热力学第二定律练习题及答案.docx

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热力学第二定律练习题及答案

热力学第二定律练习题

一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画×

1、热力学第二定律的克劳修斯说法是：

热从低温物体传给高温物体是不可能的（）

2、组成可变的均相系统的热力学基本方程dG=－SdT＋Vdp＋

dnB，既适用于封闭系统也适用于敞开系统。

（）

3、热力学第三定律的普朗克说法是：

纯物质完美晶体在0K时的熵值为零。

（）

4、隔离系统的熵是守恒的。

（）

5、一定量理想气体的熵只是温度的函数。

（）

6、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。

（）

7、定温定压且无非体积功条件下，一切吸热且熵减少的反应，均不能自发发生。

（）

8、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W’<0，且有W’>G和G<0，则此状态变化一定能发生。

（）

9、绝热不可逆膨胀过程中S>0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中S<0。

（）

10、克-克方程适用于纯物质的任何两相平衡。

（）

11、如果一个化学反应的rH

不随温度变化，则其rS

也不随温度变化，（）

12、在多相系统中于一定的T，p下物质有从化学势较高的相自发向化学势较低的相转移的趋势。

（）

13、在10℃，kPa下过冷的H2O（l）凝结为冰是一个不可逆过程，故此过程的熵变大于零。

（）

14、理想气体的熵变公式只适用于可逆过程。

（）

15、系统经绝热不可逆循环过程中S=0，。

（）

二、选择题

1、对于只做膨胀功的封闭系统的（A/T）V值是：

（　）

（1）大于零

（2）小于零　（3）等于零（4）不确定

2、从热力学四个基本过程可导出

=（）

3、1mol理想气体

（1）经定温自由膨胀使体积增加1倍；

（2）经定温可逆膨胀使体积增加1倍；（3）经绝热自由膨胀使体积增加1倍；（4）经绝热可逆膨胀使体积增加1倍。

在下列结论中何者正确（）

（1）S1=S2=S3=S4

（2）S1=S2，S3=S4=0

（3）S1=S4，S2=S3（4）S1=S2=S3，S4=0

4、1mol理想气体经一等温可逆压缩过程，则：

（）。

（1）G>A；

（2）G

5、理想气体从状态I等温自由膨胀到状态II，可用哪个状态函数的变量来判断过程的自发性。

（）

（1）G

（2）U（3）S（4）H

6、物质的量为n的理想气体等温压缩，当压力由p1变到p2时，其G是：

（）。

（1）；

（2）；（3）；（4）

7、1mol理想气体从相同的始态（p1，V1，T1）分别经绝热可逆膨胀到达终态（p2，V2，T2），经绝热不可逆膨胀到达，则TT2，VV2，SS2。

（选填　>，=，<）

8、若系统经历一个循环过程，则下列各组哪一组所包含的量其改变量均为零：

（）

（1）U、Q、W、H；

（2）Q、H、C、CV；

（3）U、H、S、G；（4）△U、△H、Qp、QV。

9、在100℃,kPa下有1mol的H2O（l），使其与100℃的大热源接触并使其向真空中蒸发，变为100℃，kPa的H2O（g），对于这一过程可以用哪个量来判断过程的方向（）

（1）S（系统）

（2）S（系统）+S（环境）（3）G（4）S（环境））

10、液态水在100℃及101325kPa下汽化成水蒸气，则该过程的（）。

（1）H=0；

（2）S=0；（3）A=0；（4）G=0

11、一定条件下，一定量的纯铁与碳钢相比，其熵值是（）

（1）S（纯铁）>S（碳钢）；

（2）S（纯铁）

12、非理想气体绝热可逆压缩过程的S（）

（1）=0；

（2）>0；（3）<0；

13、对封闭的单组分均相系统，且W’=0时，

的值应是（）

（1）<0

（2）>0（3）=0（4）无法判断

14、10mol某理想气体，由始态300K，500kPa进行恒温过程的吉布斯函数变G=－47318kJ。

则其终态系统的压力为（）。

（1）125kPa；

（2）750kPa；（3）7500kPa；（4）25kPa）

15、理想气体定温自由膨胀过程为（）

（1）△S>0

（2）U<0（3）Q>0（4）W<0

三、填空题

1、等式

适用于。

2、热力学第三定律的普朗克说法的数学表达式为。

3、1mol理想气体由同一始态开始分别经可逆绝热膨胀（Ⅰ）与不可逆绝热膨胀（Ⅱ）至相同终态温度，（选择填>,<,=）则UⅠUⅡ，SⅠSⅡ。

4、1mol理想气体从p1=MPa节流膨胀到p2=MPa时的熵变为S=。

5、使一过程的S=0，应满足的条件是。

6、有个学生对理想气体的某个公式记得不太清楚了，他只模糊记得的是

。

你认为，这个公式的正确表达式中，x应为。

7、热力学基本方程之一为dH=。

8、在732K时，反应NH4Cl（s）==NH3（g）+HCl（g）的rG

=－kJ·mol-1，rH

=154kJ·mol-1，则该反应的rS

=。

9、绝热不可逆膨胀过程系统的S0，绝热不可逆压缩过程系统的S0。

（选填>，<或=）

10、熵增原理表述为。

11、在热源温度为534K及305K间工作的可逆热机，每一循环能作功135J，求热机在每一循环过程中从高温热源吸取热量为。

12、在封闭系统中，无论发生何种不可逆绝热过程：

（1）决不会出现系统的熵变S（系统）

的现象；

（2）环境的熵变S（环）必然是。

选填>0，≥0，<0，≤0或=0）

13、由克拉贝龙方程导出最常用的、最简单的克拉贝龙-克劳修斯方程的积分式时所作的三个近似处理分别是

（1）；

（2）；（3）。

14、已知某化学反应在25℃的标准摩尔熵变为rS

（298K），又知该反应的BCp,m,B，则温度T时该反应的标准摩尔熵变rS

（T）=。

15、热力学基本方程dH=TdS+Vdp+∑BdnB的适用条件为组成变的系统和。

四、计算题

1、已知0℃冰的饱和蒸气压为0611kPa,其升华焓为2820J·g-1，水汽的Cpm=3012J·K-1·mol-1。

若将0℃时的1g冰转变为150℃，1013kPa的水汽，系统的熵变为多少设水汽为理想气体。

已知H2O的摩尔质量M=1802g·mol-1。

2、固态氨的饱和蒸气压为，液态氨的饱和蒸气压为。

试求

（1）三相点的温度、压力；

（2）三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓。

3、4mol某理想气体，其CVm=25R，由始态53143K，600kPa，先等容加热到70857K，在绝热可逆膨胀至500kPa的终态。

求终态的温度。

整个过程的U及S各为若干

4、设有2mol单原子理想气体，其Cpm=25R。

由29815K及3MPa的始态压力突然降到100kPa绝热膨胀，作膨胀功2095J，试计算系统的熵变S。

5、已知H2O（l）在298K时的饱和蒸气压为3168Pa,蒸发焓为kJ·mol1,现有2molH2O（l）在298K、MPa下变为同温同压的水蒸气。

计算此过程的U，H，S，G。

设蒸气可视为理想气体。

6、在－59℃时，过冷液态二氧化碳的饱和蒸气压为0460MPa，同温度时固态CO2的饱和蒸气压为0434MPa，问在上述温度时，将1mol过冷液态CO2转化为固态CO2时，G为多少设气体服从理想气体行为。

7、在70℃时CCl4的蒸气压为81613kPa，80℃时为11243kPa。

计算：

（1）CCl4的摩尔汽化焓；

（2）正常沸点。

8、1mol理想气体在300K下，等温可逆膨胀体积增加一倍，计算该过程的W，Q，U，H，G，A及S。

9、1mol水在100℃、kPa恒温恒压蒸发为同温同压下的水蒸气，然后将此水蒸气恒温可逆膨胀变为100℃、50kPa的水蒸气，求此过程的Q，W，U，H，ΔS，ΔA和ΔG。

已知水在100℃、101325Pa下的vapHm为kJ.mol-1

10、在0℃附近，纯水和纯冰成平衡，已知0℃时，冰与水的摩尔体积分别为001964103m3·mol1和001800103m3·mol1，冰的摩尔熔化焓为fusHm=6029kJ·mol1，试确定0℃时冰的熔点随压力的变化率dT/dp=

11、在25℃时1molO2从1000kPa自由膨胀到100kPa，求此过程的U，H，S，A，G（设O2为理想气体）。

12、试求2mol,100℃,,40KPa水蒸气变成100℃及100KPa的水时，此过程的△H和△S，△G。

设水蒸气可视为理想气体，液体水的体积可忽略不计。

已知水的摩尔气化热为40670Jmol-1

13、已知各物质在时的热力学函数数据如下：

物质

C2H5OH（g）

C2H4（g）

H2O（g）

对下列反应：

C2H5OH（g）=C2H4（g）+H2O（g）

求此反应在398K时，标准压力下ξ=1mol时的

14、苯在正常沸点353K下的

苯（l）和苯（g）的

分别为和

现将2mol的苯（g）在300K,下全部等温等压冷凝为苯（l）,求此过程的

15、在恒熵条件下,将的某双原子理想气体从15℃,100kpa压缩到700kpa,然后保持容积不变降温至15℃,求此过程的

五、证明题

1、

2、试证明物质的量恒定的单相纯物质，只有p，V，T变化过程的

3、试证明封闭系统单相纯物质只有p,V,T变化过程的

理想气体的

4、若一液体的摩尔蒸发焓与温度的关系式为vapHm=H0+aT从克拉贝龙-克劳修斯方程微分式推导出该方程的定积分式。

5、在等压条件下，将物质的量为n的理想气体加热，使其温度升高1K，试证明其所作的功为－nRK。

热力学第二定律习题答案

一、是非题答案

1、×2、√3、√4、×5、×6、×7、√8、√9、×10、×11、√12、√13、×14、×15、√

二、选择题答案

1

（2）2

（2）3（4）4、（3）5、（3）6、（4）7、解：

>>>

8、（3）9、

（2）10、（4）11、

（2）12、

（1）13

（2）14、

（2）15、

（1）

三、填空题答案

1、解：

理想气体

2、解：

S*（0K,完美晶体）=0

3、解：

=<

4、解：

5、解：

绝热可逆过程循环过程

6、解：

p

7、解：

dH=TdS+Vdp

8、解：

239J·K-1·mol-1

9、解：

>>

10、解：

当系统经绝热过程由某一状态达到另一状态时，它的熵不减少；熵在绝热可逆过程中不变，在绝热不可逆过程后增加。

11、解：

315J

12、解：

（1）≤0

13、解：

（1）因为Vm（g）>>Vm（l或s）

所以p[Vm（g）－Vm（l）]或p[Vm（g）－Vm（s）]=pVg（2分）

（2）将蒸气视为理想气体，即Vm（g）=（4分）

（3）积分时，视vapHm或subHm为与温度T无关的常数（6分）

14、解：

rS

（T）=rS

（298K）+

15、解：

可均相可逆过程W＇=0

四、1、解：

设计过程

S1S2（3分）

（2分）

=－0471J·K-1（4分）

S=S1+S2=985J·K-1（1分）

2、解：

（1）三相点的T，p：

，T=1952K

，p=592kPa（4分）

（2）把与蒸气压式比较得

，（5分）

subHm=37548314J·mol-1=kJ·mol-1（6分）

vapHm=30638314J·mol-1=kJ·mol-1（7分）

fusHm=subHm－vapHm=kJ·mol-1（8分）

3、n=4mol

p2=p1T2/T1=600kPa70857/53143=8000kPa（1分）

（4分）

U=nCVm（T3－T1）

=4258314（61953－53143）J=7325J（6分）

S2=0（7分）

S=S1=nCVmln（T2/T1）

=[4258314ln（70857/53143）]J·K-1

=2392J·K-1（10分）

4、解：

此过程为不可逆过程，要求先求出不可逆绝热膨胀过程终态的温度，W=U，终态温度T2，则：

（3分）

故T2=21560K

=J·K-1（6分）

5、

（3分）

（4分）

（2分）

（2分）

（2分）

6、解：

此过程为不可逆相变，故设计过程：

（3分）

不可逆相变

13

2

G=G1+G2+G3

过程1，3为可逆相变，即G1=G3=0（3分）

过程2为等温可逆膨胀

=104J（3分）

G=G2=－104J（2分）

（2分）

7、解：

（3分）

（6分）

=K（t2=℃）（8分）

8、解：

U=0（1分）

W=RTln（V2/V1）=（8314300ln2）=1729kJ（2分）

Q=W=1729kJ（1分）

H=0（1分）

G=A=W=1729kJ（2分）

S=Q/T=17288J/300K=576J

9、解：

H=H1+H2=kJ（2分）

U=U1+U2=H－（pV）=H-nRT

=－××10-3=－=kJ（2分）

W=W1+W2=－nRT+nRTln=－+××10-3ln

=－－=－kJ（2分）

Q=U－W=+=kJ（2分）

S=H/T+nRln（p1/p2）=×103/+ln

=+=（2分）

A=U-TS==－kJ（1分）

G=H-TS==－kJ（1分）

10、解：

此为固

液两相平衡。

（3分）

=－74310-8K·Pa-1

11、解：

U=0，H=0，（2分）

（5分）

（8分）

12、解：

设计过程

S（3分）

S1S2

H=H1+H2=0+2×40670=kJ

S=S1+S2=0+

=

=J·K-1

G=H－TS==0J

13、解：

解：

⑴

W=

14、解：

恒温恒压下的不可逆相变

S

等压

等压S1S3等压

S2

等压

15、解：

双原子理气

因为整个过程是理想气体的恒温，U=0，H=0

W=W1+W2=nCVm（T2－T1）+0=××（627-288）

=

Q=-W=

五、证明题

1、∵

∴

椐麦克斯韦关系式

2、解：

（4分）

将及代入上式，即可证明

（4分）

3、解：

由dU=TdS－pdV可得（1分）

（U/V）T=T（S/V）T－p（1分）

将麦克斯韦关系式（S/V）T=（p/T）V代入上式,即可证明：

（1分）

（U/V）T=T（p/T）V－p（1分）

对理想气体:

pV=nRT

（U/V）T=T（p/T）V－p

=TnR/V－p（1分）

=p－p=0（1分）

4、解：

（2分）

（2分）

5、解：

气体在恒外压时作的功是：

W=－p（外）V=－pV

因为：

V1=nRT1/p，V2=nRT2/p=nR（T1＋1K）/p（1分）

所以，W=－p[nR（T1＋1K）/p－nRT1/p]

=－nRK