第2章 热力学第二定律自我测试Word文档格式.docx
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(C)夏天跑的快;
(D)冬天跑的快。
3.对于克劳修斯不等式dS≥δQ/T环,判断不正确的是:
dS=δQ/T环必为可逆过程或处于平衡状态;
(B)
dS>δQ/T环必为不可逆过程;
(C)
dS>δQ/T环必为自发过程;
(D)
dS<δQ/T环违反卡诺定理和第二定律,过程不可能自发发生。
4.下列计算熵变公式中,哪个是错误的:
水在25℃、p下蒸发为水蒸气:
∆S=(∆H-∆G)/T
;
任意可逆过程:
dS=(δQ/dT)r
环境的熵变:
∆S=-Q体/T
在等温等压下,可逆电池反应:
∆S=∆H/T
。
5.当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时,求得体系的熵变∆S=l0J·
K-1,
若该变化中所做的功仅为相同终态最大功的1/10,该变化中从热源吸热多少?
5000J;
(B)500J;
(C)50J;
(D)100J。
6.1mol双原子理想气体的(∂H/∂T)v是:
1.5R;
(B)2.5R;
(C)3.5R;
(D)2R。
7.理想气体在绝热条件下,在恒外压下被压缩到终态,则体系与环境的熵变:
∆S(体)>
0,∆S(环)>
0;
(B)∆S(体)<
0,∆S(环)<
∆S(体)>
0,∆S(环)=0;
(D)∆S(体)>
0。
8.一理想气体与温度为T的热源接触,分别做等温可逆膨胀和等温不
可逆膨胀到达同一终态,已知Vr=2Wir,下列式子中不正确的是:
∆Sr>
∆Sir;
(B)∆Sr=∆Sir
∆Sr=2Qir/T;
∆S(等温可逆)=∆S体+∆S环=0,∆S(不等温可逆)=
∆S体+∆S环>
0。
9.计算熵变的公式∆S=∫(dU+pdV)/T
适用于下列:
(A)理想气体的简单状态变化;
无体积功的封闭体系的简单状态变化过程;
理想气体的任意变化过程;
封闭体系的任意变化过程;
10.实际气体CO2经节流膨胀后,温度下降,那么:
∆S(体)<
0
(D)∆S(体)<
0,∆S(环)=0。
11.如图,可表示理想气体卡诺循环的示意图是:
图⑴;
(B)图⑵;
(C)图⑶;
(D)图⑷。
12.某体系等压过程A→B的焓变∆H与温度T无关,则该过程的:
∆U与温度无关;
(B)∆S与温度无关;
∆F与温度无关;
(D)∆G与温度无关。
13.等温下,一个反应aA+bB=dD+eE的∆rCp=0,那么:
∆H与T无关,∆S与T无关,∆G与T无关;
∆H与T无关,∆S与T无关,∆G与T有关;
∆H与T无关,∆S与T有关,∆G与T有关;
∆H与T无关,∆S与T有关,∆G与T无关。
14.下列过程中∆S为负值的是哪一个:
液态溴蒸发成气态溴;
SnO2(s)+2H2(g)=Sn(s)+2H2O(l);
电解水生成H2和O2;
(D)公路上撤盐使冰融化。
15.熵是混乱度(热力学微观状态数或热力学几率)的量度,下列结论
中不正确的是:
同一种物质的S(g)>
S(l)>
S(s)
同种物质温度越高熵值越大;
分子内含原子数越多熵值越大;
0K时任何纯物质的熵值都等于零。
16.有一个化学反应,在低温下可自发进行,随温度的升高,自发倾向降低,
这反应是:
∆S>
0,∆H>
(B)∆S>
0,∆H<
∆S<
(D)∆S<
17.∆G=∆A的过程是:
H2O(l,373K,p)→H2O(g,373K,p);
N2(g,400K,1000kPa)→N2(g,400K,100kPa);
等温等压下,N2(g)+3H2(g)→NH3(g);
Ar(g,T,p)→Ar(g,T+100,p)。
18.等温等压下进行的化学反应,其方向由∆rHm和∆rSm共同决定,自发进行
的反应应满足下列哪个关系式:
∆rSm=∆rHm/T;
(B)∆rSm>
∆rHm/T;
∆rSm≥∆rHm/T;
(D)∆rSm≤∆rHm/T。
19.实际气体节流膨胀后,其熵变为:
(A)∆S=nRln(V2/V1);
(B)∆S=∫(V/T)dp;
(C)∆S=∫(Cp/T)dT;
(D)∆S=(Cv/T)dT。
20.一个已充电的蓄电池以1.8V输出电压放电后,用2.2V电压充
电使其回复原状,则总的过程热力学量变化:
Q<
0,W>
0,∆S>
0,∆G<
(B)Q<
0,W<
0,∆S<
Q>
0,∆S=0,∆G=0;
(D)Q<
0,∆S=0,∆G=0。
21.下列过程满足∆S>
0,Q/T环=0
的是:
恒温恒压(273K,101325Pa)下,1mol的冰在空气升华为水蒸气;
氮气与氧气的混合气体可逆绝热膨胀;
理想气体自由膨胀;
绝热条件下化学反应。
22.吉布斯自由能的含义应该是:
是体系能对外做非体积功的能量;
是在可逆条件下体系能对外做非体积功的能量;
是恒温恒压可逆条件下体系能对外做非体积功的能量;
按定义理解G=H-TS。
23.在-10℃、101.325kPa下,1mol水凝结成冰的过程中,
下列哪个公式可以适用:
(A)∆U=T∆S;
(B)∆S=(∆H-∆G)/T;
(C)∆H=T∆S+V∆p;
(D)∆GT,p=0。
24.对于封闭体系的热力学,下列各组状态函数之间的关系中正确的是:
A>
U;
(B)A<
(C)G<
(D)H<
A。
25.热力学基本方程dG=-SdT+Vdp,可适应用下列哪个过程:
298K、标准压力下,水气化成蒸汽;
理想气体向真空膨胀;
电解水制取氢气;
(D)N2+3H2=2NH3未达到平衡。
三、填空
1.在一定速度下发生变化的孤立体系,其总熵的变化是。
2.373.2K、101325Pa的水,使其与大热源接触,向真空蒸发成为373.2K、
101325Pa下的水气,对这一个过程,应选用哪一个热力学函数的变化作为过程方向的判据。
3.等容等熵条件下,过程自发进行时,∆F应。
4.25℃时,将11.2升O2与11.2升N2混合成11.2升的混合气体,该过程∆S、∆G分别为。
5.2mol理想气体B,在300K时等温膨胀,W=0时体积增加一倍,则其∆S(J·
K-1)为:
。
计算与证明
1、卡诺热机在T1=900K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作。
求:
(1)热机效率η;
(2)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。
答:
(1)0.6667;
(2)Q1=300kJ,-W=200kJ
2、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,求此过程的△S。
200J·
K-1
3、不同的热机工作于T1=600K的高温热源及T2=300K的低温热源之间。
求下列三种情况下,当热机从高温热源吸热Q1=300kJ时,两热源的总熵变△S。
(1)可逆热机效率η=0.5;
(2)不可逆热机效率η=0.45;
(3)不可逆热机效率η=0.4。
(1)0;
(2)50J·
K-1;
(3)100J·
4、已知水的比定压热容cp=4.184J·
g-1·
K-1。
今有1kg,10℃的水经下述三种不同过程加热成100℃的水,求各过程的
,
及
(1)系统与100℃热源接触;
(2)系统先与55℃热源接触至热平衡,再与100℃热源接触;
(3)系统先后与40℃,70℃的热源接触至热平衡,再与100℃热源接触。
(1)
=1155J·
K-1,
=-1009J·
=146J·
(2)
=-1096J·
=59J·
(3)
=-1103J·
=52J·
5、已知氮(N2,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系为
J·
mol-1·
将始态为300K,100kPa下1mol的N2(g)置于1000K的热源中,求下列二过程
(1)经恒压过程;
(2)经恒容过程达到平衡态时的Q,△S及
(1)Q=21.65kJ,△S=36.82J·
=15.17J·
(2)Q=15.83kJ,△S=26.81J·
=10.98J·
6、始态为T1=300K,p1=200kPa的某双原子理想气体1mol,经下列不同途径变化到T2=300K,p2=100kPa的末态。
求各步骤及途径的Q,△S。
(1)恒温可逆膨胀;
(2)先恒容冷却至使压力降至100kPa,再恒压加热至T2。
(3)先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa,再恒压加热至T2。
(1)Q=1.729kJ,△S=5.76J·
(2)Q1=-3.118kJ,△S1=-14.41J·
Q2=4.365kJ,△S2=-20.17J·
Q=1.247kJ,△S=-5.76J·
(3)Q1=0,△S1=0;
Q=Q2=0.224kJ,△S=△S2=5.76J·
7、1mol理想气体在T=300K下,从始态100kPa经下列各过程,求Q,△S及
(1)可逆膨胀到末态压力50kPa;
(2)反抗恒定外压50kPa不可逆膨胀至平衡态;
(3)向真空自由膨胀至原体积的2倍。
(1)Q=1.729kJ,△S=5.763J·
=0;
(2)Q=1.247kJ,△S=5.763J·
=1.606J·
(3)Q=0,△S=5.763J·
=5.763J·
8、2mol双原子理想气体从始态300K,50dm3,先恒容加热至400K,再恒压加热至体积增大到100dm3,求整个过程的Q,W,△U,△H及△S。
Q=27.44kJ;
W=-6.625kJ;
△U=20.79kJ;
△H=29.10kJ;
△S=52.30J·
9、4mol单原子理想气体从始态750K,150kPa,先恒容冷却使压力降至50kPa,再恒温可逆压缩至100kPa。
求整个过程的Q,W,△U,△H及△S。
Q=-30.71kJ;
W=5.763kJ;
△U=-24.94kJ;
△H=41.57kJ;
△S=-77.86J·
10、3mol双原子理想气体从始态100K,75dm3,先恒温可逆压缩使体积缩小至50dm3,再恒压加热至100dm3。
Q=-23.21kJ;
W=-4.46kJ;
△U=18.75kJ;
△H=26.25kJ;
△S=50.40J·
11、5mol单原子理想气体从始态300K,50kPa,先绝热可逆压缩至100kPa,再恒压冷却使体积缩小至85dm3,求整个过程的Q,W,△U,△H及△S。
Q=-19.892kJ;
W=13.935kJ;
△U=-5.958kJ;
△H=-9.930kJ;
△S=-68.66J·
12、始态300K,1MPa的单原子理想气体2mol,反抗0.2MPa的恒定外压绝热不可逆膨胀至平衡态。
求过程的W,△U,△H及△S。
W=△U=-2.395kJ;
△H=-3.991kJ;
△S=10.73J·
13、组成为y(B)=0.6的单原子气体A与双原子气体B的理想气体混合物共10mol,从始态T1=300K,p1=50kPa,绝热可逆压缩至p2=50kPa的平衡态。
求过程的W,△U,△H,△S(A),△S(B)。
W=△U=29.54kJ;
△H=43.60kJ;
△S(A)=-8.923J·
△S(B)=8.923J·
14、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△S。
已知水的比定压热容Cp=4.184J·
t=57℃;
△S=2.68J·
15、甲醇(CH3OH)在101.325kPa下的沸点(正常沸点)为64.65℃,在此条件下的摩尔蒸发焓
=35.32kJ·
mol-1。
求在上述温度、压力条件下,1kg液态甲醇全部成为甲醇蒸气时的Q,W,△U,△H,△S。
Q=△H=1102.30kJ;
W=-87.65kJ;
△U=1014.65kJ;
△S=3.263kJ·
16、将装有0.1mol乙醚(C2H5)2O
(1)的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭的真空容器中,并在35.51℃的恒温槽中恒温,35.51℃为在101.325kPa下乙醚的沸点。
已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓
=25.104kJ·
今将小玻璃瓶打破,乙醚蒸发至平衡态。
(1)乙醚蒸气的压力;
(2)过程的Q,△U,△H及△S。
(1)p=25.664kPa;
(2)Q=△U=2.2538kJ,△H=2.5104kJ,△S=9.275J·
17、已知苯(C6H6)在101.325kPa下于80.1℃沸腾,
=30.878kJ·
液体苯的摩尔定压热容
=142.7J·
今将40.53kPa,80.1℃的苯蒸气1mol,先恒温可逆压缩至101.325kPa,并凝结成液态苯,再在恒压下将其冷却至60℃。
Q=-36.437kJ;
W=5.628kJ;
△U=-30.809kJ;
△H=-33.746kJ;
△S=-103.39J·
18、O2(g)的摩尔定压热容与温度的函数关系为
已知25℃下O2(g)的标准摩尔熵
=205.138J·
求O2(g)在100℃,50kPa下的摩尔规定熵值Sm。
217.675J·
19、若在某温度范围内,一液体及其蒸气的摩尔定压热容均可表成
=a+bT+cT2的形式,则液体的摩尔蒸发焓为:
其中△a=a(g)-a
(1),△b=b(g)-b
(1),△c=c(g)-c
(1),△H0为积分常数。
试应用克劳修斯-克拉佩龙方程的微分式,推导出该温度范围内液体饱和蒸气压p的对数1np与热力学温度T的函数关系式,积分常数为I。
20、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℃。
(1)下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中的A和B值;
(2)在此温度范围内水的摩尔蒸发焓;
(3)在多大压力下水的沸点为105℃。
(1)A=2179.133K,B=10.84555;
(2)41.719kJ·
mol-1;
(3)121.042kPa
21、求证:
22、证明:
(2)对理想气体
23、求证:
(2)对范德华气体,且
为定值时,绝热可逆过程方程式为
=定值,
=定值
提示:
绝热可逆过程△S=0
一、判断题答案:
1.对。
2.错,如绝热不可逆压缩过程。
3.错,理想气体的等温可逆膨胀ΔS>
4.第1,2个结论正确,第3个结论错。
5.错,系统由同一始态出发,经绝热可逆和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态。
6.错,环境的熵变应加在一起考虑。
7.错,要在隔离系统中平衡态的熵才最大。
8.错。
9.不矛盾,因气体的状态变化了。
10.错,如过冷水结冰。
11.错,必须可逆相变才能用此公式。
12.错,系统的熵除热熵外,还有构型熵。
当非理想气体混合时就可能有少许热放出。
13.对。
14.错。
未计算环境的熵变;
15.错,如过冷水结冰,ΔS<
0,混乱度减小,
16.错,必须在等温、等压,W’=0的条件下才有此结论。
17.错,若有非体积功存在,则可能进行,如电解水。
18.错,此说法的条件不完善,如在等温条件下。
19.错,不满足均相系统这一条件。
20.错,不可逆过程中δW≠-pdV。
二、单选题答案:
1.A;
2.B;
3.B;
4.C;
5.C;
6.A;
7.C;
8.A;
9.B
10.A;
11.B;
12.B;
13.B;
14.C;
15.C;
16.B;
17.C;
18.D;
19.D;
20.B;
21.B;
22.D;
23.C;
24.C;
25.D;
1、
2、答:
3、
4、
5、
6、
7、
8、
9、答:
10、答:
11、答:
12、答:
13、答:
14、答:
15、
16、
(2)Q=△U=2.2538kJ,△H=2.51