第二章热力学第二定律Word格式.docx
- 文档编号:13480623
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:186.27KB
第二章热力学第二定律Word格式.docx
《第二章热力学第二定律Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二章热力学第二定律Word格式.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.1molH2在27℃从体积为1dm3向真空膨胀至体积为10dm3,求体系的熵变。
若使该H2在27℃从1dm3经恒温可逆膨胀至10dm3,其熵变又是多少?
由此得到怎样结论?
等温过程。
向真空膨胀:
pdV/T=nRln(V2/V1)
(等温)=1×
8.314×
ln(10/1)=19.14(J•K-1)
可逆膨胀:
ΔS=
=1×
状态函数变化只与始、终态有关。
3.0.5dm370℃水与0.1dm330℃水混合,求熵变。
定p、变T过程。
设终态体系温度为t℃,体系与环境间没有热传导;
并设水的密度(1g•cm-3)在此温度范围不变。
查附录1可得Cp,m(H2O,l)=75.48J•K-1•mol-1。
n1Cp,m(t-70)+n2Cp,m(t-30)=0
0.5×
(t-70)+0.1×
(t-30)=0
解得t=63.3℃=336.3K
ΔS=ΔS1+ΔS2=+
=n1Cp,mln(336.3/343)+n2Cp,mln(336.3/303)
(定P时的公式ΔS=nCp,mln(T1/T2))
=(0.5×
1/18×
10-3)×
75.48×
ln(336.3/343)+(0.1×
ln(336.3/303)
=2.36(J•K-1)
4.有200℃的锡250g,落在10℃1kg水中,略去水的蒸发,求达到平衡时此过程的熵变。
已知锡的Cp,m=24.14J•K-1•mol-1。
n1Cp,m1(t-200)+n2Cp,m2(t-10)=0
(250/118.7)×
24.14×
(t-200)+(1000/18)×
(t-10)=0
解得t=12.3℃=12.3+273.2=285.5K
ΔS=ΔS1+ΔS2=
+
=n1Cp,mln(285.5/473)+n2Cp,mln(285.5/283)
=(250/118.7)×
ln(285.5/473)+(1000/18)×
ln(285.5/283)
=11.2(J•K-1)
5.1mol水在100℃和101.325kPa向真空蒸发,变成100℃和101.325kPa的水蒸气,试计算此过程的ΔS体系、ΔS环境和ΔS总,并判断此过程是否自发。
设计恒T、恒p可逆相变过程,计算ΔS体系。
已知水的蒸发热为40.67kJ•mol-1。
ΔS体系=n×
ΔH蒸发/T沸点=1×
40.67×
103/373=109(J•K-1)
∵p外=0,∴W=0,
Q实际=ΔU=ΔH-Δ(pV)=ΔH-p(Vg-Vl)=ΔH-pVg=ΔH-nRT
103-1×
373=37.56×
103(J)
ΔS环境=-Q实际/T环境=-37.56×
103/373=-100.7(J•K-1)
ΔS总=ΔS体系+ΔS环境=109+(-100.7)=8.3(J•K-1)
ΔS总>0,该过程自发进行。
6.试计算-10℃和101.325kPa下,1mol水凝结成冰这一过程的ΔS体系、ΔS环境和ΔS总,并判断此过程是否为自发过程。
已知水和冰的热容分别为75.3J•K-1•mol-1和37.6J•K-1•mol-1,0℃时冰的熔化热为6025J•mol-1。
设计可逆过程来计算ΔS体系。
定p(101325Pa)下:
ΔS1=
nCp,mdT/T=nCp,mln(T2/T1)
75.3×
ln(273/263)=2.81(J•K-1)
ΔS2=ΔH/T=1×
(-6025)/273=-22.07(J•K-1)
ΔS3=nCp,mln(T1/T2)
37.6×
ln(263/273)=-1.40(J•K-1)
ΔS体系=ΔS1+ΔS2+ΔS3=-20.66(J•K-1)
ΔH263=ΔH273+
ΔCp,mdT
=(-6025)+(37.6-75.3)×
(263-273)=-5648(J)
ΔS环=-Q/T环=-(-5648)/263=21.48(J•K-1)
ΔS总=ΔS体系+ΔS环境=(-20.66)+21.48=0.82(J•K-1)
7.有一物系如图所示,将隔板抽去,求平衡后ΔS。
设气体的Cp均是28.03J•K-1•mol-1。
1molO2
10℃,V
1molH2
20℃,V
纯pVT变化。
设均为理想气体,终态体系温度为t℃,气体体系与环境间没有热传导。
n1Cp,m1(t-283)+n2Cp,m2(t-293)=0
28.03×
(t-283)+1×
(t-293)=0
解得t=15℃=15+273=288K
ΔS=ΔS1+ΔS2=[
+n1Rln
]+[
+n2Rln
]
=[
=[1×
(28.03-8.314)×
ln(288/283)+1×
ln(2/1)]
+[1×
ln(288/293)+1×
=11.53(J•K-1)
8.在温度为25℃的室内有一冰箱,冰箱内的温度为0℃。
试问欲使1kg水结成冰,至少须做功若干?
此冰箱对环境放热若干?
已知冰的熔化热为334.7J•g-1。
(注:
卡诺热机的逆转即制冷机,可逆制冷机的制冷率
)
水结成冰放热(冰箱得到热):
Q1=1×
334.7=334.7×
=
=10.92
至少须做功(冰箱得到功):
W=
334.7×
103/(-10.92)=-30.65×
体系恢复原状,ΔU=0,W=Q1+Q2,冰箱对环境放热:
Q2=W-Q1=-30.65×
103-334.7×
103=-365.4×
9.有一大恒温槽,其温度为96.9℃,室温为26.9℃,经过相当时间后,有4184J的热因恒温槽绝热不良而传给室内空气,试求:
(1)恒温槽的熵变;
(2)空气的熵变;
(3)试问此过程是否可逆。
该散热过程速度慢,接近平衡,可视为可逆过程。
(1)ΔS恒温槽=Q/T恒温槽=(-4184)/(96.9+273)=-11.31(J•K-1)
(2)ΔS空气=-Q/T空气=-(-4184)/(26.9+273)=13.95(J•K-1)
(3)ΔS总=ΔS恒温槽+ΔS空气=(-11.31)+13.95=2.64(J•K-1)
10.1mol甲苯在其沸点383.2K时蒸发为气,求该过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔG和ΔF。
已知该温度下甲苯的汽化热为362kJ•kg-1。
恒T、p可逆相变过程(正常相变)。
设蒸气为理想气体,甲苯的摩尔质量为92g•mol-1。
W=p外(Vg–Vl)=p外Vg=nRT=1×
383.2=3186(J)
ΔH=Qp=(1×
0.092)×
362×
103=33.3×
103(J)
ΔU=Q-W=33.3×
103-3186=30.1×
ΔS=Q/T=(1×
103/383.2=86.9(J•K-1)
ΔG=0
ΔA=-W=ΔU-TΔS=-3186(J)
11.1molO2于298.2K时:
(1)由101.3kPa等温可逆压缩到608.0kPa,求Q、W、ΔU、ΔH、ΔA、ΔG、ΔS和ΔS孤立;
(2)若自始至终用608.0kPa的外压,等温压缩到终态,求上述各热力学量的变化。
等温过程,纯pVT变化。
设O2为理想气体。
(1)ΔU=ΔH=0
Q=W=
pdV=nRTln
=nRTln
298.2×
ln(101.3/608.0)=-4443(J)
ΔS体=nRln
=nRln
=1×
ln(101.3/608.0)=-14.9(J)
ΔS环=-Q/T环=-(-4443)/298.2=14.9(J•K-1)
ΔS孤立=ΔS体+ΔS环=(-14.9)+14.9=0(可逆过程)
ΔG=
Vdp=nRTln
ln(608.0/101.3)=4443(J)
ΔA=-
pdV=-W==4443(J)
(2)ΔU=ΔH=0
Q=W=p外(V2–V1)=p外(
–
)=nRT×
(1–
)=–12.401×
ΔS环=-Q/T环=-(–12.401×
103)/(298.2)=41.6(J•K-1)
ΔS孤立=ΔS体+ΔS环=(-14.9)+41.6=26.7(J•K-1)
ΔS孤立>0,自发过程。
pdV=-W=4443(J)
12.25℃,1molO2从101325Pa绝热可逆压缩到6×
101325Pa,求Q、W、ΔU、ΔH、ΔG、ΔS。
已知25℃氧的规定熵为205.03J•K-1•mol-1。
(氧为双原子分子,若为理想气体,Cp,m=
R,γ=
设O2为理想气体。
纯pVT变化。
γ=
=1.4,T1γp11-γ=T2γp21-γ
T2=T1(p1/p2)(1–γ)/γ=298
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 热力学第二定律