液中，溶劑遵循_。拉烏爾定律和溶質(zhì)服從_亨利定律。10.當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度增 加時，溶質(zhì)的化學(xué)勢也增加。4.真或假水蒸氣在1.1摩爾，25C, 101325帕下凝結(jié)成水，在1摩爾，25

16、C, 101325帕下凝結(jié)成水。根據(jù)吉布斯方程，dG=-SdT+Vdp, SG = 0所 以上述過程是可逆的相變過程。(2.一個過程的嫡變化等于該過程的熱嫡之和。(力3所有遵循能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的過程都可以自發(fā)進(jìn)行。(與4。自發(fā)過程是不可逆的。(，)5.當(dāng)系統(tǒng)在給定條件下達(dá)到平衡時，系統(tǒng)的嫡值最大。(x) 6。熱力學(xué)第三定律告訴我們， 在0K,任何物質(zhì)的嫡等于零(x) 7。偏摩爾 吉布斯函數(shù)是化學(xué)勢。(，)8.當(dāng)理想溶液混合時，混合前后的體積變化為零，熱效應(yīng)為零。(，)9 稀溶液中溶質(zhì)的蒸汽壓符合拉烏爾定律。(，)10。純物質(zhì)的化學(xué)勢等 于摩爾吉布斯函數(shù)。(十)五.計算問題.嘗試計算以下過程的

17、嫡變化：1摩爾理想氣體的等溫膨脹使最終體積等于初始體積的100倍。(b)在恒壓下將10g硫化氫氣體從50c加熱至100C。(c)2摩爾液體在-182.87C的沸點下扭曲蒸發(fā)，蒸發(fā)潛熱Shm= 6.82kj mol-1。(d)1摩爾鋁在其熔點660c熔化其摩爾熔化熱 QP=7.99千 焦摩爾-1-1。建議注意物質(zhì)的量與嫡的關(guān)系。Cp,m(H2S)= 29.92+1.389 10-2T(j . k . mol-1)A:(A)38.29j . k-1 , (b) 1.47J.K-1, (c) 151J。K-1 , (d) 8.56J.K-1。摩爾甲苯在沸點為110c時蒸發(fā)成蒸汽，并計算了該過程的w、

18、q、 SU SR S K眾所周知，甲苯在此溫度下的蒸發(fā)熱為 361.9焦耳克-1 O認(rèn)為甲苯氣化過程是一個正常的相變過程，無體積功為零。氣體可視為理想氣體，具摩爾體積遠(yuǎn)大于液體。答:W=3184J, Q = 5 H = 33.3 kj SU = 30.12 kj Ss = 86.95j -13.眾所周知，（1）25時液態(tài)水的飽和蒸汽壓。c為3167.7帕。；（2）壓力 變化時液態(tài)水的SG接近于零。找出H2O（液體，25C, 101325帕）-H2O（M?25C, 101325帕）過程的S G,判斷該過程是否可以 自發(fā)進(jìn)行。有人認(rèn)為，在恒溫恒壓下，這個過程是不可逆的。25c和3167.7帕的相變

19、是一個恒溫恒壓的可逆過程。25 C恒溫變壓過程是將不可逆和 可逆相變過程連接起來形成一個閉環(huán)。答：SG = 8586j4.1摩爾單原子理想氣體的初始壓力和溫度分別為1013250帕和0c ,在101325帕的恒定外壓下膨脹到最終狀態(tài)。最終狀態(tài)氣體的體積等 于初始狀態(tài)體積的10倍。試著在這個過程中找到 W, Q, SU, SH,S 酥口 S Go建議（1）系統(tǒng)的最終狀態(tài)壓力等于外部壓力，（2）獲得初始狀態(tài)體積V1、最終狀態(tài)體積V2和最終狀態(tài)溫度T2,以及（3）確定進(jìn)行中的溫 度。答：SU = SH = 0W=Q=2043J, Ss = 19.14j k1, SG =5225J5在25 c下，將100克有機(jī)物質(zhì)溶解在1毫升溶劑中，測量滲透壓為400帕。試著找出有機(jī)物的摩爾質(zhì)量。a:m = 6.19 104 克摩爾-1。6.將2克尿素（二氧化碳）溶解在100克水中。該溶液在常壓下的沸點 為100.17C,計算出沸點升高常數(shù) Kb,理論值為0.513Kmol-1 kg。答:kb = 0.510k mol-1 kg。在7.27C下，將4g聚合物溶解在1dm3有機(jī)溶劑中，已知聚合物的 平均摩爾質(zhì)量為1.5X05。計算溶液的滲透壓。甲:66.5