热力学第二定律练习题及问题详解.docx

1、热力学第二定律练习题及问题详解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=SdTVdpdnB ，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0 K 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

2、定温、定压过程变化到状态2，非体积功WDG和DG 0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中DS A； (2) G ， =， S（碳钢）； （2）S（ 纯铁） 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 （3）=0 （4）无法判断14、10 mol某理想气体，由始态300 K，500 kPa进行恒温过程的吉布斯函数变 G =47 318 kJ。则其终态系统的压力为（ ）。（1） 125 kPa； （2） 75 0 kPa； （3） 7 500 kPa； （4） 25 kPa ）15、 理想气体定温自由膨胀过程为（ ） (1) S0 (2) U0 (4) W

3、, ， 0 ， 0， 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*(0 K, 完美晶体)=0 3、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： 315 J 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）

4、积分时，视 vapHm或 subHm为与温度T无关的常数 （6分）14、解： rS (T) = rS (298 K) + 15、解：可 均相 可逆过程 W=0 四、1、解：设计过程 S1 S2 （3分） (2分) =0 471 JK-1 （4分） S = S1 + S2 = 9 85 JK-1 （1分） 2、解：（1）三相点的T，p： ， T = 2 K ， p = 5 92 kPa （4分）（2） 把 与蒸气压式比较得 ， （5分） subHm = 3754 8 314 Jmol-1 = 31.21 kJmol-1 （6分） vapHm = 3063 8 314 Jmol-1 = 25.47

5、 kJmol-1 （7分） fusHm = subHm vapHm = 5.74 kJmol-1 （8分） 3、n = 4 mol p2 = p1 T2 / T1 = 600 kPa 708 57 / 531 43 = 800 0 kPa （1分） （4分） U = nCV m ( T3T1 ) = 4 2 5 8 314 ( 619 53531 43 ) J = 7325 J （6分） S2 = 0 （7分） S = S1 = n CV m ln ( T2 / T1 ) = 4 2 5 8 314 ln(708 57 / 531 43） JK-1 = 23 92 JK-1 （10分）4、解：

6、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 = 215 60 K =81.4 JK-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1 3 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 = 104 J （3分） G = G2 =104 J （2分） （2分）7、解： （3分） （6分） =349.83 K (t2 = 76.68 ) （8分）8、 解： U = 0 （1分） W =

7、RTln（V2/V1）=（ 8 314 300 ln2）= 1 729 kJ （2分） Q = W = 1 729 kJ （1分） H = 0 （1分） G = A = W = 1 729 kJ （2分） S = Q / T = 1728 8 J / 300 K = 5 76 J9、解： H = H1 + H2 =40.67 kJ （2分） U = U1 + U2 = H ( pV ) = H - nRT =40.67 8.314373.1510-3=40.67 3.102=37.57 kJ （2分）W = W1 + W2 =nRT+nRTln=3.102+8.314373.1510-3 ln

8、=3.1022.191=5.29 kJ （2分） Q = UW = 37.57+5.29=42.9 kJ （2分） S= H/T+nRln(p1/p2)= 40.67103/373.15+8.314 ln= 108.99+5.87=114.9 J.K-1 （2分） A= U-T S=37.57-373.15114.910-3 =5.29 kJ （1分） G= H-T S=40.67-373.15114.910-3 =2.20 kJ （1分）10、解：此为 固 液 两相平衡。 （3分） =7 43 10-8 KPa-1 11、解： U = 0， H = 0， （2分） （5分） （8分）12、解

9、：设计过程 S （3分） S1 S2 H= H1 + H2 =0+240670=81.34 kJ S = S1 + S2 =0+= =217.98 JK-1 G = HT S = 81.34-373.15217.9810-3 = 0 J13、解：解：W=14、解：恒温恒压下的不可逆相变 S 等压 等压 S1 S3 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 =nCV m ( T2T1 )+0=3.451.58.314(627-288) =14.6KJQ=-W=-14.6KJ五、证明题1、 椐麦克斯韦关系式 2、解： （4分）

10、将 及 代入上式，即可证明 （4分） 3、解：由dU = T dSpdV 可得 （1分） ( U / V)T = T( S / V)Tp （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)Vp （1分）对理想气体: pV=nRT ( U / V)T = T( p / T)Vp = TnR /V p （1分）= pp =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 = p V 因为：V1 = nRT1 / p，V2 = nRT2 / p = nR( T11 K) / p （1分）所以，W = p nR( T11 K) / pnRT1 / p = nRK