热力学第二定律练习题及答案

1、热力学第二定律练习题、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画 A错的画X1、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经定温、定压过程变化到状态 2,非体

2、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AS >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.+S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-10C, 101.325 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。(1)1(1)#14、理想气体的熵变公式

3、fcHUJs3、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）经绝只适用于可逆过程。（）15、系统经绝热不可逆循环过程中AS= 0 ,。（、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=（）(1)#(1)2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)#(1)厶S仁 $2= . :Sj=厶S4(2)二S=:.$2,. $3= . :$4=0(3)厶S仁 1.S4，l_S2= -S3(4)lS1 =lS2

4、=丄 S3,i_S4=04、1mol理想气体经一等温可逆压缩过程，则：()。(1)G > A;(2). G < . ：A;(3). G =A;(4).G与.'A无法比较。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( 3) S( 4) CH6、 物质的量为n的理想气体等温压缩，当压力由pi变到P2时，其AG是：()。；(2)；(4)7、 1 mol理想气体从相同的始态(pi, Vi, Ti)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，VV，SS2。(选填 >，=，&

5、lt;)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100C, 101.325 kPa下有1 mol的H2O( I ),使其与100C的大热源接触并使其向真空中蒸发，变为100C, 101.325 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)(2V-：S (系统)+ ：S (环境)(3) G(4 V-：S (环境)10、液态水在100 C及101 325 kPa下汽化成水蒸气，则该过程的()。(1) . H

6、 = 0 ;(2) S = 0;(3) ：A = 0;(4) ：G = 011、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)<S (碳钢);(3) S (纯铁)=S (碳钢);12、 非理想气体绝热可逆压缩过程的5 ()(1) =0;(2) >0;(3) <0;/ 、13、对封闭的单组分均相系统，且 W'=时， 的值应是()(1) <0(2) >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= 47 318 kJ

7、。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) S>0(2i I.'3)Q>0(4)W<0三、填空题心H )门、"十1、等式.I = = i =0适用于。IcV /i印 '创j2、 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(H)至相同终态温度，(选择填 >, <,=)贝卩心U i AU社，心S i AS社。4、 1 mol理想气体从 p1=0.5

8、 MPa节流膨胀到 p2=0.1 MPa时的熵变为."： S=。5、 使一过程的：S=0,应满足的条件是。/nR6、 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|二=。你认为，这I欣叮P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 732 K 时，反应 NH4CI(s) = NH 3(g) + HCI(g) 的.'：rG = 20.8 kJ mol-1, H =154 kJ -mol-1，则该反应的LrS =。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

9、原理表述为 。11、 在热源温度为534 K及305 K间工作的可逆热机， 每一循环能作功135 J,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 厶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 C的标准摩尔熵变为 ArS (298 K)，又知该反应的Zvb Cp,m,B，则温度T时该反 应

10、的标准摩尔熵变 .S (T) = 。15、 热力学基本方程 dH=TdS+Vdp+刀BdnB的适用条件为组成 变的系统和 。四、计算题1、已知0C冰的饱和蒸气压为 0 611 kPa,其升华焓为2820 J g-1，水汽的Cpm=30 12 J K-1 mol-1。若将0 C 时的1 g冰转变为150C, 10 13 kPa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=18 02 g 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、 4 mol某理想气体，其 Cvm = 2 5 R,由始态

11、531 43 K，600 kPa，先等容加热到 708 57 K，在绝热可逆膨胀至500 kPa的终态。求终态的温度。整个过程的.U及厶S各为若干？4、 设有2 mol单原子理想气体，其 Cpm = 2 5 R。由298 15 K及3 MPa的始态压力突然降到100 kPa绝热 膨胀，作膨胀功2095 J,试计算系统的熵变.So15、 已知H2O（I）在298K时的饱和蒸气压为 3168Pa蒸发焓为44.01 kJ moF,现有2 mol H 20（1）在298K、0.1 MPa 下变为同温同压的水蒸气。计算此过程的.：U , . H , . -S, . G o设蒸气可视为理想气体。6、 在5

12、9C时，过冷液态二氧化碳的饱和蒸气压为0 460 MPa，同温度时固态 CO2的饱和蒸气压为 0 434MPa，问在上述温度时，将1 mol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70C时CCI4的蒸气压为81 613 kPa, 80C时为11243 kPa。计算：（1） CCI4的摩尔汽化焓；（2） 正常沸点。8 1 mol理想气体在300 K下，等温可逆膨胀体积增加一倍，计算该过程的W, QU，厶H , . ：G, ：A及.So9、1 mol水在100 C、101.325 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 C、

13、50 kPa的水蒸气，求此过程的 Q, W，也U，也H , AS, AA和 G。已知水在100 C、101325 Pa 下的 LvapHm为 40.67 kJ. mol-110、 在0 C附近，纯水和纯冰成平衡，已知0 C时，冰与水的摩尔体积分别为0 0196410； m3 mol _1和0 01800 10 m3mol，冰的摩尔熔化焓为.*usHm = 6 029 kJ mol',试确定0C时冰的熔点随压力的变化率 dT / dp = ?11、 在25C时1 mol O2从1000 kPa自由膨胀到100 kPa，求此过程的.U , ：H, ：S, ：A, ：G （设。2为理 想气体

14、）。12、 试求2mol,100 C,40KPa水蒸气变成100C及100KPa的水时，此过程的 H和厶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40670J mol-113、已知各物质在298.15K时的热力学函数数据如下：物质C2H5OH(g)C2H4(g)H2O(g)AfH/ J.mol-1-235.3052.283-241.80Sm/TJ.mOlK；1282.0219.45188.74CP,mJlmol65.4443.5633.577对下列反应：C2H5OH(g)=C2H4(g) + H 2O(g)求此反应在398K时，标准压力下 E =1mo时的

15、Q,W U H S及G14、 苯在正常沸点 353K下的.apHm =30.77kJ.mol， 苯（I）和苯（g）的Cp,m分别为135.1和81.761 1J.K .mol ,现将2mol的苯（g）在300K, 101.325KPa下全部等温等压冷凝为苯（ I）,求此过程的Q,W, ：U, ：H , S及 G15、 在恒熵条件下 将3.45mol的某双原子理想气体从15C , 100kpa压缩到700kpa，然后保持容积不变降温至15C ,求此过程的Q,W, U , H 及-:S五、证明题1、包=VT 程 1,0 TI药丿P2、 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

16、、试证明封闭系统单相纯物质只有 p,VT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札apHm = 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1 K，试证明其所作的 功为一nRK。7热力学第二定律习题答案、是非题答案1、X 2> V 3> V4、x5、X6、X 7> V 8> V 9、X 10、X11、V 12、V 13、X14、X15、V二、选择题答案1 (2)2 (2)3 (4)4、( 3)5、( 3) 6、(4)7、解：> >>8、 (3)9、

17、(2)10、 (4) 11、 (2)12、 (1)13(2)14、15、(1)三、填空题答案1、解：理想气体2、解：S*(0 K,完美晶体)=03、解：=<4、解：13.38JK15、 解：绝热可逆过程循环过程6、解：p7、解：dH=TdS+Vdp8 解：239 JK1 mo19、 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 J12、 解：(1)< 013、解：(1)因为 Vm( g ) >> Vm( l 或 s )所以 p Vm( g )-Vm( l )或

18、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 hapHm或AsubHm为与温度T无关的常数(6分)14、解：rS (T) = VS (298 K) +15、解：丄 均相四、1、解：设计过程H2O(s )，1 gOC，611 Pa可逆过程W =0AS1 H2O( g )，1 g0C，611 Pa.0 H2O( g )，1 g(3 分)150C， 10 130 Pa（2分）=0471 J - KS = Si + S2 = 9 85 J - K2、解：（1）三相点的T, p：（4分）（1 分）T = 195 2

19、 K,p = 5 92 kPa（4 分）（2）把与蒸气压式比较得（5 分）LsubHm = 3754 8 314 J - mol-1=31.21 kJ - moltvapHm = 3063 8 314 J mol-1=25.47 kJ mol厶fusHm = -subHm 二vapHm = 5.74 kJ mol-1（6分）（7 分）（8分）3、n = 4 molP2 = P1 T2 / T1 = 600 kPa 708 57 / 53143 = 800 0 kPa（1 分）（4 分）匚 U = n Cv m （ T3 T1 ）=4258314 （ 61953 531 43 ） J = 732

20、5 J二 S2 = 0二 S = =S1 = n Cvm In （ T2 / T1 ）=4258314 In（708 57 / 531 43） J K-1（6 分）（7 分）（10 分）=23 92 J- K 194、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 = 21560 K=81.4 J - K（6 分）5、2 mol H2O（I）298K 0.1 MPa 丨 > 2 mol H 2O（g）298K 0.1 MPa 1y 13（3 分）2 mol H2O（I）（298K 3168P-* 2 mol H 2O（g）

21、【298K 3168Pa】H=Qp= lH t lH=0+244.01+0 kJ mol 一1 = 88.02kJ mol 一1（4分）W = -P V=-PVg=-nRT=- 2 8.314 298 J =4.96kJ（2分）U =Q+W= 88.02-4.96 kJ =83.06kJ（2分）.:S='-S S- -S3 uH 2T+nRIn0+ 244.0110 +28.314in 3168298“510丿J ka295.4-57.4 J K二 238.0J KG= H - T S = 8 8.-0 2298 0. 28 kJ17. 1 0k J （2 分）6、解：此过程为不可逆相

22、变，故设计过程:（3 分）59 C CO2（ l ）0 460 MPa1159 C CO2（ g ）0 460 MPa不可逆相变59 C CO2（ s ）0 434 MPa59 C CO 2（ g ）0 434 MPa:-G = -G1 + =G2 + :- G310#过程1，3为可逆相变，即G = G3 = 0（3 分）#过程2为等温可逆膨胀11#=-104 J二 G = lG2 =一 104 J（2 分）7、解:（3 分）（2 分）（3分）（6分）#W = W + W2 = n RT+nRTIn（8分）（1分）（2 分）（1 分）（1 分）（2 分）（2分）（2分）50101.325=3.

23、102 2.191= 5.29 kJ（2 分）=349.83 K（t2 = 76.68 C ）8、解：厶U = 0W = -RTIn （V2/V1） = （ -8 314 300 In2） = -1 729 kJQ = -W = 1 729 kJH = 0G = A = W = -1 729 kJS = Q / T = 1728 8 J / 300 K = 5 76 J9、解：H = ：H1 + H2 =40.67 kJU = U1 + U2 二 H - （ pV ） = H - nRT-3=40.67 8.314 X 373.15 X 10 =40.67 3.102 =37.57 kJ-3=

24、3.102+8.314 X 373.15 X 10 ln12#（2 分）Q = U W = 37.57+5.29=42.9 kJ3101 325 ：S= H/T+nRln （p”p2）= 40.67X 10/373.15+8.314 ln50-1（2 分）=108.99+5.87 = 114.9 J.K1#3AA= AU-T AS=37.57373.15 X 114.9X 10- = 5.29 kJ3. G=. HT . 5=40.67-373.15 X 114.9X 10- = 2.20 kJ10、解：此为 固 液 两相平衡。_ TVm273.15 (0.01800-0.01964) 10

25、亠' K -:7 43一fus H m-6029Pa -11、解：u = 0,H = 0，12、解：设计过程（1分）（1分）（3分）10-8 K Pa-1（2 分）（5分）（8分）（3分）13#H= Hi + 旧2 =0+2X 40670=81.34 kJH 81.34 1000-1S = S1 + S? =0+=217.98 J - KT373.153G = H T S = 81.34-373.15 X 217.98 X 10- = 0 J13、解：解：=1 molh = r Hm 补 HdCp,m = (43.56 + 33.577-65.44) = 11.70J mol，k

26、76;arHm 298 二 52.283241.8 235.3KJ=45.78KJ398Qp 398 = rHm' 398 二 rHm 298298 Cp,mdT298二 45.78311.70(398 - 298)10 二 46.953 KJ舛£ (298)=219.45188.74282=126.19 mo/14sm 398 二：rS* 298298 Cp,m/TdT= 126.1911.70 In 398 二 129.58 J mol -1 kJ298人丄眾（398 ）=也H 眾（398 ） - |工 v b （ g J RT-B一=46.953- 18.3143981

27、0 一3 二 43.64 KJW= rUm 398 -Q 398 二 43.64 -46.95 KJ 二-3.31KJ tG 398 -屮学 398 -T审 398二 46.95398 129.58103 KJ 7.62KJ14、解:恒温恒压下的不可逆相变2 mol C6H6（g）300 K 2 mol GH6（I ）300 K等压等压AS1A S3等压i r2 mol C6H 6（g）353K金2 mol CeH6（l ）353 K 等压353n人相变H m 300H=Qp= H 冷2 叫二 300 nCp,m g dT品 nCp,m l dT=281.76 353 300 10-3 -30.77+135.1300 - 353 10-3 二 67.19kJW 二-P ：V=PVg=nRT= 2 8.314 300 J =