热力学定律习题(修改版) 下载本文

10.对于孤立系统中发生的实际过程,下列各式中不正确的是: ( )

(A) W = 0 (B) Q = 0 (C) ΔS > 0 (D) ΔH = 0 11.101?325 kPa,-5℃ 时,H2O(s) ???H2O(l),其系统熵变:

( )

(A) ΔfusS体系 > 0 (B) ΔfusS体系 < 0 (C) ΔfusS体系 ≤ 0 (D) ΔfusS体系 = 0 12.大多数物质的液体在正常沸点时的摩尔气化熵为: ( ) (A) 20 J·K-1·mol-1 (B) 25 J·K-1·mol-1 (C) 88 J·K-1·mol-1 (D) 175 J·K-1·mol-1 13.理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀,该变化过程中系统的熵变?S体及环境的熵变

?S环应为: ( )

(A) ?S体>0,?S环=0 (B) ?S体<0,?S环=0 (C) ?S体>0,?S环<0 (D) ?S体<0,?S环>0

14.物质的量为n的理想气体从T1, p1, V1变化到T2, p2, V2,下列哪个公式不适用 (设CV, m 为常数)?( ) (A) ΔS = nCp, m ln(T1/T2) + nRln(p2/p1) (B) ΔS = nCV, m ln(p2/p1) + nCp,m ln(V2/V1) (C) ΔS = nCV, m ln(T2/T1) + nRln(V2/V1) (D) ΔS = nCp, m ln(T2/T1) + nRln(p1/p2)

15.在p?,273.15 K下水凝结为冰,判断系统系的下列热力学量中何者一定为零? ( )

(A) ΔU (B) ΔH (C) ΔS (D) ΔG 16.p?,100℃下,1mol H2O(l)与 100℃大热源接触,使水在真空容器中汽化为 101.325 kPa 的H2O(g),设此过程的功为W,吸热为Q,终态压力为p,体积为V,用它们分别表示ΔU,ΔH,ΔS,ΔG,ΔF,下列答案哪个是正确的? ( )

17.已知某可逆反应的 (?ΔrHm/?T)p= 0,则当反应温度降低时其熵变ΔrSm: ( )

(A) 减小 (B) 增大 (C) 不变 (D) 难以判断 18. 纯液体苯在其正常沸点等温汽化,则: ( ) (A) ΔvapU?=ΔvapH?,ΔvapF?=ΔvapG?,ΔvapS?> 0 (B) ΔvapU?<ΔvapH?,ΔvapF?<ΔvapG?,ΔvapS?> 0 (C) ΔvapU?>ΔvapH?,ΔvapF?>ΔvapG?,ΔvapS?< 0 (D) ΔvapU?<ΔvapH?,ΔvapF?<ΔvapG?,ΔvapS?< 0

19.下列四个偏微熵中哪个既是偏摩尔量,又是化学势? ( )

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(A)(?U?H?F?G)S,V,nC (B)()S,p,nC (C)()T,V,nC (D)()T,p,nC ?nB?nB?nB?nB20.关于偏摩尔量,下面诸叙述中不正确的是: ( )

(A) 偏摩尔量是状态函数,其值与物质的数量无关 (B) 在多组分多相体系中不存在偏摩尔量 (C) 体系的强度性质没有偏摩尔量

(D) 偏摩尔量的值只能大于或等于零 二、填空题

1.一切自发变化都有一定的__________________,并且都是不会________________进行的,这就是自发变化的共同特征。 2.用熵判据来判别变化的方向和平衡条件时,体系必须是____________,除了考虑_______ 的熵变外,还要考虑________的熵变。

3.在隔离系统中,由比较 的状态向比较 的状态变化,是自发变化的方向,这就是 的本质。 4.卡诺认为:“ 。”这就是卡诺定理。 5.从热力学第 定律证明的 定理是为了解决热机的最高效率可达多少这一问题的。6.吉布斯自由能判据的适用条件是 、 、 。

7.理想气体等温 (T = 300 K) 膨胀过程中从热源吸热 600 J,所做的功仅是变到相同终态时最大功的 1/10,则系统的熵变ΔS = ______20___ J·K-1。 8.在理想气体的S–T图上,任一条等容线与任一条等压线的斜率之比?即(???S?S?)(/)Vp?T?T??在等温情况下应等于 CV/Cp 。

9.理想气体向真空膨胀,体积由V1变到V2,其ΔU __ = 0 ___ ,ΔS _ = nRln(V2/V1)___ 。 10. 选择“>”、“<”、“=”中的一个填入下列空格:

实际气体绝热自由膨胀,ΔU = 0,ΔS __〉___ 0。 11.选择“>”、“<”、“=”中的一个填入下列空格。 理想气体恒温可逆压缩,?S __〈___ 0,?G __〉___ 0。 12.在横线上填上 >、<、= 或 ?(?代表不能确定)。 水在 373.15 K 和 101?325 kPa 下通过强烈搅拌而蒸发,则 (A) ΔS ___〉___ Q/T Q为该过程体系吸收的热量 (B) ΔF ___〈___ -W (C) ΔF ___〈__ -Wf (忽略体积变化) (D) ΔG ___〈 -Wf

13.某蛋白质在323.2 K时变性并达到平衡状态,即 天然蛋白质 变性蛋白质 已知该变性过程的 ΔrHm(323.2 K)=29.288 kJ·mol-1 ,

则该反应的熵变 ΔrSm(323.2 K)= 90.62 J·K-1·mol-1。 14.在恒温恒压且有非体积功存在的情况下,则可用 来判别过程是否可逆,即在不可逆情况下,外界对系统所做的 大于系统 的增量。 15.能斯特热定理可用文字表述为:在温度趋于热力学温度绝对零度时的_____________过程中,系统的熵值不变。 16.单原子理想气体的CV,m = (3/2)R, [(?T/?S)p] / [(?T/?S)V] 等于 ___0.6 ______ 。

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17.对于系统和环境之间既有能量又有物质交换的敞开系统来说,其熵的变化,一部分是由__________________________间相互作用而引起的,这部分熵称为熵流;另一部分是由___________________________的不可逆过程产生的,这部分熵变称为熵产生。 18.封闭系统中,如果某过程的?F?0,应满足的条件是 。

19.在等温等压下,由A和B两种物质组成的均相体系中,若A的偏摩尔体积随浓度的改变而 增加 ,则B的偏摩尔体积将减小。 三、计算题

1.牙齿的珐琅质可近似看作是由羟基–磷灰石化合物3Ca3(PO4) Ca(OH)2构成的。

已知羟基离子可被氟离子取代,生成3Ca3(PO4) CaF2,可存在于牙齿构造中使对龋齿有更大的抵抗力。如果用氟化亚锡溶液加入牙膏中,使之发生上述变化是否可能。

-1

已知:ΔfG$[298 K,CaF(s)]=-1167 kJ·mol 2m ΔfG$mol-1 m[298 K,Sn(OH)2(s)]=-492 kJ· ΔfG$mol-1 m[298 K,Ca(OH)2(s)]=-899 kJ·

$ Sn2??2e??Sn(s),E1= -0.14 V

F2(g)?2e??2F?,E$2=2.87 V

2.已知冰的摩尔熔化热为5.650 kJ·mol-1(可视为常数),水的正常凝固点为0℃,求p?,-10℃

s时,1 mol过冷液体水凝结为冰时,体系的ΔslG和ΔlS。

3.计算 1 mol Br2(s) 从熔点 7.32℃ 变到沸点 61.55℃ 时 Br2(g) 的熵增。已知 Br2(l) 的比热为 0.448 J·K-1·g-1,熔化热为 67.71 J·g-1,汽化热为 182.80 J·g-1,Br2的摩尔质量为 159.8 g·mol-1。

4.氢醌的蒸气压实验数据如下:

求: (1) 氢醌的摩尔升华焓、摩尔蒸发焓、摩尔熔化焓;

(2) 氢醌气、液、固三相平衡共存的温度和压力。 5.已知甲醇脱氢反应:CH3OH(g)??mol-1, ?HCHO(g)+H2(g) 的ΔrH m=85.27 kJ·ΔrS m=113.01 J·K-1·mol-1, 试计算该反应能够在等温等压下进行时所需的最低温度。

假设ΔrHm与T无关。 6.请计算 1 mol 苯的过冷液体在 -5℃, p?下凝固的ΔlS 和Δ1G。已知 -5℃ 时,固态苯和液态苯的饱和蒸气压分别为 0.0225 p?和 0.0264 p?;-5℃,p?时,苯的摩尔熔化热为 9?860 kJ·mol-1。

7.1 mol,-10℃ 的过冷水在 p?下凝固成 -10℃ 的冰,请用化学势计算水的ΔfusGm。已知水、

冰在 -10℃时饱和蒸气压分别为 p1*= 287 Pa、p2*= 259 Pa。 8.373K,2p?的水蒸气可以维持一段时间,但这是一种亚稳平衡态,称作过饱和态,它可自

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ss$$$发地凝聚,过程是:

H2O (g,100℃,202?650 kPa)???H2O (l,100℃,202?650 kPa) 求水的?lgHm,?lgSm,?lgGm。已知水的摩尔汽化焓 ?lgHm为 40.60 kJ·mol-1,假设水蒸气为理想气体,液态水是不可压缩的。

9.1mol 理想气体在 273.15 K 等温地从 10p? 膨胀到p?,如果膨胀是可逆的,试计算此过程的Q,W以及气体的ΔU,ΔH,ΔS,ΔG,ΔF 。

10.1mol He(g)从273.15 K,101.325 kPa的始态变到298.15 K, p2的终态,该过程的熵变Δ

3S=-17.324 J·K-1,试求算终态的压力p2。已知He(g)的CV, m=2R。

11.2 mol 100℃,101?325 kPa 的液态水向真空汽化,全部变成为 100℃,101?325 kPa的水蒸气,求水的熵变ΔvapS,判断过程是否自发。已知 101?325 kPa,100℃时水的摩尔汽化热为 40.68 kJ·mol-1。 水蒸气可视为理想气体。 12.1mol 单原子分子理想气体始态为 273 K,p ,分别经下列可逆变化,其吉布斯自由能的变化值各为多少? (A) 恒温下压力加倍 (B) 恒压下体积加倍 (C) 恒容下压力加倍

假定在 273 K,p?下,该气体的摩尔熵为 100 J·K-1·mol-1。

13. 某气体状态的方程为 (p+a/V2)V=RT, 其中 a 是常数,在压力不很大的情况下, 试求出 1mol 该气体从p1,V1经恒温可逆过程至 p2,V2 时的 Q,W,ΔU,ΔH,ΔS和ΔG。 14.某液体的蒸气压与温度的关系为:ln(p/p?)=-(0.12052K)a/T+b,式中a, b为常数,利用Clapeyron方程导出a与汽化焓ΔvapHm间的关系; b与汽化焓ΔvapHm和正常沸点Tb间的关系。 四、证明题

1.用T-S 图推导卡诺循环的热机效率 ? = (T1-T2)/T1(T1, T2分别为高、低温热源的温度)。 2.证明:理想气体 (?T/?p)H = 0。 3.证明 (?S/?V)U = p/T,并由此式对理想气体论证: (?S/?V)T = p/T 。 五、问答题

1.任意系统经一循环过程, ΔU,ΔH,ΔS,ΔG,ΔA均为零,此结论对吗? 2.理想热机效率 ? = (T2-T1)/T2,当T1→0,? →1时,从热源中获得的热都转化为功,这违反了热力学第二定律,因此T1不能为零,即绝对零度不能达到。由此看来,似乎第三定律能够从第二定律引出来,你能发现推论中的问题吗?

3.将气体绝热可逆膨胀到体积为原来的两倍,此时系统的熵增加吗?将液体绝热可逆地汽化为气体时,熵将如何变化?

4.一定量的气体在气缸内, 两结论对吗? (1) 经绝热不可逆压缩,温度升高,ΔS > 0 ; (2) 经绝热不可逆膨胀,温度降低,ΔS < 0 。 5.熵增加原理就是隔离系统的熵永远增加。此结论对吗? 6.系统由平衡态 A 变到平衡态 B,不可逆过程的熵变一定大于可逆过程的熵变,对吗? 7.凡是ΔS > 0 的过程都是不可逆过程,对吗? 8. 任何气体经不可逆绝热膨胀时, 其内能和温度都要降低,但熵值增加。对吗?任何气体如进行绝热节流膨胀,气体的温度一定降低,但焓值不变。对吗?

9.请判断实际气体节流膨胀过程中,系统的ΔU,ΔH,ΔS,ΔF,ΔG中哪些一定为零?

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