第二章热力学第二定律练习题.doc

《第二章热力学第二定律练习题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章热力学第二定律练习题.doc（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第二章热力学第二定律练习题一、判断题（说法正确否）：1自然界发生的过程一定是不可逆过程。2不可逆过程一定是自发过程。3熵增加的过程一定是自发过程。4绝热可逆过程的S = 0，绝热不可逆膨胀过程的S 0，绝热不可逆压缩过程的S 0。9理想气体经等温膨胀后，由于U = 0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗?10自发过程的熵变S 0。11相变过程的熵变可由计算。12当系统向环境传热时(Q 0，所以该过程为自发过程。15自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。16吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。17在等温、等压下，吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。18系统由V1膨胀到V2，

2、其中经过可逆途径时做的功最多。19过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的，由基本方程可得G = 0。20理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -pdV = 0，此过程温度不变，U = 0，代入热力学基本方程dU = TdS - pdV，因而可得dS = 0，为恒熵过程。21是非题：“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 1mol理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V1变到V2，能否用公式：计算该过程的熵变？22

3、在100、p时，1mol水与100的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成100、p的水蒸气，试计算此过程的S、S(环)。23的适用条件是什么？24指出下列各过程中，物系的U、H、S、A、G中何者为零？ 理想气体自由膨胀过程； 实际气体节流膨胀过程； 理想气体由(p1,T1)状态绝热可逆变化到(p2,T2)状态； H2和Cl2在刚性绝热的容器中反应生成HCl； 0、p时，水结成冰的相变过程； 理想气体卡诺循环。25a mol A与b mol B的理想气体，分别处于(T,V,pA)与(T,V,pB)的状态，等温等容混合为(T,V,p)状态，那么U、H、S、A、G何者大于零，小于零，等于零？26一个刚

4、性密闭绝热箱中，装有H2与Cl2混合气体，温度为298K，今用光引发，使其化合为HCl(g)，光能忽略，气体为理想气体，巳知(HCl) = -94.56kJmol-1，试判断该过程中U、H、S、A、G是大于零，小于零，还是等于零？27在一绝热恒容箱内，有一绝热板将其分成两部分，隔板两边各有1mol N2，其状态分别为298K、p与298K、10p，若以全部气体为体系，抽去隔板后，则Q、W、U、H、S 中，哪些为零？二、单选题：1适合于下列过程中的哪一个？(A)恒压过程 ；(B)绝热过程 ；(C)恒温过程 ；(D)可逆相变过程 。2可逆热机的效率最高，因此由可逆热机带动的火车：(A)跑的最快 ；

5、(B)跑的最慢 ；(C)夏天跑的快 ；(D)冬天跑的快 。3在一定速度下发生变化的孤立体系，其总熵的变化是什么？(A)不变 ；(B)可能增大或减小 ；(C)总是增大 ；(D)总是减小 。4对于克劳修斯不等式 ，判断不正确的是：(A)必为可逆过程或处于平衡状态 ；(B)必为不可逆过程 ；(C)必为自发过程 ；(D)违反卡诺定理和第二定律，过程不可能自发发生 。5下列计算熵变公式中，哪个是错误的：(A)水在25、p下蒸发为水蒸气：；(B)任意可逆过程： ；(C)环境的熵变：； (D)在等温等压下，可逆电池反应：。6当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变S = l0 JK-1，若该

6、变化中所做的功仅为相同终态最大功的 ，该变化中从热源吸热多少？(A)5000 J ；(B)500 J ；(C)50 J ；(D)100 J 。71mol双原子理想气体的是：(A)1.5R ；(B)2.5R ；(C)3.5R ；(D)2R 。8理想气体在绝热条件下，在恒外压下被压缩到终态，则体系与环境的熵变：(A)S(体) 0，S(环) 0 ；(B)S(体) 0，S(环) 0，S(环) = 0 ；(D)S(体) 0，S(环) 0，S(环) 0 ；(B)S(体) 0 ；(C)S(体) 0，S(环) = 0 ；(D)S(体) 0，G 0 ；(B)S 0，G 0 ；(C)S = 0，G = 0 ；(D

7、)S = 0，G 0，H 0 ；(B)S 0，H 0 ；(C)S 0 ；(D)S 0，H rHm/T ； (C)rSm rHm/T ；(D)rSm rHm/T 。22等容等熵条件下，过程自发进行时，下列关系肯定成立的是：(A)G 0 ；(B)F 0 ；(C)H 0 ；(D)U 0 。23实际气体节流膨胀后，其熵变为：(A)；(B)；(C)；(D)。24一个已充电的蓄电池以1.8 V输出电压放电后，用2.2 V电压充电使其回复原状，则总的过程热力学量变化：(A)Q 0，S 0，G 0 ；(B)Q 0，W 0，S 0，G 0，W 0，S = 0，G = 0 ；(D)Q 0，S = 0，G = 0

8、。25下列过程满足 的是：(A)恒温恒压(273 K，101325 Pa)下，1mol 的冰在空气升华为水蒸气 ；(B)氮气与氧气的混合气体可逆绝热膨胀 ；(C)理想气体自由膨胀 ；(D)绝热条件下化学反应 。26吉布斯自由能的含义应该是：(A)是体系能对外做非体积功的能量 ；(B)是在可逆条件下体系能对外做非体积功的能量 ；(C)是恒温恒压可逆条件下体系能对外做非体积功的能量 ；(D)按定义理解 G = H - TS 。27在 -10、101.325kPa下，1mol水凝结成冰的过程中，下列哪个公式可以适用：(A) U = TS； (B) ； (C) H = TS + Vp； (D) GT,

9、p = 0。28对于封闭体系的热力学，下列各组状态函数之间的关系中正确的是：(A)A U ；(B)A U ；(C)G U ；(D)H 4 3 1 5 6 ；(B)6 5 4 3 2 1 ；(C)4 5 3 1 2 6 ；(D)1 2 4 3 6 5 。38在恒焓恒压条件下，均相单组分封闭体系，达到平衡的判据是：(A)S = 0 ；(B)U = 0 ；(C)A = 0 ；(D)G = 0 。39对于双原子分子的理想气体，应等于：(A)；(B)；(C)；(D)。40任一单组分体系，恒温下，其气(g)、液(l)态的化学势()与压力(p)关系图正确是：(A)(1) ；(B)(2) ；(C)(3) ；(

10、D)(4) 。三、多选题：1在以下偏导数中，大于零的有：(A)； (B)； (C)； (D)； (E)。2由热力学基本关系式，可导出 等于：(A)；(B) -p；(C)；(D)；(E)。3体系的始态与终态之间有两种途径：A为可逆途径；B为不可逆途径。以下关系中不正确的是：(A)SA = SB ；(B)QA/T = QB/T ；(C)SB = QB/T ；(D)SA = QA/T ；(E)SB = QA/T 。4下列过程中，那些过程的G 0：(A)等温等压下，H2O(l,375K,p)H2O(g,375K,p) ；(B)绝热条件下，H2(g,373K,p)H2(g,300K,0.1p) ；(C)

11、等温等压下，CuSO4(aq) + H2OCu(s) + H2SO4(aq) + O2(g)； (D)等温等压下，Zn + CuSO4(aq)ZnSO4(aq) + Cu ；(E)等温等压下，mCO2 + nH2O碳水化合物 。5化学反应在等温等压下能自发进行的判据是：(A) S 0 ； (B) G W ； (C) A 0 ； (D) BB 0 ； (E) H 0 。6在O2(理想气体) 的如下过程中，属于等熵过程的是：(A)绝热恒容过程 ；(B)等温可逆膨胀过程 ；(C) V2 V2 2 V2 ；(D)绝热可逆膨胀；(E)绝热恒外压膨胀 。7等温等压下，反应的热力学可能性随温度降低而增大的是

12、：(A)Zn(s) + H2SO4(aq)ZnSO4 + H2(g,p) ；(B)Zn(s) + CuSO4(aq)ZnSO4(aq) + Cu(s) ；(C)2CuCl2(s) + H2(g)2Cu(s) + 2HCl(g) ；(D)C2H4(g) + H2(g)C2H6(g,p) ；(E)CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) + 2H2O(l) 。8下列过程中，S(系) 0，S(总) 0 的过程是：(A)等温等压H2O(l,270K,p)H2O(s,270K,p) ；(B)等温等压H2O(l,373K,p)H2O(g,373K,p) ；(C)等温等压H2O(l,383K,p)H2O(

13、g,383K,p) ；(D)n mol理想气体恒外压等温压缩过程 ；(E)1000K CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g) 。9378K、p下，过热水的下列哪个物理量小于同温同压下水蒸气：(A)Hm ；(B)Gm ；(C) ；(D)Sm ；(E)Am 。 10下列过程中，G 0 的是：(A)等温等压H2O(l,268K,p)H2O(s,268K,p) ；(B)等温等压H2O(l,383K,p)H2O(g,383K,p) ；(C)H2O(l,373K,p)H2O(g,373K,p)；(D)等温等压H2O(l,373K,506.6kPa)H2O(g,373K,506.6kPa) ；(E)

14、等温等压H2O(g,373K,50kPa)H2O(l,373K,50kPa) 。11常压下 -10过冷的水变成 -10的冰，在此过程中，体系的G与H如何变化：(A)G 0 ；(B)G 0，H 0 ；(C)G = 0，H = 0 ；(D)G 0，H 0 ；(E)G = 0，H 0 。12在383K、p下，1mol过热水蒸汽凝结成水，则体系、环境及总熵变为：(A)S(体) 0，S(环) 0，S(总) 0 ；(B)S(体) 0，S(总) 0 ；(C)S(体) 0，S(环) 0，S(总) 0 ；(D)S(体) 0，S(总) 0，S(环) 0。4第1，2个结论正确，第3个结论错。5错，系统由同一始态出发

15、，经绝热可逆和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态。6错，环境的熵变应加在一起考虑。7错，要在隔离系统中平衡态的熵才最大。8错。9不矛盾，因气体的状态变化了。10错，如过冷水结冰。11错，必须可逆相变才能用此公式。12错，系统的熵除热熵外，还有构型熵。当非理想气体混合时就可能有少许热放出。13对。14错。未计算环境的熵变；15错，如过冷水结冰，S 0，H 0，A 0。V1 = RT/10 ，V2 = RT V = (V1+V2) = 11RT/22 ，S1 = Rln(V/V1) = Rln(11/2) S2 = Rln(V/V2) = Rln(11/20) ，S = S1+S2 = Rln(1

16、21/40) 0 。二、单选题答案：1. D；2. B；3. C；4. C；5. D；6. B；7.C；8. C；9. A；10.B；11.C；12.D；13.C；14.B；15.B；16.B；17.D；18.C；19.D；20.B；21.B；22.D；23.B；24.D；25.C；26.D；27.B；28.B；29.B；30.B；31.D；32.A；33.D；34.B；35.B；36.C；37.A；38.A；39.B；40.C。三、多选题答案：1. CD ；2. BC ；3. BC ；4. CE ；5. CD ；6. CD ；7. DE ；8. AD ；9. AD ；10. DE ；11.

17、D ；12. D 。四、主观题答案：1证明：将 dU 代入第 一定律表达式中：因 ， 又 (1) (2) ，所以 Q 不具有全微分，Q不是状态函数。2证明：U = f(T，p) ， 又 dU = TdS-pdV ， 在等温下： dT = 0 ， 等温下两边同除以 dp ： 又 ， 3证明：等压下，。 ，由麦克斯韦关系式：，则 代入，得： 。4证明：(1) 由于内能是状态函数，所以： U3 = U1 + U2 U = Q + W， Q3 + W3 = (Q1 + W1) + (Q2 + W2)，即 Q3-(Q1 + Q2) = (W1 + W2)-W3由图上可知：(W1 + W2)-W3 = W

18、1-W3 = ABC的面积 0 Q3-( Q1 + Q2) 0，Q3 Q1 + Q2 (2)由公式： 设 C 点温度为 T，(在等压下)，(在恒容下) S3 = S1 + S2 5证明： ， 则 6解：(1)等温过程：U = H = 0， (2) U = H = 0，(3) (4) 7解： p = 0， W = 0，设计如图，按1，2途经计算：Q1 = H1 = 40670 J ，Q2 = - W2 = = 2149.5 JW1 = -p(Vg-Vl) = -pVg = -RT = -3101 J，W2 = -2149.5 J Q = Q1 + Q2 = 40670 + 2149.5 = 42

19、819.5 J，W = W1 + W2 = -3101-2149.5 = -5250.5 JU = Q-W = 42819.5-5250.5 = 37569 JH2 = 0，H = H1 = 40670 J，向真空膨胀：W = 0，Q = U = 37569 J S = S1 + S2 = = 109.03 + 5.76 = 114.8 JK-1 G = H - TS = 40670 - 373 114.8 = -2150.4 J A = U + TS = 37569 - 373 114.8 = -5251.4 J 8解：Pb + Cu(Ac)2 Pb(Ac)2 + Cu ，液相反应，p、T、

20、V均不变。W = -91838.8J，Q = 213635.0 J，W(体积功) = 0，W = W U = Q + W = 213635-91838.8 = 121796.2 J H = U + (pV) = U = 121796.2 J S = = 213635/298 = 716.9 JK-1 A = U - TS = -91838.8 J，G = -91838.8 J9解：确定初始和终了的状态初态：终态：关键是求终态温度，绝热，刚性，U = 0即： 2 1.5R (T2-283.2) = 1 2.5R (293.2-T2) ， T2 = 287.7 KV2 = = 0.04649 +

21、0.02406 = 0.07055 m3He (0.04649 m3，283.2 K ) ( 0.07055 m3，287.7 K )H2 (0.02406 m3，293.2 K ) ( 0.07055 m3，287.7 K )所以：同理：S = + = 7.328 + 8.550 = 15.88 JK10解：H = H1 + H2 + H3 = (75.4 10) - 6032 - (37.7 10) = -5648.4 J S = S1 + S2 + S3 = 75.4 -+ 37.7 = -20.66 JK-1 G = H-TS = - 5648.4 + 263 (-20.66) = -

22、214.82 JGG2 = - RT = = = 0.09824，= 1.1032 11解： 用公式 S = -Rnilnxi = - 8.314 (0.2 ln0.2 + 0.5 ln0.5 + 0.3 ln0.3) = 8.561 JK-1 12解：Cp = 65.69-2 26.78-0.5 31.38 = -3.56 JK-1HT = CpdT + Const = -3.65T + Const，T = 298K 时，H298 = -30585代入，求得：Const = -29524，HT = -3.65T - 29524，代入吉-赫公式，积分，恒温恒压下，G 0，反应不能自发进行，因此

23、不是形成 Ag2O 所致。13解：G1 = 0 ；G2 = = 8.314 373 ln0.5 = -2149.5 JH3 = Cp,m (473 - 373) = 33.58 100 = 3358 JG3 = H3 - (S2T2 - S1T1) = 3358 - (209.98473 202.00373) = -20616.59 J G = G2 + G3 = -20616.5 - 2149.5 = -22766 J = -22.77 kJ14解：Q = 0， W = U = nCV,m(T2-T1) = 10 R (576 - 298) = 57.8 kJU = 57.8 kJ，H =

24、nCpm(T2-T1) = 10 R (576 - 298) = 80.8 kJS = 0 ，G = H - Sm,298T = 80.9 - 10 130.59 (576 - 298) 10-3 = -282.1kJA = U - ST = -305.2 kJ15解：这类题目非常典型，计算时可把热力学量分为两类：一类是状态函数的变化，包括U、H、S、A、G，计算时无需考虑实际过程；另一类是过程量，包括Q、W，不同的过程有不同的数值。先求状态函数的变化，状态变化为 ：(p1,V1,T1) (p2,V2,T2)dU = TdS - pdV ， 对状态方程 而言： 所以： 又 再求过程量，此时考虑实际过程恒温可逆：对于恒温可逆过程：