中南大学材料热力学考试

6、10个小球分配在4个完全相同的容积中，试求4个小容积中各分得3、2、0、5个小球的微观状态数为多少？

7、由5个粒子所组成的体系，其能级分别为0、?、2?及3?，体系的总能量为3?。试分析5个粒子可能出现的分布方式；求出各种分布方式的微观状态数及总微观状态数。

8、有6个可别粒子，分布在4个不同的能级上(?、2?、3?及4?)，总

能量为10?，各能级的简并度分别为2、2、2、1，计算各类分布的?j及?总。

9、振动频率为?的双原子分子的简谐振动服从量子化的能级规律。有N个分子组成玻耳兹曼分布的体系。求在温度T时，最低能级上分子数的计算式。

10、气体N2的转动惯量I =1.394?10-46kg?m2，计算300K时的qJ。 11、已知NO分子的??=2696K，试求300K时的q?。

~如12、已知下列各双原子分子在基态时的平均核间距r0及振动波数?下：

分子 H2 O2 CO HI r0/10-10m 0.751 1.211 1.131 1.615 ~/(0.01m)?-1 4395 1580 2170 2310 计算各分子的转动惯量、?J及??。

13、计算300K时，1molHI振动时对内能和熵的贡献。

14、在298K及101.

2013-2014学年 秋 学期 时间 110 分钟 2013年12月30日

化工热力学 课程 56 学时 3.5 学分 考试形式： 闭 卷 总分100分

专业年级：化工1101～1102、高级工程人才实验班（化学）1101

注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上

一、 填空（30分）

1. (3分)化工热力学研究特点主要有四个方面：其研究体系状态为 ；获取数据的方法为 ；处理方法为 ；应用领域为解决工厂中能量利用平衡问题

（实际状态；少量实验数据加半经验模型；以理想状态为标准态加校正；解决工厂中能量利用平衡问题）

2. (3分)理想气体微观上的三个特征是① ；② ；③气体分子是弹性体。理想液体的两个假设是：① ；② 。并满足△H 0，△V 0，△S 0，△G 0，lnγ 0。 （气体分子间无作用力；气体分子本身不占体积；

3. (1.5分)活度的标准态有两类，①以 定则为标准态，②以 定则为标准态。若计算乙醇-水中

1、由5个粒子所组成的体系，其能级分别为0、?、2?及3?，体系的总能量为3?。试分析5个粒子可能出现的分布方式；求出各种分布方式的微观状态数及总微观状态数。

2、有6个可别粒子，分布在4个不同的能级上(?、2?、3?及4?)，总能量为10?，

各能级的简并度分别为2、2、2、1，计算各类分布的?j及?总。

3、振动频率为?的双原子分子的简谐振动服从量子化的能级规律。有N个分子组成玻耳兹曼分布的体系。求在温度T时，最低能级上分子数的计算式。 4、气体N2的转动惯量I =1.394?10-46kg?m2，计算300K时的ZJ。 5、已知NO分子的??=2696K，试求300K时的Z?。

6、已知下列各双原子分子在基态时的平均核间距r0及振动波数?~如下： ~?分子 r0/10-10m /(0.01m)-1 H2 0.751 4395 O2 1.211 1580 CO 1.131 2170 HI 1.615 2310 计算各分子的转动惯量、?J及??。 7、计算300K时，1molHI振动时对内能和熵的贡献。 8、在298K及101.3kPa条件下，1molN2的Zt等于多少？

9、在300K时，计算CO按转动能级的分布，并画出分子在转动能级间的分

第一章 单组元材料热力学 名词解释： 1 可逆过程

2 Gibbs自由能最小判据 3 空位激活能 4 自发磁化： 5 熵：

6 热力学第一定律 热力学第二定律 7 Richard定律 填空题

1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵 低 的状态向熵 高 的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW 3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应

4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。 5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积 缩小 6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是 7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化

论述题

1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？

2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。 3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题

1已知纯钛α/β的

热力学第一定律习题：

1. 封闭系统过程体积功为零的条件是( )。 封闭系统过程的ΔU=0的条件是( )。 封闭系统过程的ΔH=0的条件是( )。

封闭系统过程ΔU=ΔH的条件：(1)理想气体单纯pVT变化过程：( )；

(2)理想气体化学变化过程：( )。

2. 一定量理想气体节流膨胀过程中：μJ-T＝( )；ΔH=( )； ΔU=( )； W＝( )。

某状态下空气经过节流膨胀过程的Δ(pV)＞0，则μJ-T ( )；ΔH ( )； ΔU ( )。(判断大于0、等于0还是小于0.)

3. 一定量的单原子理想气体某过程的Δ(pV)＝20kJ，则此过程的ΔU=( )kJ， ΔH=( )kJ。

4. 绝热恒容非体积功为0的系统，过程的??H/?p?V,Q?0?( )。 5. 在300K及常压下，2

2 热力学第一定律

本章学习要求：

1．掌握热力学的基本概念，重点掌握状态函数的特点。

2．明确热力学能（U）和焓（H）都是状态函数，热（Q）和功（W）都是与过程相关的物理量。

3．初步掌握用状态函数分析和处理问题的方法。 4．理解可逆过程与最大功的概念。

5．掌握热力学第一定律的表述与数学表达式，学会计算理想气体单纯状态变化过程、相变、化学变化过程的△U、△H、Q及W。

6．理解反应进度与反应热效应的概念，掌握热力学第一定律与黑斯定律的关系，能熟练地应用黑斯定律由生成热与燃烧热计算常温下的反应热。 7．学会应用基尔霍夫定律计算不同温度下的反应热。

在生产实践与科学研究中，我们常碰到这样一些问题：一个物理或化学过程发生后能量得失关系如何？是吸热还是放热？一个新的制备方案能否实现？如何反映最佳反应条件？在一定条件下反应的最高产量可达多少？热力学就是解决这些关系的。

热力学是研究能量互相转换所遵循规律的科学。将热力学基本原理用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象就是化学热力学。它的主要内容是利用热力学第一定律计算化学反应的热效应；利用热力学第二定律解决化学反应的方向与限度以及与平衡有关的问题。

热力学两个定律在化学过程以及与化学有关的物理过程中

2 热力学第一定律

本章学习要求：

1．掌握热力学的基本概念，重点掌握状态函数的特点。

2．明确热力学能（U）和焓（H）都是状态函数，热（Q）和功（W）都是与过程相关的物理量。

3．初步掌握用状态函数分析和处理问题的方法。 4．理解可逆过程与最大功的概念。

5．掌握热力学第一定律的表述与数学表达式，学会计算理想气体单纯状态变化过程、相变、化学变化过程的△U、△H、Q及W。

6．理解反应进度与反应热效应的概念，掌握热力学第一定律与黑斯定律的关系，能熟练地应用黑斯定律由生成热与燃烧热计算常温下的反应热。 7．学会应用基尔霍夫定律计算不同温度下的反应热。

在生产实践与科学研究中，我们常碰到这样一些问题：一个物理或化学过程发生后能量得失关系如何？是吸热还是放热？一个新的制备方案能否实现？如何反映最佳反应条件？在一定条件下反应的最高产量可达多少？热力学就是解决这些关系的。

热力学是研究能量互相转换所遵循规律的科学。将热力学基本原理用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象就是化学热力学。它的主要内容是利用热力学第一定律计算化学反应的热效应；利用热力学第二定律解决化学反应的方向与限度以及与平衡有关的问题。

热力学两个定律在化学过程以及与化学有关的物理过程中

第一章 单组元材料热力学 名词解释： 1 可逆过程

2 Gibbs自由能最小判据 3 空位激活能 4 自发磁化： 5 熵：

6 热力学第一定律 热力学第二定律 7 Richard定律 填空题

1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵 低 的状态向熵 高 的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW 3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应

4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。 5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积 缩小 6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是 7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化

论述题

1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？

2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。 3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题

1已知纯钛α/β的

材料热力学习题

第一章

1 计算1mol液态银过冷至800C凝固时的熵值变化。

。

Ag(s) Cp=5.09+2.04×10-3T+0.36×105T-2cal/mol·K (298K-熔点) Ag(l) Cp=7.30 cal/mol·K (熔点-1600K)

2 计算上例中800C凝固时的△G。

3 已知H=U+PV，F=U-TS，G=H-TS，dU=TdS-PdV，求理想气体可逆过程中以S， P，V，T为自变量的dH，dF及dG的表达式。

4 导出TdS方程，要求用P，V，T，Cp或Cv为自变量的表达式。

5 简述熵、自由焓、自由能作为“反应过程”自发、可逆判据的适用条件。

。

第二章

1 简述相点、相格、相空间的含义及物理意义。 2 分别写出等同和可辨粒子体系的热力学表达式。

3 推导A、B二元合金无限互溶固溶体配置熵的表达式，并讨论金属提纯问题。（已知XA+XB=1, A、B总量为1mol）

4 简述Maxwell-Boltzman统计分配定律中各项的含义及配分函数的物理意义。 5 简述配分函数的物理意义。

6 分别导出等同与可辨粒子体系F、S、U、H表达式（以Z为自变量

热力学基础

一、单选题：

1、（4084A10）

图(a)、(b)、(c)各表示联接在一起的两个循环过程，其中(c)图是两个半

径相等的圆构成的两个循环过程，图(a)O 图(a) 和(b)则为半径不等的两个圆．那么：

(A) 图(a)总净功为负．图(b)总净功为正．图(c)总净功为零．

(B) 图(a)总净功为负．图(b)总净功为负．图(c)总净功为正． (C) 图(a)总净功为负．图(b)总净功为负．图(c)总净功为零．

(D) 图(a)总净功为正．图(b)总净功为正．图(c)总净功为负． 2、（4133A15）

关于可逆过程和不可逆过程的判断： (1) 可逆热力学过程一定是准静态过程． (2) 准静态过程一定是可逆过程．

(3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程． (4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程． 以上四种判断，其中正确的是 (A) (1)、(2)、(3)．

(B) (1)、(2)、(4)． (C) (2)、(4)．

(D) (1)、(4)． ［ ］ 3、（4576