物化试题热力学第二定律-

1、物化试题（热力学第二定律）第二章热力学第二定律一、思考问题.指出以下公式的适用范围： S S = nrln P1/p2+cplnt 2/T1 = nrln v2/V1+cvlnt 2/T1答:封闭系统的平衡状态，没有非体积功，理想气体纯态变化的可逆过程。（2）dU=TdS-pdV答:具有相同组成的封闭系统的平衡状态不做任何非体积功。（3）dG=Vdp答:组成恒定的封闭系统的平衡状态并不构成非体积功的恒温过程。.判断下列陈述是否正确，并解释原因。（1）不可逆过程必须是自发的，自发过程必须是不可逆的。（后者是正确的，前者是错误的。例如，不可逆压缩不是一个自发的过程。（2）每个嫡增加过程都是一个自发

2、过程。（必须是一个孤立的系统。（3）不 可逆过程的嫡永远不会减少。（必须是一个孤立的系统。（4）当系统达 到平衡时，嫡值最大，吉布斯函数最小。（当绝热系统或孤立系统达到平衡时，嫡最大，当系统达到平衡时，在恒温恒压无体积功的条件下，吉布斯函数最小）（5）当系统内能和体积不变时，Ss 0,而绝热可 逆过程SS = 0从相同的初始状态开始，不可能通过绝热不可逆性和 绝热可逆性的两条不同路径达到相同的最终状态 ）（7）在绝热系统中，从状态 A到状态b是一个不可逆的过程。无论用 什么方法，系统都不会回到原来的状态。 （在绝热系统中，发生不可逆过程，从状态a到状态b, Ss 0 sb sa仍然在绝热系统中

3、，从状态b开始，不管它经历什么过程，系统的嫡值增加和减少，所以它 不能回到它的原始状态。)(8)绝热循环必须是可逆循环。(是的。因为如果在绝热系统中发生可 逆变化，SS = 0并且发生不可逆变化 SS0如果在循环过程中有 不可逆的步骤，系统的嫡值将增加并且它将不会返回到它的初始状态。S S = 0系统只有在逐步可逆的情况下才能恢复到初始状态。(1)理想气体从压力pl膨胀到真空p2。答:可以设计恒温可逆膨胀。(2)将温度分别为T1和T2的两个铁块(T1 T2)接触，最终状态温度 为t答:在T1和T2之间设置多个温差为dT的热源，制作铁块T1和T1-dT, T1-2dT?与热源的接触，无限缓慢地达

4、到最终状态温度t,使铁T2和T2+dT,T2+2dT?与热源的接触，无限缓慢地接近最终状态温度t。 (3)在30c和1个大气压下的H2O(1)在30C和1个大气压下真空蒸发 至H2O(g)。答:可以设计两种可逆方式：一种在恒压下可逆，另一种在 恒温下可逆。(4)理想气体绝热地不可逆地从状态一 (P1、V1、T1)变为状态二(P2、 V2、T2)。答:可以设计以下四种方式：(1)从状态i到具有恒定体积可 逆性或压力的状态A,然后到具有恒定温度可逆膨胀的状态 A 国家二；(2)在恒压下从状态I可逆地膨胀到状态b,然后在恒温下可 逆地膨胀到状态ii; (3)在恒温下从状态I可逆地膨胀到状态c,然后

5、在恒压下可逆地膨胀到状态ii;在恒定温度下从状态一到状态四，然后在恒定体积下到状态二的可逆膨胀。4.回答以下问题：(1)为了提高卡诺热机的效率，可以增加两个热源之间的温差。如果 温差增加到ST,保持T1不变并增加T2是好的，还是保持T2不变 并减少T1是好的？答：(1)当温差相同时，保持T2不变，降低T1有 利于提高热机效率。有些人想利用地球内部和表面之间的温差来制造 地热发电机。有些人想利用赤道和地球次级之间的温差来制造热力发 动机。也有一些人想在大气层的不同高度使用不同的压力来工作。以上三个假设有意义吗？答：(a)和(b)两者在理论上都是可行的。(c)这种 假设是错误的，因为压力随高度的分

6、布遵循玻尔兹曼平衡分布，所以没有驱动力。(3)摩尔温度为TK的理想气体，在绝热不可逆膨胀后，体积增加了 一倍，并且没有做任何外部功。请问：(1)这种气体的温度会变吗？气 体的嫡增量是多少？环境嫡是否发生了变化？答 ：(a)Q=0, W=0,U=0。 理想气体的内能是温度的函数。如果内能不变，膨胀后温度不会改变。 绝热膨胀对外界不起作用，只能膨胀到真空。目前，设计了恒温可逆 膨胀，8 s = nrln v2/v1 = rln 2 = 5.763j . k1。(c) SM=Q 环/T=0。(4)指出在下列过程中，哪些热力学函数如Q、W、SU. SR SS SG为零，哪些是相等的(绝对值)：理想气体

7、膨胀成真空。绝热可逆膨胀。(c)可逆相变。理想气体在恒温下的可逆膨胀。下列气相反应可以在恒温恒压下可逆地进行：A(g) + B(g) -2C(g)如果上述反应是不可逆的化学变化，会发生什么情况？答 ：(a)Q, w,SU, SH 均为零(b)QR=0, S S = 0s U =w .(c)Qp = G = 0 s A =WR . (d) SU = 05 H = 0Q=WR=0, S G = S A .(e)WR=0S A =WR = 0, S G =0, SU = S H .在没有非膨胀功的情况下，恒温恒压的不可逆变化Sg小于0,因此不能达到与上述问题相同的最终状态。5.下列陈述正确吗？为什么

8、？(1)溶液的化学势等于溶液中各组分化学势的总和。 (错了。溶液没有 化学势)(2)对于纯组分，化学势等于它的吉布斯函数。(错了。纯组分 的化学势等于摩尔吉布斯函数)(3)组分一在同一稀溶液中的浓度可用X、M和c表示。如果标准配置的选择不同，相应的化学势也不同。(错)(4)气体的标准配置采取压力为1个大气压、温度为T的状态，符合 理想行为，因此理想气体和实际气体的标准配置是相同的。(理想行为的标准配置是真实状态，而实际气体的标准配置是虚拟状态。)(5)在同一解决方案中，如果标准配置规则不同，活动也不同。(是)(6)双组分溶液的蒸汽压大于任何组分的蒸汽压。(是)(298K时0.01摩尔/千克糖水

9、的渗透压等于0.01摩尔/千克盐水的渗透 压。(错)(8)在298K时，两种气体a和b分别溶解在某一溶剂中，平 衡时对应的亨利系数为 KA和KB , ka kb是已知的。如果甲和乙同 时溶解在溶剂中达到平衡，当甲和乙在气相中的平衡分压相同时，溶液中甲的浓度大于乙的浓度(错，ca 6.回答以下问题(1)以下过程都是恒温恒压过程。SG= 0,根据公式dG=-SdT+Vdp计算。这个结论正 确吗？为什么？268K, p0 冰268K, p0 水恒温恒压不会使非体积的化学反应做功。 在恒温恒压下，盐溶解在 水中(d)373K, p0H2O(l)-373K, p0H2O(g)。答:过程(d)是正确的。工

10、 艺(a)(b)中的Dni?Q需要使用dG=-SdT+Vdp区idni公式计算S G。 (2)下列哪种状态的水具有较大的化学势？ (a)100c , 1 atm, H2O(l)。 (b)100 C, 1 个大气压，H2O(g)。(c)100 c , 2 atm, H2O(l)。(d)100 C, 1 个大气压，H2O(g)。(e)101C, 1 个大气压，H2O(1)。101C, 1 个大气压，H2O(g)。答：a =Qbw c a f .(3)在20c下，溶液(1)的组成为1NH3 8.5H2O,蒸汽压为80毫微克， 溶液(2)的组成为1NH3 21H2O,蒸汽压为27毫微克。如果从大量的

11、(1)到大量的(2)中除去1摩尔NH3,则计算该过程的S Go尝试确定以 下两个解决方案中哪一个是正确的，并解释原因。(a) S=g rtln x2/x1 = 8.314 x 29 9.5/22 =-2054j(b) 葬grtln p2/P1 = 8.314 293 ln 27/80 =-2646j a:(a)E确。(b)是错误的，S G = RtLNP 2/P1 其中p应该是气相中NH3的分压，而蒸汽的总压力在计算中被替换， 所以是错误的。第二，选择题1.1摩尔理想气体等温恒压膨胀使系统增加 10倍，则系统的嫡变化值 (a)(a)19.15焦耳-1 (b)8.314 焦耳-1 (c)-8.3

12、14 焦耳-1 (d)-19.15 焦耳-12.理想气体与温度为T的大热源接触，进行等温膨胀和吸热 Q,所做 的功是同一最终状态最大贡献的20%,则系统的嫡为(A)5QQ(b)什么？ s? ; (c)? s? ; (d)什么？ s? ?;5TT(a) ? s?在3.100C和101325帕的条件下，在相同的温度和压力 下，1摩尔液态水的嫡值高于水蒸气的嫡值(B)。(a)大(b)小(c)等(d)待定在4.100C, 101325帕的条件下，在相同的温 度和压力下，1摩尔液态水的化学势大于水蒸汽的化学势(c) (a), (b) 小(c)等(d)待定5.下列哪个过程是等嫡过程(c)(a)1摩尔液体在

13、其正常沸点发生相变； (b)1摩尔氢在恒温下经历可逆过程；(c)1摩尔氮气经历绝热可逆膨胀 或压缩过程；(d)1摩尔氧气经历恒温不可逆过程；6.H2 (g)和02(g) 都在绝热钢中反应形成液态水，当系统温度升高时，(d)(a) Srhm0(b) S RGM = 0(c) S RSM = 0(d) S rum = 0当7.1摩尔理想气体从101325帕(恒温恒压)膨胀到10132.5帕(273K) 达到最终状态时，过程的 3 6为9)(a)1.3千焦(b) 5.2千焦 -5.2千焦(d) -1.3千焦.无水乙醇在正常沸点下气化，然后在此过程中(b)(a) S=H 0(b) S今0(c) S S

14、 = 0(d) SU = 0.一个系统从其初始状态到其最终状态的S G不等于零(a) (a)恒温恒容，不可逆过程的 W = 0(B)恒温恒压，可逆过程的 W = 0(c)任何 纯物质的正常相变过程(d)任何物质的B作为系统的任何循环过程.众所周知，在100c时，液体A的饮料和蒸汽压为1000帕，液体 B为500帕。假设甲和乙形成理想溶液，当溶液中甲的摩尔分数为 0.5时，气相中甲的摩尔分数为(D)0.5 (b)0.1 (c)1/3 (d)2/3 31在一个嫡不变、体积不变、没有非体积功的封闭系统中，热力学函 数达到最小值时的状态就是平衡状态。当2.1摩尔的理想单分子气体从 p1V1T1冷却到p

15、2V2T2时，Su _对 于3.1摩尔的理想气体，如果系统的体积由于在恒温下可逆膨胀而增加5倍，总嫡变化SS _ = _ 04.0 . 1mol L-1 氯化钠水溶液的凝固点 为，低于纯水的凝固点。.在相转移过程中，物质总是从化学势较高的相转移到化学势较低的 相。乂.拉乌尔定律中的 入=是液相中的浓度。.亥姆霍兹函数准则适用于恒温、定容和无体积功的条件。8.物质的冰点降低常数总是大于物质的沸点升高常数。9.在稀溶液中，溶剂遵循_。拉乌尔定律和溶质服从_亨利定律。10.当溶液中溶质的浓度增 加时，溶质的化学势也增加。4.真或假水蒸气在1.1摩尔，25C, 101325帕下凝结成水，在1摩尔，25

16、C, 101325帕下凝结成水。根据吉布斯方程，dG=-SdT+Vdp, SG = 0所 以上述过程是可逆的相变过程。(2.一个过程的嫡变化等于该过程的热嫡之和。(力3所有遵循能量守恒和转化定律的过程都可以自发进行。(与4。自发过程是不可逆的。(，)5.当系统在给定条件下达到平衡时，系统的嫡值最大。(x) 6。热力学第三定律告诉我们， 在0K,任何物质的嫡等于零(x) 7。偏摩尔 吉布斯函数是化学势。(，)8.当理想溶液混合时，混合前后的体积变化为零，热效应为零。(，)9 稀溶液中溶质的蒸汽压符合拉乌尔定律。(，)10。纯物质的化学势等 于摩尔吉布斯函数。(十)五.计算问题.尝试计算以下过程的

17、嫡变化：1摩尔理想气体的等温膨胀使最终体积等于初始体积的100倍。(b)在恒压下将10g硫化氢气体从50c加热至100C。(c)2摩尔液体在-182.87C的沸点下扭曲蒸发，蒸发潜热Shm= 6.82kj mol-1。(d)1摩尔铝在其熔点660c熔化其摩尔熔化热 QP=7.99千 焦摩尔-1-1。建议注意物质的量与嫡的关系。Cp,m(H2S)= 29.92+1.389 10-2T(j . k . mol-1)A:(A)38.29j . k-1 , (b) 1.47J.K-1, (c) 151J。K-1 , (d) 8.56J.K-1。摩尔甲苯在沸点为110c时蒸发成蒸汽，并计算了该过程的w、

18、q、 SU SR S K众所周知，甲苯在此温度下的蒸发热为 361.9焦耳克-1 O认为甲苯气化过程是一个正常的相变过程，无体积功为零。气体可视为理想气体，具摩尔体积远大于液体。答:W=3184J, Q = 5 H = 33.3 kj SU = 30.12 kj Ss = 86.95j -13.众所周知，（1）25时液态水的饱和蒸汽压。c为3167.7帕。；（2）压力 变化时液态水的SG接近于零。找出H2O（液体，25C, 101325帕）-H2O（M?25C, 101325帕）过程的S G,判断该过程是否可以 自发进行。有人认为，在恒温恒压下，这个过程是不可逆的。25c和3167.7帕的相变

19、是一个恒温恒压的可逆过程。25 C恒温变压过程是将不可逆和 可逆相变过程连接起来形成一个闭环。答：SG = 8586j4.1摩尔单原子理想气体的初始压力和温度分别为1013250帕和0c ,在101325帕的恒定外压下膨胀到最终状态。最终状态气体的体积等 于初始状态体积的10倍。试着在这个过程中找到 W, Q, SU, SH,S 酥口 S Go建议（1）系统的最终状态压力等于外部压力，（2）获得初始状态体积V1、最终状态体积V2和最终状态温度T2,以及（3）确定进行中的温 度。答：SU = SH = 0W=Q=2043J, Ss = 19.14j k1, SG =5225J5在25 c下，将100克有机物质溶解在1毫升溶剂中，测量渗透压为400帕。试着找出有机物的摩尔质量。a:m = 6.19 104 克摩尔-1。6.将2克尿素（二氧化碳）溶解在100克水中。该溶液在常压下的沸点 为100.17C,计算出沸点升高常数 Kb,理论值为0.513Kmol-1 kg。答:kb = 0.510k mol-1 kg。在7.27C下，将4g聚合物溶解在1dm3有机溶剂中，已知聚合物的 平均摩尔质量为1.5X05。计算溶液的渗透压。甲:66.5