08级热力学第二定律习题.docx
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08级热力学第二定律习题.docx
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08级热力学第二定律习题
一、选择题(共11题20分)
1.2分(1035)
1035
对于不做非体积功的封闭体系,下面关系式中不正确的是:
(A)(∂H/∂S)p=T
(B)(∂F/∂T)V=-S
(C)(∂H/∂p)S=V
(D)(∂U/∂V)S=p
2.2分(9166)
9166
对于平衡态的凝聚体系而言,压力p表示。
3.2分(1223)
1223
恒温下,单一组分的过冷液体的化学势比其固体的化学势:
()
(A)高(B)低
(C)相等(D)不可比较
4.2分(0843)
0843
可以用U-S坐标对气体循环过程作出图解,指出下面哪一个图代表理想气体经历
卡诺循环的U-S图。
()
(A)等温膨胀(B)绝热膨胀
(C)等温压缩(D)绝热压缩
5.2分(1247)
1247
某物质溶解在互不相溶的两液相α和β中,该物质在α相中以A形式存在,在β相中以A2形式存在,则α和β两相平衡时:
()
(A)μ
dn
=μ
dn
(B)c
=c
(C)a
=a
(D)2μ
=μ
6.2分(1147)
1147
在等温和存在非体积功的情况下,某气体由始态经一微小变化到达终态,其吉布斯自由能的变化公式是:
()
(A)dG=pdV+Vdp+δWf
(B)dG=Vdp-δWf
(C)dG=-pdV+Vdp+δWf
(D)dG=-pdV+Vdp-δWf
7.2分(0872)
0872
某化学反应在300K,p下于烧杯中进行,放热60kJ·mol-1,若在相同条件下安排成可逆电池进行,吸热6kJ·mol-1,则
(1)该体系的熵变为:
()
(A)–200J·K-1·mol-1
(B)200J·K-1·mol-1
(C)–20J·K-1·mol-1
(D)20J·K-1·mol-1
(2)当反应进度ξ=1mol时,可能做的最大非膨胀功为:
()
(A)-54kJ(B)54kJ
(C)-66kJ(D)66kJ
8.2分(1258)
1258
已知水的下列5种状态:
(1)373.15K,p,液态
(2)373.15K,2p,液态
(3)373.15K,2p,气态
(4)374.15K,p,液态
(5)374.15K,p,气态
下列4组化学势的比较,哪个不正确?
()
(A)μ2>μ1(B)μ5>μ4
(C)μ3>μ5(D)μ3>μ1
9.2分(0894)
0894
1molAg(s)在等容下由273.15K加热到303.15K,已知在该温度区间内Ag(s)的
CV,m/J·K-1·mol-1=24.48,则其熵变为:
()
(A)2.531J·K-1(B)5.622J·K-1
(C)25.31J·K-1(D)56.22J·K-1
*.1分(0854)
0854
用1mol理想气体进行焦耳实验(自由膨胀),求得ΔS=19.16J·K-1,则体系的吉布斯自由能变化为:
()
(A)ΔG=19.16J(B)ΔG<19.16J
(C)ΔG>19.16J(D)ΔG=0
11.1分(0478)
0478
在p下,C(石墨)+O2
CO2(g)的反应热为ΔrH
,下列哪种说法是错误的?
()
(A)ΔrH
是CO2(g)的标准生成热
(B)ΔrH
=ΔrU
(C)ΔrH
是石墨的燃烧热
(D)ΔrU
<ΔrH
二、填空题(共10题20分)
12.2分(9039)
9039
对非缔合液体物质,在正常沸点时的蒸发熵约为J·K-1·mol-1。
13.2分(0886)
0886
某蛋白质在323.2K时变性并达到平衡状态,即
天然蛋白质变性蛋白质
已知该变性过程的ΔrHm(323.2K)=29.288kJ·mol-1,
则该反应的熵变ΔrSm(323.2K)=J·K-1·mol-1。
14.2分(1288)
1288
公式dS=diS+deS适用于体系。
15.2分(0838)
0838
选择“>”、“<”、“=”中的一个填入下列空格:
100℃,1.5p的水蒸气变成100℃,p的液体水,ΔS______0,ΔG______0。
16.2分(1145)
1145
在理想气体的S–T图上,任一条等容线与任一条等压线的斜率之比
在等温情况下应等于。
17.2分(0775)
0775
在横线上填上>、<、=或?
(?
代表不能确定)。
水在373.15K和101.325kPa下通过强烈搅拌而蒸发,则
(A)ΔS______Q/TQ为该过程体系吸收的热量
(B)ΔF______-W
(C)ΔF______-Wf(忽略体积变化)
(D)ΔG______-Wf
18.2分(9102)
9102
在______、______、____________的条件下,自发变化总是朝着吉布斯自由能______的方向进行的,直到体系达到平衡。
19.2分(0911)
0911
从微观角度而言,熵具有统计意义,它是体系____________的一种量度。
熵值小的状态相对于____________的状态。
在隔离体系中,自____________的状态向____________的状态变化,是自发变化的方向,这就是热力学第二定律的本质。
20.2分(0745)
0745
选择“>”、“<”、“=”中的一个填入下列空格。
理想气体恒温可逆压缩,∆S_____0,∆G_____0。
21.2分(1150)
1150
四个麦克斯韦关系式分别是:
、、
和。
三、计算题(共6题60分)
22.15分(0956)
0956
在573.15K时,将1molNe(可视为理想气体)从1000KPa经绝热可逆膨胀到100kPa。
求Q,W,ΔU,ΔH,ΔS,ΔSiso和ΔG。
已知在573.15K,1000kPa下Ne的摩尔熵Sm=144.2J·K-1·mol-1。
23.10分(0752)
0752
373K,2p的水蒸气可以维持一段时间,但这是一种亚稳平衡态,称作过饱和态,它可自发地凝聚,过程是:
H2O(g,100℃,202.650kPa)
H2O(l,100℃,202.650kPa)
求水的
Hm,
Sm,
Gm。
已知水的摩尔汽化焓
Hm为40.60kJ·mol-1,假设水蒸气为理想气体,液态水是不可压缩的。
24.10分(9218)
9218
已知H2O(s)的熔化热ΔfusHm=6.025kJ·mol-1,水的汽化焓ΔvapHm=40.680kJ·mol-1。
试计算:
(1)在273.15K时,水结成冰过程的
值;
(2)在373.15K时,水蒸气凝结成水过程的
值。
25.10分(0709)
0709
H2–O2燃料电池是用
的气体进行补充的。
在298K时,该电池释放的功率为1kW。
已知燃料消耗的速度相同,估算363K时电池输出的功率。
(忽略体积功,在温度变化不大时,
ΔfH
[H2O(l)]和ΔfG
[H2O(l)]可视作常数)
ΔfH
[298K,H2O(l)]=-285kJ·mol-1
ΔfG
[298K,H2O(l)]=-237kJ·mol-1
26.10分(0964)
0964
已知-5℃固态苯的饱和蒸气压为0.0225p,在-5℃,p下,1mol过冷液态苯凝固时Δ
S=-35.46J·K-1,放热9860J。
求:
-5℃时液态苯的饱和蒸气压,设苯蒸气为理想气体。
27.5分(0781)
0781
2mol苯和3mol甲苯在25℃和101.325kPa下混合,设体系为理想液体混合物,求该过程的Q,W及ΔmixU,ΔmixH,ΔmixH,ΔmixF,ΔmixG。
一、选择题(共11题20分)
1.2分(1035)
1035
[答](D)
2.2分(9166)
9166
[答]外压(2分)
3.2分(1223)
1223
[答](A)
4.2分(0843)
0843
[答](C)
由于工作物质为理想气体,所以在等温膨胀和等温压缩步骤中
ΔT=0且ΔU=0
在绝热膨胀和绝热压缩步骤中
QR=0,所以ΔS=0
故理想气体的卡诺循环U-S图应为一矩形如(C)。
5.2分(1247)
1247
[答](D)
6.2分(1147)
1147
[答](B)(2分)
7.2分(0872)
0872
[答]
(1)D;
(2)D
对于
(1)ΔrSm=QR/T=20J·K-1·mol-1
对于
(2)Wf=-ΔrGm=-(ΔrHm-TΔrSm)
=Qp-QR=66kJ
8.2分(1258)
1258
[答](B)(2分)
9.2分(0894)
0894
[答](A)(2分)
*.1分(0854)
0854
[答](B)
11.1分(0478)
0478
[答](D)(2分)
二、填空题(共10题20分)
12.2分(9039)
9039
[答]88(2分)
13.2分(0886)
0886
[答]ΔrSm(323.2K)=ΔrHm(323.2K)/T
=29.288×103J·mol-1/323.2K
=90.62J·K-1·mol-1(2分)
14.2分(1288)
1288
[答]一切(2分)
15.2分(0838)
0838
[答]<<
16.2分(1145)
1145
[答]CV/Cp(2分)
17.2分(0775)
0775
[答](A)>
(B)<
(C)<
(D)<
18.2分(9102)
9102
[答]等温;等压;封闭体系不做其它功;减少(2分)
19.2分(0911)
0911
[答]微观状态数比较有秩序比较有秩序比较无秩序(2分)
20.2分(0745)
0745
[答]<,>
因为ΔS=nRln(V2/V1)<0
ΔG=nRTln(p2/p1)>0
21.2分(1150)
1150
[答]
T/
V)S=-
p/
S)V(0.5分)
T/
p)S=
V/
S)p(0.5分)
S/
V)T=
p/
T)V(0.5分)
S/
p)T=-
V/
T)p(0.5分)
三、计算题(共6题60分)
22.15分(0956)
0956
[答]因该过程为绝热可逆过程,故Q=0,ΔS=0(2分)
T2=T1exp[(R/Cp,m)ln(p2/p1)]=228.2K(2分)
W=-ΔU=nCV,m(T1-T2)=4.302kJ(2分)
ΔU=-4.302kJ(1分)
ΔH=nCp,m(T2-T1)=-7.171kJ(2分)
ΔS环境=0(1分)
ΔSiso=ΔS+ΔS环境=0(1分)
ΔF=ΔU-nSm(T2-T1)=45.45kJ(2分)
ΔG=ΔH-nSm(T2-T1)=42.58kJ(2分)
23.10分(0752)
0752
[答]由下列可逆过程
(1)H2O(g,100℃,202.650kPa)→H2O(g,100℃,101.325kPa)
ΔHm,1=0,ΔSm,1=Rln(V2/V1)=5.76J·K-1·mol-1
ΔGm,1=-TΔSm,1=-2.150kJ·mol-1(3分)
(2)H2O(g,100℃,101.325kPa)→H20(l,100℃,101.325kPa)
Δ
Hm,2=-40.600kJ·mol-1
Δ
Sm,2=(-40.660kJ·mol-1)/(373.15K)=-108.8J·K-1·mol-1
Δ
Gm,2=0(2分)
(3)H2O(l,100℃,101.325kPa)→H2O(l,100℃,202.650kPa)
ΔHm,3;ΔSm,3;ΔGm,3变化很小,略去。
(2分)
由于Δ
Hm=ΔHm,1+Δ
Hm,2=-40.6kJ·mol-1;
故Δ
Sm=ΔSm,1+Δ
Sm,2=-103J·K-1·mol-1;
Δ
Gm=ΔGm,1+Δ
Gm,2=-2.15kJ·mol-1(3分)
24.10分(9218)
9218
[答]因为
(2分)
(1)
=-Sm(H2O,s)+Sm(H2O,l)
=
=
(4分)
(2)
=-Sm(H2O,l)+Sm(H2O,g)
=
=
=109.02
(4分)
25.10分(0709)
0709
[答]反应
ΔrS
(298K)=
=-161J/K(4分)
当温度变化范围不大时,设ΔrH
(298K)和ΔrS
(298K)为常数。
则
ΔrG
(363K)=ΔrH
(298K)-363ΔrS
(298K)=-225.6kJ(3分)
故363K时输出的功率为:
ΔrG
(363K)/ΔrG
(298K)=0.95(3分)
26.10分(0964)
0964
[答]如图(2分)
G=ΔG1+ΔG2+ΔG3+ΔG4+ΔG5
ΔG2=0,ΔG4=0
ΔG1=Vl(pl-p),ΔG5=Vs(p-ps)(2分)
ΔG1≈-ΔG5
ΔG3=
dp=nRTln(ps/pl)
(积分限:
p1=pl,p2=ps)
故
G=ΔG3=nRTln(ps/pl)
G=
H-T
S(2分)
ln(ps/pl)=(
H-T
S)/nRT=-0.1576
ps/pl=0.8542
所以pl=2.669kPa(2分)
27.5分(0781)
0781
[答]Q=0,W=0,ΔmixU=0,ΔmixH=0(4分)
ΔmixS=-R(n1lnx1+n2lnx2)=28.0J·K-1(2分)
ΔmixG=RT(n1lnx1+n2lnx2)=-8.350kJ(2分)
ΔmixF=ΔmixG=-8.350kJ(2分)
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