第二章化学热力学基础课后答案

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

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

第二章 电化学腐蚀热力学

2.1金属腐蚀倾向的热力学判据

自然界中绝大多数金属元素（除Au，Pt等贵金属之外）均以化合态存在。大部分金属单质是通过外界对化合态体系提供能量（热能或者电能）还原而成的，因此，在热力学上金属单质是一个不稳定体系。在一定的外界环境条件下，金属的单质状态可自发地转变为化合物状态，生成相应的氧化物、硫化物和相应的盐等腐蚀产物，使体系趋于稳定状态，即有自动发生腐蚀的倾向。

金属发生腐蚀的可能性和程度不仅与金属性质有关，还与腐蚀介质的特性和外界条件有关。研究腐蚀现象需要从两个方面着手，一方面是看腐蚀的自发倾向大小。另—方面是看腐蚀进程的快慢，前者需要用热力学原理进行分析，后者则要借助动力学理论。

金属腐蚀反应体系是一个开放体系。在反应过程中，体系与环境既有能量的交换又有物质的交换。金属腐蚀反应一般都是在恒温和恒压的条件下进行的，用体系的热力学状态函数吉布斯(Gibbs)自由能判据来判断反应的方向和限度较为方便。吉布斯自由能用G表示，对于等温等压并且没有非体积功的过程，腐蚀体系的平衡态或稳定态对应于古布斯自由能G为最低的状态。设物质系统吉布斯自由能变化为ΔG，则有

< 0自发过程

ΔG

第二章 热力学第二定律

一、单选题

1) 理想气体绝热向真空膨胀，则（ ）

A. ?S = 0，?W = 0 B. ?H = 0，?U = 0 C. ?G = 0，?H = 0 D. ?U =0，?G =0

2) 对于孤立体系中发生的实际过程，下式中不正确的是（ ） A. W = 0

3) 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程,则 （ ） A. 可以从同一始态出发达到同一终态。 B. 不可以达到同一终态。

C. 不能确定以上A、B中哪一种正确。

D. 可以达到同一终态，视绝热膨胀还是绝热压缩而定。

4) 求任一不可逆绝热过程的熵变?S，可以通过以下哪个途径求得？ （ ） A. 始终态相同的可逆绝热过程。 B. 始终态相同的可逆恒温过程。 C. 始终态相同的可逆非绝热过程。 D. B 和C 均可。

5) 在绝热恒容的系统中，H2和Cl2反应化合成HCl。在此过程中下列各状态函数的变化值哪个为零？（ ）

B. Q = 0

C. ?S > 0

D. ?H = 0

A. ?rHm B. ?rUm

C. ?rSm D. ?rGm

6) 将氧气分装在同一气缸的两个气室内，其中左气室内氧气状态为p1=101.3kPa

第二章 均匀物质的热力学性质

2.1 已知在体积保持不变时，一气体的压强正比于其热力学温度. 试证明在温度保质不变时，该气体的熵随体积而增加.

解：根据题设，气体的压强可表为

(),p f V T = （1）

式中()f V 是体积V 的函数. 由自由能的全微分

dF SdT pdV =-- 得麦氏关系

.T V S p V T ??????= ? ??????? （2） 将式（1）代入，有 ().T V

S p p f V V T T ??????=== ? ??????? （3） 由于0,0p T >>，故有0T S V ???>

????. 这意味着，在温度保持不变时，该气体的熵随体积而增加.

2.2 设一物质的物态方程具有以下形式：

(),p f V T =

试证明其内能与体积无关.

解：根据题设，物质的物态方程具有以下形式：

(),p f V T = （1） 故有

().V

p f V T ???= ???? （2） 但根据式（2.2.7），有

,T

第二章 热力学基础概念题

一、填空题

1、一定量的N2气在恒温下增大压力，则其吉布斯自由能变 。（填增大，不变，减小）

2、物理量Q,W,U,H,V,T,p属于状态函数的有 ；属于途径函数的有 ；状态函数中属于强度性质的有 ；属于容量性质的有 。 3、对组成不变的均相封闭系统，???S??? ；对理想气体?p??T??S???? 。 ??p?T 4、W?nRTlnV2的适用条件是 ； V1 TV??1?常数的适用条件是 ；

?H?Qp的适用条件是 。

5、1摩尔理想气体经恒温膨胀，恒容加热和恒压冷却三步完成一个循环回到始态，

此过程吸热20.0kJ。则?U＝ ，?H＝ ，

第二章 电化学反应热力学

第一节 电化学体系

一、两类电化学装置

镀镍是重要电化学工业之一，其装置 示意图如图2．1所示镀镍溶液(主要成分为 NiS04，还有缓冲剂、添加剂等)

电解槽或电解池：把两个电极与直流电源连结，

使电流通过体系的装置

原电池或化学电源：在两电极与外电路中的负载

接通后自发地将电能送到外电路的装置。 上述两类电化学装置，也称为电化学体系。

图2.1 镀镍装置示意

图

原电沲与电解池的两个电极之间存在着电位差，电位较高的电极称为正极，

电位较低的电极称为负极。在自发电池中，电流(习惯上指正电荷)自正极经外电路流向负极。电解池的正、负极分别与外电源的正、负极相连。事实上，在外电路传送的电荷都是电子，电子流动方向与习惯上认为的电流方向相反。

人为规定使正电荷由电极进入溶液的电极称为阳极，使正电荷由溶液进入电极的电极称为阴极，在阳极上进行氧化反应，在阴极上进行还原反应。

在电解时，正极是阳极，负极是阴极。在原电池中负极是阳极，正极是阴极。用正、负极名称是按电位高低来区分，用阴、阳极名称是按电极进行还原或氧化反应来区分。也有用氧化极、还原极来称呼电极的，前者即阳极、后者为阴极。

电流通过电化学体系，必须有两类导体：电子导体和离子

第二章 热力学第二定律习题

一、填空题

1. H2O（l）在80℃，101.325 kPa下蒸发，状态函数（U、S、H、A、G）改变值不为零的有 。

2.常压下，过冷水凝结成同温度的冰，则?S体 0，?S总 0。 3.i.g.任一不可逆过程回到始态，其体系?S体 0，?S环 0。

4.热温商?Q/T经证明为状态函数，其积分值必与 熵变相等。

5. 100℃，1.5p的水蒸气变成 100℃，p的液体水，ΔS ______ 0, ΔG ______ 0。 6. 选择―>‖、―<‖、―=‖

理想气体经节流膨胀， △S _____ 0， △G _____ 0.

二、选择题 1.

在等温等压下进行下列相变： H2O (s,-10℃, p) = H2O (l,-10℃, p) 在未指明是可逆还是不可逆的情况下，考虑下列各式哪些是适用的?

1、 针对以下体系写出能量平衡方程式的简化形式：

(这是修改后的正确答案)

(1) U Q

(2) H Q

1(3) U2 g Z 02

1(4) H U2 0 2

1(5) H U2 02

(6) U W Q

(7) U Q

2、实验室有一瓶氢气为60atm，0.100m3，由于阀门的原因缓慢漏气。试问到漏完时：

（1）该气体作了多少功？吸收了多少热？

（2）该气体在此条件下最大可以作多少功？吸收多少热量？

（3）该气体焓的变化为多少？瓶中气体焓的变化为多少？已知室温为20℃，气体可以认为是理想气体。

解：（1）id.g，T恒定 U 0；

5W Psur dV Psur(V1 V2) P2V1 P2V2 P2V1 P1V1 (P2 P1)V1 5.978*10J V1V2

Q W 5.978*105J

（2）等温可逆过程做功最大

W PdV nRTlnV1V2V2P2 PVln 2.489*106J 11V1P1

Q W 2.489*106J

（3）id.g, T 恒定 H 0，故总气体的焓变为0。

设起初瓶中气体的焓为H1，则终态总气体的焓仍H1，终态气瓶中气体的焓为

n瓶VP1P59H1 1H1 2H1 H1 H瓶 (1 2)H1 H1 n1V2P60P

2．5 液体的pVT性质

对液体的理论研究远不如对气体的研究深入，用于描述液体pVT性质的状态方程也没有多大进展。这是因为液体的密度在普通的压力和温度下易于实验测定，且除临界点附近外，压力和温度对液体的体积影响较小。

液体的摩尔体积和密度的估算法有图表法、状态方程法和普遍化法等。下面就状态方程和普遍化方法作简单介绍。

2．5．1 液体的状态方程

虽然某些状态方程，如Van derWaals 和Redlich-Kwong 方程能够给出液相pVT性质的定性解释，但一般不能定量处理。Benedict-Webb-Rubin方程虽然可以同时使用于汽相和液相，但是太复杂且必须确定所有流体的八个常数。因此须研究适于工程计算的液体pVT性质的计算方法。

1．Tait方程

?p?E?方程的表达式为： VL?VoL?Dln??p?E??，该方程用于液体可以给出很

?o?精确的结果。式中D，E为给定温度下的常数。VoL,po为指定温度下，该液体对应某一参考状态的比容和压力的数值。当D，E可以确定时，则Tait方程可以给

出液体沿着等温线的pV关系，且可以达到很高的范围。

2．Rackett方程 方程的表达式为： Vsat?VcZc?1?Tr?0.285