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1、热力学第二定律习题第二章 热力学第二定律习题一 . 选择题： 1. 理想气体绝热向真空膨胀，则 ( ) (A) S = 0，W = 0 (B) H = 0，U = 0 (C) G = 0，H = 0 (D) U = 0，G = 0 2. 熵变 S 是 (1) 不可逆过程热温商之和 (2) 可逆过程热温商之和 (3) 与过程无关的状态函数 (4) 与过程有关的状态函数以上正确的是 （ ） (A) 1，2 (B) 2,3 (C) 2 (D) 4 3. 对于孤立体系中发生的实际过程，下式中不正确的是： （ ） (A) W = 0 (B) Q = 0 (C) S 0 (D) H = 0 4. 理想气体

2、经可逆与不可逆两种绝热过程 （ ） (A) 可以从同一始态出发达到同一终态 (B) 不可以达到同一终态 (C) 不能断定 (A)、(B) 中哪一种正确 (D) 可以达到同一终态，视绝热膨胀还是绝热压缩而定 5. P、273.15K 水凝结为冰，可以判断体系的下列热力学量中何者一定为零？ (A) U (B) H (C) S (D) G 6. 在绝热恒容的反应器中，H2和 Cl2化合成 HCl，此过程中下列各状态函数的变化值哪个为零？ ( ) (A) rUm (B) rHm (C) rSm (D) rGm 7. 在绝热条件下，用大于气筒内的压力，迅速推动活塞压缩气体，此过程的熵变为： ( ) (A

3、) 大于零 (B) 等于零 (C) 小于零 (D) 不能确定 8. H2和 O2在绝热钢瓶中生成水的过程： （ ） (A) H = 0 (B) U = 0 (C) S = 0 (D) G = 0 9. 在 270K,101.325kPa 下，1mol过冷水经等温等压过程凝结为同样条件下的冰，则体系及环境的熵变应为： ( ) (A) S体系 0 ， S环境 0 (B) S体系 0 (C) S体系 0 ， S环境 0 ， S环境 010. 1mol 的单原子理想气体被装在带有活塞的气缸中，温度是 300K，压力为 1013250Pa。压力突然降至 202650 Pa，所以气体在 202650Pa

4、的定压下做绝热膨胀，则该过程的 S 是 （ ） (A) S 0 (D) S 011. 已知某可逆反应的 (rHm/T)p= 0，则当反应温度降低时其熵变 rSm (A) 减小 (B) 增大 (C) 不变 (D) 难以判断12. 在 N2和 O2混合气体的绝热可逆压缩过程中，体系的热力学函数变化值在下列结论中正确的是 ( ) (A) U = 0 (B) F = 0 (C) S = 0 (D) G = 013. 单原子理想气体的 CV,m = (3/2)R 温度由 T1变到 T2时，等压过程体系的熵变 Sp与等容过程熵变 SV之比是 ( ) (A) 1 : 1 (B) 2 : 1 (C) 3 :

5、5 (D) 5 : 314. 水在 100，1P压力下沸腾时，下列各量何者增加？ ( ) (A) 熵 (B) 气化热 (C) Gibbs 自由能 (D) 蒸气压15. 2mol H2和 2mol Cl2在绝热钢筒内反应生成 HCl 气体，起始时为常温常压。则 （ ） (A) rU = 0，r H = 0，r S 0，r G 0 (B) rU 0，r H 0，r G 0，r S 0，r G 0，r H 0，r S = 0，r G 016. 室温下，10P的理想气体绝热节流膨胀至 5P的过程有： (1) W 0 ； (2) T1 T2； (3) Q = 0 ； (4) S 0 其正确的答案应是：

6、( ) (A) (3)、(4) (B) (2)、(3) (C) (1)、(3) (D) (1)、(2)17. 下列表达式中不正确的是： ( ) (A) (U/V)S= - p （适用于任何物质） (B) dS = CpdlnT - nRdlnp （适用于任何物质） (C) (S/V)T = (p/T)V （适用于任何物质） (D) (U/p)T = 0 （适用于理想气体）18. 物质的量为 n 的理想气体从 T1,P1,V1变化到 T2,P2,V2，下列哪个公式不适用 (设 CV,m为常数)。 ( ) (A) S = nCP,mln(T1/T2) + nR ln(P2/P1) (B) S =

7、nCV,mln(P2/P1) + nCP,mln(V2/V1) (C) S = nCV,mln(T2/T1) + nR ln(V2/V1) (D) S = nCP,mln(T2/T1) + nR ln(P1/P2)19. (1) NaOH 溶解于水 (2) 水溶液中，Ag+ + 2NH3(g) Ag(NH3)2+ (3) HCl 气体溶于水，生成盐酸 (4) 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) (5) NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)上述各体系在等温等压过程中熵值减少的是： ( ) (A) (2)、(3) (B) (1)、(4) (C) (4)、(5) (D)

8、 (1)、(2)20. 根据熵的统计意义可以判断下列过程中何者的熵值增大？ ( ) (A) 水蒸气冷却成水 (B) 石灰石分解生成石灰 (C) 乙烯聚合成聚乙烯 (D) 理想气体绝热可逆膨胀21. 封闭体系中，若某过程的 F = 0，应满足的条件是： ( ) (A) 绝热可逆，且 Wf = 0 的过程 (B) 等容等压，且 Wf = 0 的过程 (C) 等温等压，且 Wf = 0 的可逆过程 (D) 等温等容，且 Wf = 0 的可逆过程22. 25时，1mol 理想气体等温膨胀，压力从 10p 变到 p，体系吉氏自由能变化多少？ ( ) (A) 0.04 kJ (B) -12.4 kJ (C

9、) 1.24 kJ (D) -5.70 kJ23. 正常沸点时液体气化为蒸气的过程在定压下升高温度时体系的 VapG值应如何变化？ ( ) (A) VapG 0 (B) VapG 0 (C) VapG 0 (D) VapG 024. 从热力学基本关系式可导出 (U/S)V等于 ( ) (A) (H/S)P (B) (F/V)T (C) (U/V)S (D) (G/T)P25. 某气体的状态方程为 PVm = RT + p，其中 为大于零的常数，该气体经恒温膨胀，其内能 ( ) (A) 不变 (B) 增大 (C) 减少 (D) 不能确定26. 1mol 范氏气体的 (S/V)T 应等于 ( )

10、(A) R/(Vm-b) (B) R/Vm (C) 0 (D) - R/(Vm-b)27. 某非理想气体服从状态方程 PV = nRT + bP （b 为大于零的常数），1mol 该气体经历等温过程体积从 V1变成 V2，则熵变 Sm等于 ( ) (A) R ln (V2-b)/(V1-b) (B) R ln (V1-b)/(V2-b) (C) R ln (V2/V1) (D) R ln (V1/V2)28. 恒压下纯物质当温度升高时其吉氏自由能 ( ) (A) 上升 (B) 下降 (C) 不变 (D) 无法确定29. 公式 dG = -SdT + Vdp 可适用下述哪一过程 ( ) (A)

11、298K、101325Pa 的水蒸发过程 (B) 理想气体真空膨胀 (C) 电解水制取氢 (D) N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 未达平衡30. 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)V = T (B) (F/T)V = -S (C) (H/p)S = V (D) (U/V)S = p31. 服从 P(Vm- b) = RT（b 为正值）状态方程的实际气体，经过节流膨胀，其温度 ( ) (A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 难以确定32. 对物质的量为 n 的理想气体，(T/P)S应等于 ( ) (A) V/R (B) V/nR (

12、C) V/CV (D) V/CP33. 下列关系式中哪个不需要理想气体的假设？ (A) Cp- CV = nR; (B) (d lnp)/dT = H/RT2; (C) 对恒压过程，H =U + pV; (D) 对绝热可逆过程，pV= 常数。34. 大多数物质的液体在正常沸点时的摩尔气化熵为： ( ) (A) 20 J.K-1.mol-1 (B) 25 J.K-1.mol-1 (C) 88 J.K-1.mol-1 (D) 175 J.K-1.mol-135. 273K、2101.3kPa 时，水的化学势比冰的化学势 ( ) (A) 高 (B) 低 (C) 相等 (D) 不可比较36. 273K

13、、10P下，液态水和固态水（即冰）的化学势分别为(l) 和 (s)，两者的关系为 ( ) (A) (l) (s) (B) (l) = (s) (C) (l) (s) (D) 不能确定37. 关于偏摩尔量，下面的叙述中不正确的是： (A) 偏摩尔量的数值可以是正数、负数和零； (B) 溶液中每一种广度性质都有偏摩尔量，而且都不等于其摩尔量； (C) 除偏摩尔吉氏自由能外，其它偏摩尔量都不等于化学势； (D) 溶液中各组分的偏摩尔量之间符合吉布斯杜亥姆关系式。二. 填空题： 1. 封闭体系，Wf = 0 时，下列过程中体系的 U、S、G 何者必为零？ (1) 绝热密闭刚性容器中进行的化学反应过程

14、_ ； (2) 某物质的恒温恒压可逆相变过程 _ 。 (3) 某物质经一循环恢复原状态 _ 。 2. 选择“”、“”、“”中的一个填入下列空格实际气体绝热自由膨胀 U _ 0，S _ 0。 3. 理想气体向真空膨胀，体积由 V1变到 V2，其 U _ ，S _ 。 4. 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。 5. 在横线上填上 、 或 ？（？代表不能确定）水在 373.15K 和 101325 Pa 下通过强烈搅拌而蒸发，则 (A) S _ Q/T Q为该过程体系吸热 (B) F _ -W (C) F _ -Wf最大 (忽略体积变化) (D)

15、G _ -Wf最大 6. 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，S _ 0，G _ 0 7. 选择“”、“”、“”中的一个填入下列空格若反应 C(s) + O2(g) = CO2(g) 在恒温、恒压条件下发生，其 rHm 0 的过程都是不可逆过程，对吗？ 7. 任何气体不可逆绝热膨胀时其内能和温度都要降低，但熵值增加。对吗？任何气体如进行绝热节流膨胀，气体的温度一定降低，但焓值不变。对吗？ 8. 一定量的气体在气缸内 (1) 经绝热不可逆压缩，温度升高， S 0 (2) 经绝热不可逆膨胀，温度降低， S 0两结论对吗？ 9. 请判断实际气体

16、节流膨胀过程中，体系的U、H、S、F、G中哪些一定为零？ 10. 一个理想热机，在始态温度为 T2的物体 A 和温度为 T1的低温热源 R 之间可逆地工作，当 A 的温度逐步降到 T1时，A 总共输给热机的热量为 Q2，A 的熵变为 S A，试导出低温热源 R 吸收热量 Q1的表达式。11. 在下列结论中正确的划 ，错误的划 下列的过程可应用公式 S = nR ln(V2/ V1) 进行计算： (1) 理想气体恒温可逆膨胀 (2) 理想气体绝热可逆膨胀 (3) 373.15K 和 101325 Pa 下水的汽化 (4) 理想气体向真空膨胀12. 请判断在下列过程中，体系的 U、H、S、F、G

17、中有哪些一定为零？ (A) 苯和甲苯在常温常压下混合成理想液体混合物； (B) 水蒸气经绝热可逆压缩变成液体水； (C) 恒温、恒压条件下，Zn 和 CuSO4溶液在可逆电池中发生置换反应； (D) 水蒸气通过蒸气机对外作功后恢复原状； (E) 固体 CaCO3在 P分解温度下分解成固体 CaO 和 CO2气体。13. 请判断理想气体恒温可逆膨胀过程中，体系的 U、H、S、F、G 中有哪些一定为零？14. 在下列结论中正确的划 ，错误的划 。 当液态水和水蒸汽达平衡时 (1) 在 373.15K 和 101325 Pa G(g) = G(l) (2) 由 (1) 可知，对于恒压而温度发生变化的

18、过程，有 dG(g) = dG(l) (3) 对于某一相（气相或液相），固定压力，则 dG = -SdT (4) 由 (3) 可知 S(l) = S(g)15. 孤立体系和封闭体系绝热过程中的自发变化是朝着热力学概率更大的方向进行，因而平衡态是热力学概率最大的状态，距平衡愈远，热力学概率愈小。上述说法对吗？16. 二种不同气体在等温等容混合时，因为体系的混乱度增大，所以熵增加。对吗？17. 在 298.15K 时，1mol 的理想气体，其赫氏自由能 F 和吉氏自由能 G 的绝对值皆不可知，因此，此时 F 和 G 之间的差值也不可知，对吗？18. 是否一切吉氏自由能 (G) 减少的过程都是自发的

19、，为什么？19. 下列的哪个过程可应用公式 dG = Vdp 求算体系的 Gibbs 自由能变 ( ) (A) 恒温恒压下浓 H2SO4 吸收水份 (B) 实际气体等温可逆膨胀 (C) 电解 NaCl 水溶液生成 NaOH、Cl2和 H2 (D) 287K、P 下烧杯中的水蒸发为气20. 指出下列公式的适用范围： (A) H = QP (B) W = (P1V1- P2V2)/(r - 1) (C) S = nR ln(P1/p2) + Cp ln(T2/T1) (D) (H/P)S = (G/P)T (E) mixS = -Rni ln Xi21. 若某一气体 (U/V)T = 0，则该气体

20、一定是理想气体，对吗？为什么？22. 据麦氏关系 (S/V)T = (p/T)V，可以判断，当温度不变时，熵随体积的增加而增加。此结论对吗？23. 在 -5结霜后的早晨冷而干燥，大气中的水蒸气分压降至 266.6Pa 时霜会变为 水蒸气吗? 若要使霜存在，水的分压要有多大？已知水的三相点：273.16K、611Pa， 水的VapHm(273K) = 45.05 kJ.mol-1，fusHm(273K) = 6.01 kJ.mol-1。24. 自然界中，水总是从化学势高的高地流向化学势低的低地。此说法正确与否？25. 下面说法是否正确，如有错误则改正并说明理由110、101.325 kPa 下水

21、蒸气的化学势一定大于液体的化学势。四.计算题1. 某气体的状态方程为 PV = n(RT + BP)，其中 B = 0.030 dm3.mol-1，该气体的 CP,m/J.K-1.mol-1 = 27.20 + 4.8110-3(T/K)。试计算当 3.00 mol该气体由 600K、10p变至 300K、5p 的 S、H、和 U。 2. 一可逆机在三个热源间工作，当热机从 T1热源吸热 1200 焦尔，作功 200 焦尔时，试求： (1) 其它两个热源与热机交换的热量，指出热机是吸热还是放热； (2) 各热源的熵变和总熵变。已知各热源 T1、T2、T3的温度分别为 400K、300K、200

22、K。 3. 将一玻璃球放入真空容器中，球中已封入 1mol 水 (101.3KPa,373K)，真空容器内部恰好容纳 1mol 的水蒸气 (101.3KPa,373K)，若保持整个体系的温度为 373K，小球被击破后，水全部气化成水蒸气，计算 Q，W，U，H，S，G，F。根据计算结果，这一过程是自发的吗？用哪一个热力学性质作为判据？试说明之。已知水在 101.3KPa、373K 时的蒸发热为 40668.5 Jmol-1。 4. 将 1mol、298K 的 O2(g) 放在一敞口容器中，由容器外的 13.96K 的液态 H2作冷却剂，使体系冷却为 90.19K 的 O2(l)，已知 O2在 9

23、0.19K 时的摩尔汽化热为 6.820 kJ.mol-1 试计算该冷却过程中的体系熵变、环境熵变和总熵变。 5. 请计算 1 摩尔苯的过冷液体在 -5,P 时凝固过程的S 和G 。已知 -5 时固态苯和液态苯的饱和蒸气压分别为 0.0225P 和 0.0264P， -5、P 时苯的摩尔熔化热为 9860 J.mol-1. 6. 在一杜瓦瓶（绝热恒压容器）中 ，将 5 摩尔 40 的水与 5 摩尔 0 的冰混合，求平衡后的温度，以及此体系的 H 和 S。已知冰的摩尔熔化热为 6024 J.mol-1，水的等压摩尔热容为 75.3 J.K -1mol-1。 7. 298K、101.3 kPa 下

24、，Zn 和 CuSO4溶液的置换反应在可逆电池中进行，做出电功 200kJ，放热 6kJ，求该反应的 rU、rH、rF、rS、rG （设反应前后的体积变化可忽略不计）。可逆等压 8. 经历下述可逆等压过程： 此体系的 CP = 20 J.K -1，始态熵 S1 = 30 J.K -1。计算过程的 Q、W 及体系的 U、H、S、F、G 的值。 9.1mol 某气体在类似于焦耳汤姆逊实验的管中由 100P、25慢慢通过一多孔塞，变成 1P。整个装置放在一个温度为 25 的特大恒温器中。实验中，恒温器从气体吸热 202J。已知该气体的状态方程 P(Vm- b) = RT，其中b = 2010-8 m3.mol-1。试计算实验过程中的 W、U、H、和 S。 10. 将 400K 和 101325Pa 的一摩尔某液态物质向真空容器中蒸发成 400K、101325Pa的气态物质（可视为理想气体），已知此条件下该物质的标准摩尔气化热为16.74 kJ.mol-1。 (a) 计算该过程的 Vap S总、 Vap F、 Vap G； (b) VapS总、VapF、VapG 是否均可用来判别这一过