物化答案热力学第二定律2008级

1、物理化学练习（热力学第二定律，2008 级）一、选择题1.2答2.2答3.2答4.2答5.2答6.2答分 (0977) (D)分 (1036) (B)分 (0805) (C)分 (1003)(C)分 (0914) (A)分 (0889)(B)变化前后理想气体的温度不变,但体积减小,所以S 体 0；因此S 环 0。7.2 分 (0960) 答(C)因为 ( G/ T)p= -S，当液体汽化时，vapS$ 0所以 T 增大时，必定有VapG$0。8.2答分 (1032) (D)因为 ( T/ p)S = T/Cp( V/ T)p= V/Cp分 (0854) (B)分 (0915) ( C )分 (

2、1031)9.1答10.2 答11.2答(A)12.2 分 (0774) 答(D)13.2 分 (1010)答（B）该过程为可逆相变，故vapG=0 vapF=vapG -(pV)=-nRT=5.87 kJ14.2 分 (0733) 答(A)W = 0, U = QH = U + (pV) = Q + pV - p1V1= Q + pVS = H/T = (Q + pV)/373KF = U - TS = - pVG = H - TS = Q + pV - Q - pV = 015.2 答16.2答分(0893)(C)(0757)分(D)17.1 分 (0747) 答(D)18.1 分 (11

3、62)答(C)19.2 答20.2答分 (9032) (A)分 (0891)(B)因环境供热给体系,则 S 环= -Qp/383.15K 0 ,此为恒温恒压下的自发变化,D G 体 0；将体系与环境加在一起组成所以新的孤立体系,在此体系中有自发变化,所以S 孤立 =S 体+S 环 0 。二、计算题21. 15答分 (1104)Q = 0 , W = 0 , U = 0( U/ V)T = T( p/ T)V -p = 0dU = CVdT + ( U/ V)TdV = CVdT = 0H =U +(pV) = nB(p2- p1)p(3 分)温度不变(5 分)-( V/ T) dp = nRl

4、n(p /p )2SySS =p1 2p1surrS = -Q/T = 0isoS = nRln(p1/p2)F =U-TS = -nRT1ln(p1/p2)G =H-TS= nB(p2-p1)-nRT1ln(p1/p2)分 (0824)T2(3 分)(2 分)(2 分)22. 10H =n Cp,m dT = 4.157 kJ答(1 分)T1T2S =(n Cp,m /T)dT = nCp,m ln(T2/T1)= 7.3 JK -1S2= S + S1= 142.4 JK -1T1(2 分)(1 分)G =H -(TS) = 27.780 kJ分 (0767)H - T2S2+ T1S1(

5、1 分)23. 10答设体系经 5 步可逆过程完成该变化(2 分)0 0264 p$G1= V m(l)d p= Vm(l)(0.0264-1)p$(1 分)$pp$V (s)d p = V (s)(1-0.0225) p$mmG =(1 分)50.0225 pG2=G4= 0 ( 恒温恒压可逆相变 )G3= nRTln(p2/p1) = -356.4 J(2 分)(1 分)因为 Vm() = Vm()所以 G1G5所以 G =G1+G2+G3+G4+G5= -356.4 JS = (H -G)/T = -35.44 JK -1(1 分)(2 分)24. 15分 (0959)= nR ln(V

6、 / V ) = nR lnnRT / V因DS答1 (2 分)21体peDS体故 pe=nRT/(V1exp()=10.15 kPa(2 分)nRV2=nRT/pe=99.93 dm3(2 分)(2 分)(1.5 分)(1.5 分)(2 分)U=0,H=0F=U-TS 体= -TS 体= -2.335 kJG=H-TS 体= -TS 体= -2.335 kJQ 环 = -pe(V2-V1)= -912.8 J-1S 环 =Q 环 /T= -7.48 JK(1 分)-1S 孤立=S 体+S 环 =11.66 JK(1 分）25. 15答分(0880)先达恒容热平衡355U=1mol R(T-2

7、73 K)+2mol R(T-283 K)+3mol R(T-293 K)=02T = 287.3 K22得(2 分)各部分体积V(He)= 0.0224 m3V(H2)= 0.0465 m3V(N2)= 0.0721 m3总体积 V=V(He)+V(H2)+V(N2)=0.141 m3所以各部分状态变化为(2 分)He: 273 K,0.0224 m3 H2:283 K,0.0465 m3N2:293 K,0.0721 m3287.3 K,0.141 m3287.3 K,0.141 m3287.3 K,0.141 m3S(He)=35.1 JK -1S(H2)=19.0 JK -1S(N2)

8、=15.5 JK -1(3 分)(3 分)(3 分)(2 分)所以 S=S(He)+S(H2)+S(N2)=69.6 JK -126. 10分(0809)T2答H = CT + Q +C V,m dT+ 0 = 51.81 kJ(3 分)p,mpT1(区间：373 K 到 474 K)U = Cp,mT + Qp- pV + pV + 0= 47.88 kJS = nCp,mdT / T +H(相)/T(相)+ nCp,mdT / T(3 分)(区间:273 K 到 373 K)(区间：373K到474K)(S / p)dp = 131.9 JK -1(4 分)T(区间：p$到 3p$)27.

9、5 分 (0831)答Wf = 200 kJ， Wv= 0， W = Wf + Wv= 200 kJrU = Q - W = -206 kJrH = rU + (pV) = rU + pV = -206 kJrS = QR/T = -20.1 JK -1rF = rU - TrS = -200 kJrG = rH - TrS = -200 kJ(1 分)(1 分)(1 分)(1 分)28. 15分 (1294)FFF)-S C2H2(g,F ) (2 分)因D(S $答)=S C H (g,)-2S H (g,2 62r mmmmC H (g,F )=S C H (g,F )-2S H2(g,

10、F )- D(F )S $S $所以2 22 6mmmrm=200.82 J K-1 mol -1(3 分)(B) dTD(323.15 K)= D(F323 15 KS $S $ v C )+r mr mFB p,mTB(B) ln 323.15 K(F )+ nB= DS $Cr mB p,m298.15 K= -236.45 J K-1 mol -1(4 分)(F )+ nBD(323.15 K)= DC(B) (323.15 K - 298.15 K)H $H $rmrmB p,m= -312.9 kJ mol -1(3 分)D(323.15 K)= D(323.15 K)-T D(3

11、23.15 K)G $H $S $rmrmrmkJ mol -1= -236.5(3 分)三、问答题29. 15答分 (1155)（1）因为dU=TdS-pdV,故 dS=(1/T)(dU+pdV)（3 分）又因 dU = ( U ) dT +( U ) dV（1 分）VTTV所以d S = d QR= dU + pdV= (1/ T ) ( U ) dT + ( U )dV + pdV (2 分)TVVTTT( S )= ( U ) + p (1/ T )（2）因为（2 分）TTVV(U )= T ( S ) - p = T ( p ) - p = 0则（2 分）VTVTTV故U=0（1 分

12、）ppDG =2 V dp=VV () dp2（2 分）V1VTp1VnRT= - 2 V () dp2VV1V= nRT ln 1（2 分）V230. 10答分 (0840)(A)H = 0，U = 0 (B)S = 0(C)全不为零(D)全都为零(E)G = 0(1 分)(1 分)(1 分)(1 分)(1 分)31. 10答分 (0651)(1) 错误 。绝热体系中作电功，电机受热只能升温。(2.5 分)(2) 错误 。作功虽最大，但可逆机循环一周所用的时间无限长，所以功率最小，功率 = 牵引力速率，所以速率最慢。(2.5 分)(3)对，因为在绝热封闭体系中发生不可逆过程时D S 0，所以

13、在绝热均匀体系中发生过不可逆过程后，就不可能用绝热法使体系还原。因为S S S。(2.5 分)(4) 对。道理同上，既然体系能完成绝热循环，则说明所进行各步绝热过程均是可逆的。有一步不可逆，熵值就会增加，体系回不到原态。(2.5 分) 32. 10 分 (1081)答vapH = H(g) - H(l)dvapH/dT平= dH(g)/dT平- dH(l)/dT平又 dH = ( H/ T)pdT + ( H/ p)Tdp( H/ T)平= ( H/ T)p+ ( H/ p)T( p/ T)平( H/ T)平= Cp+ V - T( V/ T)p( p/ T)平则 dvapH/dT平= Cp(g) - Cp(l) + Vg-Vl- T( Vg/ T)p- ( Vl/ T)p( p/ T)平(3 分)(2 分) Cp(g) - Cp(l) + Vg- Vg( p/ T)平= Cp(g) - Cp(l)临界温度时，气液无区别，其汽化热为零。(4 分)(1 分)33. 10 分 (0855)答(1)p = RT/(Vm- b)令 S = S(T,Vm)dS = ( S/ T)V dT + ( S/ Vm)TdVmm= (CV,m /T)dT + ( p/ T)V dVmm= (CV,m /T)dT +