衡水学院 《物理化学》第三章 热力学第二定律 作业及答案Word格式文档下载.docx
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(-133)
=-106.5(J)
⑵Q2+Q1=-W
Qr,2+1000=133
Qr,2=-867(J)
Qir,2+1000=106.5
Qir,2=-893.5(J)
[143-3]卡诺热机在T1=900K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作。
⑵当向低温热源放热-Q2=100kJ时,系统从高温热源吸热Q1及对环境所作的功–W。
-100+300=-W
-W=200(kJ)
[143-4]冬季利用热泵从室外0℃的环境吸热,向室内18℃的房间供热。
若每分钟用100kJ的功开动热泵,试估算热泵每分钟最多能向室内供热多少?
从室外吸热Q1,向室内供热Q2,室外温度定为T1,室内温度定为T2。
Q2+1517.5=-100
Q2=-1617.5(J)
[143-5]高温热源温度T1=600K,低温热源温度T2=300K。
今有120kJ的热直接从高温热源传给低温热源,求此过程两热源的总熵变ΔS。
120kJ的热直接从高温热源传给低温热源,-Q1=Q2=120kJ
[144-7]已知水的比定压热容cp=4.184J·
g-1·
K-1。
今有1kg,10℃的水经下列三种不同过程加热成100℃的水求各过程的ΔSsys、ΔSamb、ΔSiso。
⑴系统与100℃的热源接触;
⑵系统先与55℃的热源接触至热平衡,再与100℃的热源接触;
⑶系统依次与40℃,70℃的热源接触至热平衡,再与100℃的热源接触;
⑴
>0,过程自发
⑵因S为状态函数,故
⑶同理
[144-10]1mol理想气体在T=300K下,从始态100kPa经历下列各过程达到各自的平衡态。
求过程的Q,ΔS,ΔSiso。
⑴可逆膨胀至末态压力50kPa;
⑵反抗恒定外压50kPa不可逆膨胀致平衡态
⑶向真空自由膨胀至原体积的2倍。
⑴理想气体恒温过程:
,
⑵S为状态函数,
理想气体恒温过程:
⑶S为状态函数,
理想气体向真空膨胀:
Q=0
结论:
系统反抗的p越小,不可逆程度越大。
[145-19]常压下将100g,27℃的水与200g,72℃的水在绝热容器中混合,求最终水温t及过程的熵变ΔS。
已知水的比定压热容cp=4.184J·
[145-20]将温度均为300K,压力均为100kPa的100dm3的H2(g)与50dm3的CH4(g)恒温恒压下混合,求过程的ΔS。
假定H2(g)和CH4(g)均可认为是理想气体。
[146-25]常压下冰的熔点为273.15K,比熔化焓Δfush=333.3J·
g-1,水的比定压热容cp=4.184J·
系统的始态为一绝热容器中1kg,353.15K的水及0.5kg,273.15K的冰。
求系统达到平衡后,过程的ΔS。
∆H水=m水cp(T-T水)
∆H冰=∆H冰1+∆H冰2=m冰∆fush+m冰cp(T-T冰)
∆H水+∆H冰=0即:
1000⨯4.184⨯(T–353.15)+500⨯333.3+500⨯4.184⨯(T–273.15)=0
T=299.93K
[146-27]已知常压下冰的熔点为0℃,摩尔熔化焓∆fusHm(H2O)=6.004kJ·
mol-1,苯的熔点为5.51℃,摩尔熔化焓∆fusHm(C6H6)=9.832kJ·
mol-1。
液态水合固态苯的摩尔定压热容分别为Cp,m(H2O,l)=75.37J·
mol-1·
K-1及Cp,m(C6H6,l)=122.59J·
K-1,今有两个用绝热层包围的容器,一容器中为0℃的8molH2O(s)与2molH2O(l)成平衡,另一容器中为5.51℃的5molC6H6(l)与2molC6H6(s)成平衡。
现将两容器接触,去掉两容器间的绝热层,使两容器达到新的平衡态。
求过程的ΔS。
∆H1=n∆fusHm=8⨯6004=48032(J)
∆H2=nCp,m(水)(T–273.15)=10⨯75.37(T–273.15)=753.7(T–273.15)
∆H3=-n∆fusHm=-5⨯9832=-49160(J)
∆H4=nCp,m(苯,s)(T–278.66)=10⨯122.59⨯(T–278.66)
48032+753.7(T–273.15)+(-49160)+10⨯122.59⨯(T–278.66)=0
T=277.13K
[146-28]将装有0.1mol乙醚(C2H5)2O(l)的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭真空容器中,并在35.51℃的恒温槽中恒温。
已知乙醚的正常沸点为35.51℃,此条件下乙醚的摩尔蒸发焓∆vapHm=25.104kJ·
今将小玻璃瓶打碎,乙醚蒸发至平衡态。
⑴乙醚蒸气的压力;
⑵过程的Q,ΔU,ΔH及ΔS。
⑵∆H=n∆vapHm=0.1⨯25104=2510.4(J)
恒容W=0
Q=ΔU=∆H-∆ngRT=2510.4–0.1⨯8.3114⨯308.66=2253.8(J)
[147-33]已知25℃时,液态水的标准生成吉布斯函数(H2O,l)=-237.129kJ·
mol-1,饱和蒸气压p*=3.1663kPa。
求25℃时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。
[148-37]已知在100kPa下水的凝固点为0℃,在-5℃时,过冷水的比凝固焓,过冷水和冰的饱和蒸气压分别为及。
今在100kPa下,有-5℃1kg的过冷水变为同样温度、压力下的冰,设计可逆途径,分别按可逆途径计算过程的ΔG及ΔS。
[148-38]已知在-5℃,水和冰的密度分别为和。
在-5℃,水和冰的相平衡压力为59.8MPa。
今有-5℃的1kg水在100kPa下凝结成同样温度下的冰,求过程的ΔG。
假设,水和冰的密度不随压力改变。
[149-47]汞(Hg)在100kPa下的熔点为-38.87℃,此时比融化焓Δfush=9.75J·
g-1;
液体汞和固态汞的密度分别为和。
⑴压力为10MPa下汞的熔点;
⑵若要汞的熔点为-35℃,压力需增大至多少?
已知:
p1=1⨯105Pa
T1=234.28K
ΔfusH=9.75J.g-1
(1)p2=10MPa
⑵T2=238.15K
(1)
解得:
T2=234.9K
⑵
p2=61.5MPa
[150-48]已知水在77℃时的饱和蒸气压为41.891kPa。
水在101.325kPa下的正常沸点为100℃。
⑴下面表示水的蒸气压与温度的关系的方程式中的A和B值:
⑵在此温度范围内水的摩尔蒸发焓;
⑶在多大压力下水的沸点为15℃。
已知:
T1=273.15+77=350.15Kp1=41891Pa
T2=373.15Kp2=101325Pa
⑴①②
②-①得:
代入数据
A=2179.133代入①
B=10.84555
⑶将A=2179.133,B=10.84555代入
得
[150-49]水(H2O)和氯仿(CHCl3)在101.325kPa下的正常沸点分别为100℃和61.5℃,摩尔蒸发焓分别为ΔvapHm(H2O)=40.668kJ·
mol-1和ΔvapHm(CHCl3)=29.50kJ·
求两液体具有相同饱和蒸气压时的温度。
水①
氯仿②
①-②得:
即262.9℃
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