热力学第二定律思考题.pdf

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1、1 自发过程一定是不可逆的, 所以不可逆过程一定是自发的。 这说法对吗?答: 前半句是对的,但后半句是错的。因为不可逆过程不一定是自发的,如不可逆压缩过程就是一个不自发的过程。2空调、冰箱不是可以把热从低温热源吸出、放给高温热源吗,这是否与热力学第二定律矛盾呢?答: 不矛盾。Claususe 说的是: “不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化” 。而冷冻机系列,把热从低温物体传到了高温物体,环境做了电功,却得到了热。而热变为功是个不可逆过程,所以环境发生了变化。3能否说系统达平衡时熵值最大,Gibbs 自由能最小?答:不能一概而论,这样说要有前提,即:绝热系统或隔离系统达平衡时,熵

2、值最大。等温、等压、不做非膨胀功,系统达平衡时,Gibbs 自由能最小。也就是说,使用判据时一定要符合判据所要求的适用条件。4某系统从始态出发,经一个绝热不可逆过程到达终态。为了计算熵值,能否设计一个绝热可逆过程来计算?答:不可能。若从同一始态出发,绝热可逆和绝热不可逆两个过程的终态绝不会相同。反之,若有相同的终态,两个过程绝不会有相同的始态。所以只有设计一个除绝热以外的其他可逆过程,才能有相同的始、终态。5对处于绝热钢瓶中的气体,进行不可逆压缩,这过程的熵变一定大于零,这说法对吗?答:对。因为是绝热系统,凡是进行一个不可逆过程,熵值一定增大,这就是熵增加原理。处于绝热钢瓶中的气体,虽然被压缩

3、后体积会减小,但是它的温度会升高,总的熵值一定增大。6相变过程的熵变,可以用公式S H来计算,这说法对吗?T答:不对,至少不完整。一定要强调是等温、等压可逆相变,H是可逆相变时焓的变化值(H Qp,R) ,T是可逆相变的温度。7是否Cp,m恒大于CV ,m?答: 对气体和绝大部分物质是如此。 但有例外, 4 摄氏度时的水, 它的Cp,m等于CV ,m。8将压力为 kPa,温度为 K 的过冷液态苯,凝固成同温、同压的固态苯。已知苯的凝固点温度为 K,如何设计可逆过程?C6H6(l,268.2 K,101.3 kPa)C6H6(s,268.2 K,101.3 kPa) (1)等压可逆升温 (3)等

4、压可逆降温垐(2)垎C6H6(l,278.7 K,101.3 kPa)噲 垐C6H6(s,278.7 K,101.3 kPa)答:可以用等压、可逆变温的方法,绕到苯的凝固点 K,设计的可逆过程如下:分别计算(1) , (2)和(3) ,三个可逆过程的热力学函数的变化值,加和就等于过冷液态苯凝固这个不可逆过程的热力学函数的变化值。 用的就是状态函数的性质:异途同归,值变相等。9在下列过程中,Q,W,U,H,S,G和 A的数值,哪些等于零?哪些函数的值相等? (1) 理想气体真空膨胀 (2) 实际气体绝热可逆膨胀 (3) 水在正常凝固点时结成冰 (4) 理想气体等温可逆膨胀 (5) H2(g)和

5、O2(g)在绝热钢瓶中生成水 (6) 在等温、等压且不做非膨胀功的条件下,下列化学反应达成平衡垐 ?H2(g) Cl2(g)噲 ?2HCl(g)答: (1)Q W U H 0,G A(2)QR S 0, U W(3)G 0, H QP, A We(4)U H 0, Q = We, G A(5)U QV= We 0(6)rGm 0,rAmWmax 0,rUm rHm10 298 K 时,一个箱子的一边是 1 mol N2(100 kPa),另一边是 2 mol N2(200 kPa ),中间用隔板分开。问在 298 K 时,抽去隔板后的熵变值如何计算?答:设想隔板可以活动,平衡时隔板两边气体的压

6、力均为150 kPa。在等温、等压下,相同的理想气体混合时的熵变等于零,即mixS 0。只要计算气体从始态压力到终态压力的熵变,S nRlnBp1p21 molRln1002002 molRln1.41 JK115015011 指出下列理想气体,在等温混合过程中的熵变计算式。(1)1 mol N2(g,1 V)1 mol N2(g,1 V) 2 mol N2(g,1 V)(2)1 mol N2(g,1 V)1 mol Ar(g,1 V) (1 mol N21 mol Ar)(g,1 V)(3)1 mol N2(g,1 V)1 mol N2(g,1 V) 2 mol N2(g,2V)1答: (1)mixS 2Rln。因为相同气体混合,总体积没变,相当于每个2气体的体积都缩小了一半。(2)mixS 0。因为理想气体不考虑分子自身的体积,两种气体的活动范围都没有改变。(3)mixS 0。因为同类气体混合,体积是原来体积的加和,气体的活动范围都没有改变,仅是加和而已。12四个热力学基本公式适用的条件是什么? 是否一定要可逆过程?答: 适用于组成不变的均相封闭系统,不作非膨胀功的一切过程。不一定是可逆过程。因为在公式推导时,虽然用了Q TdS的关系式,这公式只有对可逆过程成立, 但是由于基本公式中计算的是状态函数的变化量, 对于不可逆过程,可以设计一个始终态相同的可逆过程进行运算。

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