第二章-热力学第二定律
更新时间:2023-10-06 07:33:01 阅读量: 综合文库 文档下载
淮阴师范学院《物理化学》课外习题
第三章 热力学第二定律
一、选择题
1. 系统经历一个不可逆循环后:
A. 系统的熵增加 B. 环境热力学能减少
C. 环境的熵一定增加 D. 系统吸热大于对外做功
2. 理想气体与温度为T的大热源接触作等温膨胀吸热Q,所作的功是变到相同终态的最大功的25%,则系统的熵变为:
A. 0 B. Q/T C. - Q/T D. 4Q/T
3. 下列四个关系式中,不是麦克斯韦关系式的是:
A. (?S/?p)T =- (?V/?T)p B. (?T/?p)s= (?V/?S)p
C. (?S/?V)T =(?p/?T)V D. (?T/?V)s= (?V/?S)p
4. 封闭系统中,若某过程的ΔA = 0,最可能的情况是:
A. 绝热可逆,且 Wf = 0 B. 等容等压可逆,且Wf = 0
C. 等温等容,且 Wf = 0的可逆过程 D. 等温等压,且Wf = 0的可逆过程
5. 从热力学基本关系式可导出 (?U/?S)V 等于:
A. (?A/?V)T B. (?H/?S)p C. (?U/?V)S D. (?G/?T)p
6. 可逆机的效率最高,在其它条件相同的情况下,假设火车由可逆机牵引,其速度将: A. 最慢 B. 中等 C. 最快 D. 不能确定
7. 在 100℃ 和 25℃ 之间工作的热机,其最大效率为:
A. 100 % B. 75 % C. 25 % D. 20 %
8. 对1mol理想气体,温度由T1变到T2,等压可逆过程系统熵变为?Sp,等容可逆过程系统熵变为?SV,则?Sp:?SV为:
A. 1:1 B. 2:1 C. 3:5 D. 5:3
9. 某气体状态方程为p = f (V)·T ,则恒温下该气体的熵是随体积的增加而: A. 增加 B. 不变 C. 减小 D. 不能确定
10. 求任一不可逆绝热过程的熵变ΔS时,可以通过 途径求得:
A. 始终态相同的可逆绝热过程 B. 始终态相同的可逆非绝热过程 C. 始终态相同的可逆恒温过程 D. B和C均可
11. 一定量的理想气体向真空绝热膨胀,体积由V1变到V2,则熵变求算公式为: A. ΔS=0 B. ?S?nRlnV2p C. ?S?nRln2 D. 无法求算 V1p112. 298K时,1 mol理想气体等温可逆膨胀,压力从1000kPa变到100kPa,系统的吉布斯自由能变化值为:
A. 0.04kJ B. -12.4kJ C. 5.7kJ D. -5.7kJ
13. 热力学第三定律也可表示为:
A. 在0K时,任何晶体的熵等于零 B. 在0℃时,任何晶体的熵等于零 C. 在0K时,任何完整晶体的熵等于零 D. 在0℃时,任何完整晶体的熵等于零
14. 在273.15K、101325Pa的条件下,水凝结成冰,系统的热力学量变化一定为;零的是: A. ?H B. ?U C. ?S D. ?G
15. 在-10℃、101325Pa下,1mol水凝结为冰的过程中,下列公式扔适用的是:
1
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A. ?U =T?S B. ?S??H??G TC. ?H =T?S + V ?p D. ?GT,p=0
二、填空题
1. 对于孤立系统,?S = 0表示 过程;?S < 0 表示________过程;?S >0表示__________过程。
2. 在T-S图上能 ,故而在热功计算中,T-S图比 图更为有用。
3. 100℃,1.5p?的水蒸气变成100℃,p?的液体水,ΔS ______ 0,ΔG _____0。
4. 在温度趋于 时的 过程中,系统的熵值不变。
5. 热力学第一定律和热力学第二定律的联合公式是 。
三、问答题
1. 第一类永动机与第二类永动机有什么不同?
2. “系统达平衡时熵值最大,吉布斯自由能最小”对吗?为什么?
3. 求证:(1)
(2)对理想气体
4. 证明:(1)
(2)对理想气体dS=nCv,mdlnp+nCp,mdlnV
5. 证明:Cp-CV = - (?p/?T)V[(?H/?p)T -V]
6. 证明对绝热可逆过程有
(?T)S??pT(?V)p?T Cp
四、计算题
1. 298 K 的恒温浴中,1mol理想气体发生不可逆膨胀过程。过程中环境对体系做功为 3.5 kJ,到达终态时体积为始态的10倍。求此过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔG和ΔA。
2. 经历下述可逆等压过程:
此体系的 Cp= 20 J·K-1,始态熵 S1= 30 J·K-1。计算此过程的Q,W及ΔU,ΔH,ΔS,ΔA,ΔG的值。
3. 已知水的比定压热容Cp=4.184 J?g-1?K-1。今有1 kg、10 oC的水经下述三种不同过程加热成100 oC的水,求各过程的ΔSsys,ΔSsur及ΔSiso。(1)系统与100 oC热源接触;(2)系统先与55 oC热源至平衡,再与100 oC热源接触;(3)系统先后与40 oC,70 oC的热源接触至平衡,再与100 oC热源接触。
2
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3
4. 2mol双原子理想气体从始态300K、50 dm,先恒容加热至400K,再恒压加热至体积增大到100 dm3,求整个过程的Q,W, ΔU, ΔH,及△S。
5. 常压下将100g ,27 oC的水与200g,72 oC的水在绝热容中混合,求最终水温T及过程的熵变△S。已知水的比定压热容Cp=4.184 J?g-1?K-1。
6. 5mol单原子理想气体从始态300K、50Kpa,先绝热可逆压缩至100 Kpa,再恒压冷却使体积缩小至85 dm3,求整个过程的Q、W、ΔU、ΔH及△S。
7. 甲醇(CH3OH)在101.325KPa下的沸点(正常沸点)为64.65oC,在此条件下的摩尔蒸发焓ΔvapHm=35.32 kJ?mol-1。求在上述温度、压力条件下,1kg液态甲醇全部成为甲醇蒸气时的Q,W, ΔU, ΔH及△S。
8. 已知在-5oC,水和冰的密度分别为ρ(H2O,l)=999.2 kg?m-3和ρ(H2O,s)=916.7 kg?m-3。在-5 oC,水和冰的相平衡压力为59.8MPa。今 有-5oC的1kg水在100kPa下凝固成同样温度压力下的冰,求过程的ΔG。假设,水和冰的密度不随压力改变。
3
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第三章 热力学第二定律
参考答案
一、选择题 1. [答](C) 2. [答](D) 3. [答](D) 4. [答](C) 5. [答](B) 6. [答](A) 7. [答](D) 8. [答](D) 9. [答](D) 10. [答](B) 11. [答](B) 12. [答](D) 13. [答](C) 14. [答](D) 15. [答](B)
二、填空题
1. [答] 可逆;不可能发生;不可逆
2. [答] 同时表示系统所吸收(或放出)的热以及所做的功;p-V 3. [答] <;<
4. [答] 热力学温度0 K,等温 5. [答] dU=TdS-pdV
三、问答题
1. [答] 第一类永动机没有能量来源,且违反能量守恒定律;第二类永动机有能量来源,且不违反能
量守恒定律。
2. [答] 错。该说法忽略了前提条件。绝热系统(或隔离系统)达平衡时熵最 大,等温等压下
不作非体积功的条件下系统达平衡时吉布斯自由能最小。
3. [答] 证明:(1)
(2) 对于理想气体,
代入上式得
4. [答] (1)物质的量为n的封闭系统的熵,可以表示为系统的的函数,即
S=f(p,V)
熵的全微分可以表示为 dS=(?S/?p)vdp+(?S/?V)pdV (1) 在dV=0的条件下,式dU=TdS-pdV除以dp可得: T(?S/?p)v=(?U/?p)v=(?U/?T)v(?T/?p)v= nCv,m(?T/?p)v
∴(?S/?p)v= nCv,m(?T/?p)v
在dp=0的条件下,式dH=TdS+Vdp除以dV可得: T(?S/?V)p=(?H/?V)p=(?H/?T)p(?T/?V)p= nCp,m(?T/?V)p
∴(?S/?V)p= nCp,m(?T/?V)p
将式(2)及(3)代入(1)可得
4
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dS=
(2) 上题的结论用于物质的量为n,Cv,m或Cp,m为常数的理想气体。
dS=
(1)
由理想气体状态方程pV=nRT可知: (2)
将式(2)及(3)代入式(1)可得: dS=nCv,mdlnp+nCp,mdlnV 上式定积分可得
ΔS= nCv,mdln(p2/p1)+nCp,mdln(V2/V1)
5. [答] (1)
因为
所以
(2) 对于理想气体,
(?S6. [答] 根据循环关系式: (?T?p)T?p)S?? (1) (ST)p 由麦克斯韦关系式:(?S?V?p)T??(?T)p (2) C?H?H?S?Sp?(?T)p?(?S)p(?T)p?T(?T)p (3)
将(2)式、(3)式代入(1),得:
T(?V(?T?T)p?p)S?C p
四、计算题
1. [解] ΔU = ΔH = 0 ΔU =W+Q ∴ W = 3.5kJ Q = -3.5 kJ ΔS = nRlnV2/V1 = nRln10=19.14 J·K-1 ΔG = ΔA = -TΔS = -5.7 03kJ
(3)
5
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