熱力學第二定律練習題

1、第二章熱力學第二定律練習題一、判斷題（說法正確否）：1自然界發(fā)生的過程一定是不可逆過程。2不可逆過程一定是自發(fā)過程。3熵增加的過程一定是自發(fā)過程。4絕熱可逆過程的S = 0，絕熱不可逆膨脹過程的S 0，絕熱不可逆壓縮過程的S 0。9理想氣體經(jīng)等溫膨脹后，由于U = 0，所以吸的熱全部轉(zhuǎn)化為功，這與熱力學第二定律矛盾嗎?10自發(fā)過程的熵變S 0。11相變過程的熵變可由計算。12當系統(tǒng)向環(huán)境傳熱時(Q 0，所以該過程為自發(fā)過程。15自發(fā)過程的方向就是系統(tǒng)混亂度增加的方向。16吉布斯函數(shù)減小的過程一定是自發(fā)過程。17在等溫、等壓下，吉布斯函數(shù)變化大于零的化學變化都不能進行。18系統(tǒng)由V1膨脹到V2，

2、其中經(jīng)過可逆途徑時做的功最多。19過冷水結(jié)冰的過程是在恒溫、恒壓、不做其他功的條件下進行的，由基本方程可得G = 0。20理想氣體等溫自由膨脹時，對環(huán)境沒有做功，所以 -pdV = 0，此過程溫度不變，U = 0，代入熱力學基本方程dU = TdS - pdV，因而可得dS = 0，為恒熵過程。21是非題：“某體系處于不同的狀態(tài)，可以具有相同的熵值”，此話對否？“體系狀態(tài)變化了，所有的狀態(tài)函數(shù)都要變化”，此話對否？ 絕熱可逆線與絕熱不可逆線能否有兩個交點？ 自然界可否存在溫度降低，熵值增加的過程？舉一例。 1mol理想氣體進行絕熱自由膨脹，體積由V1變到V2，能否用公式：計算該過程的熵變？22

3、在100、p時，1mol水與100的大熱源接觸，使其向真空容器中蒸發(fā)成100、p的水蒸氣，試計算此過程的S、S(環(huán))。23的適用條件是什么？24指出下列各過程中，物系的U、H、S、A、G中何者為零？ 理想氣體自由膨脹過程； 實際氣體節(jié)流膨脹過程； 理想氣體由(p1,T1)狀態(tài)絕熱可逆變化到(p2,T2)狀態(tài)； H2和Cl2在剛性絕熱的容器中反應生成HCl； 0、p時，水結(jié)成冰的相變過程； 理想氣體卡諾循環(huán)。25a mol A與b mol B的理想氣體，分別處于(T,V,pA)與(T,V,pB)的狀態(tài)，等溫等容混合為(T,V,p)狀態(tài)，那么U、H、S、A、G何者大于零，小于零，等于零？26一個剛

4、性密閉絕熱箱中，裝有H2與Cl2混合氣體，溫度為298K，今用光引發(fā)，使其化合為HCl(g)，光能忽略，氣體為理想氣體，巳知(HCl) = -94.56kJmol-1，試判斷該過程中U、H、S、A、G是大于零，小于零，還是等于零？27在一絕熱恒容箱內(nèi)，有一絕熱板將其分成兩部分，隔板兩邊各有1mol N2，其狀態(tài)分別為298K、p與298K、10p，若以全部氣體為體系，抽去隔板后，則Q、W、U、H、S 中，哪些為零？二、單選題：1適合于下列過程中的哪一個？(A)恒壓過程 ；(B)絕熱過程 ；(C)恒溫過程 ；(D)可逆相變過程 。2可逆熱機的效率最高，因此由可逆熱機帶動的火車：(A)跑的最快 ；

5、(B)跑的最慢 ；(C)夏天跑的快 ；(D)冬天跑的快 。3在一定速度下發(fā)生變化的孤立體系，其總熵的變化是什么？(A)不變 ；(B)可能增大或減小 ；(C)總是增大 ；(D)總是減小 。4對于克勞修斯不等式 ，判斷不正確的是：(A)必為可逆過程或處于平衡狀態(tài) ；(B)必為不可逆過程 ；(C)必為自發(fā)過程 ；(D)違反卡諾定理和第二定律，過程不可能自發(fā)發(fā)生 。5下列計算熵變公式中，哪個是錯誤的：(A)水在25、p下蒸發(fā)為水蒸氣：；(B)任意可逆過程： ；(C)環(huán)境的熵變：； (D)在等溫等壓下，可逆電池反應：。6當理想氣體在等溫(500K)下進行膨脹時，求得體系的熵變S = l0 JK-1，若該

6、變化中所做的功僅為相同終態(tài)最大功的 ，該變化中從熱源吸熱多少？(A)5000 J ；(B)500 J ；(C)50 J ；(D)100 J 。71mol雙原子理想氣體的是：(A)1.5R ；(B)2.5R ；(C)3.5R ；(D)2R 。8理想氣體在絕熱條件下，在恒外壓下被壓縮到終態(tài)，則體系與環(huán)境的熵變：(A)S(體) 0，S(環(huán)) 0 ；(B)S(體) 0，S(環(huán)) 0，S(環(huán)) = 0 ；(D)S(體) 0，S(環(huán)) 0，S(環(huán)) 0 ；(B)S(體) 0 ；(C)S(體) 0，S(環(huán)) = 0 ；(D)S(體) 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等容等熵條件下，過程自發(fā)進行時，下列關系肯定成立的是：(A)G 0 ；(B)F 0 ；(C)H 0 ；(D)U 0 。23實際氣體節(jié)流膨脹后，其熵變?yōu)椋?A)；(B)；(C)；(D)。24一個已充電的蓄電池以1.8 V輸出電壓放電后，用2.2 V電壓充電使其回復原狀，則總的過程熱力學量變化：(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下列過程滿足 的是：(A)恒溫恒壓(273 K，101325 Pa)下，1mol 的冰在空氣升華為水蒸氣 ；(B)氮氣與氧氣的混合氣體可逆絕熱膨脹 ；(C)理想氣體自由膨脹 ；(D)絕熱條件下化學反應 。26吉布斯自由能的含義應該是：(A)是體系能對外做非體積功的能量 ；(B)是在可逆條件下體系能對外做非體積功的能量 ；(C)是恒溫恒壓可逆條件下體系能對外做非體積功的能量 ；(D)按定義理解 G = H - TS 。27在 -10、101.325kPa下，1mol水凝結(jié)成冰的過程中，下列哪個公式可以適用：(A) U = TS； (B) ； (C) H = TS + Vp； (D) GT,

9、p = 0。28對于封閉體系的熱力學，下列各組狀態(tài)函數(shù)之間的關系中正確的是：(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在恒焓恒壓條件下，均相單組分封閉體系，達到平衡的判據(jù)是：(A)S = 0 ；(B)U = 0 ；(C)A = 0 ；(D)G = 0 。39對于雙原子分子的理想氣體，應等于：(A)；(B)；(C)；(D)。40任一單組分體系，恒溫下，其氣(g)、液(l)態(tài)的化學勢()與壓力(p)關系圖正確是：(A)(1) ；(B)(2) ；(C)(3) ；(

10、D)(4) 。三、多選題：1在以下偏導數(shù)中，大于零的有：(A)； (B)； (C)； (D)； (E)。2由熱力學基本關系式，可導出 等于：(A)；(B) -p；(C)；(D)；(E)。3體系的始態(tài)與終態(tài)之間有兩種途徑：A為可逆途徑；B為不可逆途徑。以下關系中不正確的是：(A)SA = SB ；(B)QA/T = QB/T ；(C)SB = QB/T ；(D)SA = QA/T ；(E)SB = QA/T 。4下列過程中，那些過程的G 0：(A)等溫等壓下，H2O(l,375K,p)H2O(g,375K,p) ；(B)絕熱條件下，H2(g,373K,p)H2(g,300K,0.1p) ；(C)

11、等溫等壓下，CuSO4(aq) + H2OCu(s) + H2SO4(aq) + O2(g)； (D)等溫等壓下，Zn + CuSO4(aq)ZnSO4(aq) + Cu ；(E)等溫等壓下，mCO2 + nH2O碳水化合物 。5化學反應在等溫等壓下能自發(fā)進行的判據(jù)是：(A) S 0 ； (B) G W ； (C) A 0 ； (D) BB 0 ； (E) H 0 。6在O2(理想氣體) 的如下過程中，屬于等熵過程的是：(A)絕熱恒容過程 ；(B)等溫可逆膨脹過程 ；(C) V2 V2 2 V2 ；(D)絕熱可逆膨脹；(E)絕熱恒外壓膨脹 。7等溫等壓下，反應的熱力學可能性隨溫度降低而增大的是

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下列過程中，S(系) 0，S(總) 0 的過程是：(A)等溫等壓H2O(l,270K,p)H2O(s,270K,p) ；(B)等溫等壓H2O(l,373K,p)H2O(g,373K,p) ；(C)等溫等壓H2O(l,383K,p)H2O(

13、g,383K,p) ；(D)n mol理想氣體恒外壓等溫壓縮過程 ；(E)1000K CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g) 。9378K、p下，過熱水的下列哪個物理量小于同溫同壓下水蒸氣：(A)Hm ；(B)Gm ；(C) ；(D)Sm ；(E)Am 。 10下列過程中，G 0 的是：(A)等溫等壓H2O(l,268K,p)H2O(s,268K,p) ；(B)等溫等壓H2O(l,383K,p)H2O(g,383K,p) ；(C)H2O(l,373K,p)H2O(g,373K,p)；(D)等溫等壓H2O(l,373K,506.6kPa)H2O(g,373K,506.6kPa) ；(E)

14、等溫等壓H2O(g,373K,50kPa)H2O(l,373K,50kPa) 。11常壓下 -10過冷的水變成 -10的冰，在此過程中，體系的G與H如何變化：(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過熱水蒸汽凝結(jié)成水，則體系、環(huán)境及總熵變?yōu)椋?A)S(體) 0，S(環(huán)) 0，S(總) 0 ；(B)S(體) 0，S(總) 0 ；(C)S(體) 0，S(環(huán)) 0，S(總) 0 ；(D)S(體) 0，S(總) 0，S(環(huán)) 0。4第1，2個結(jié)論正確，第3個結(jié)論錯。5錯，系統(tǒng)由同一始態(tài)出發(fā)

15、，經(jīng)絕熱可逆和絕熱不可逆過程不可能到達相同的終態(tài)。6錯，環(huán)境的熵變應加在一起考慮。7錯，要在隔離系統(tǒng)中平衡態(tài)的熵才最大。8錯。9不矛盾，因氣體的狀態(tài)變化了。10錯，如過冷水結(jié)冰。11錯，必須可逆相變才能用此公式。12錯，系統(tǒng)的熵除熱熵外，還有構(gòu)型熵。當非理想氣體混合時就可能有少許熱放出。13對。14錯。未計算環(huán)境的熵變；15錯，如過冷水結(jié)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、單選題答案：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、多選題答案：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、主觀題答案：1證明：將 dU 代入第 一定律表達式中：因 ， 又 (1) (2) ，所以 Q 不具有全微分，Q不是狀態(tài)函數(shù)。2證明：U = f(T，p) ， 又 dU = TdS-pdV ， 在等溫下： dT = 0 ， 等溫下兩邊同除以 dp ： 又 ， 3證明：等壓下，。 ，由麥克斯韋關系式：，則 代入，得： 。4證明：(1) 由于內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，所以： U3 = U1 + U2 U = Q + W， Q3 + W3 = (Q1 + W1) + (Q2 + W2)，即 Q3-(Q1 + Q2) = (W1 + W2)-W3由圖上可知：(W1 + W2)-W3 = W

18、1-W3 = ABC的面積 0 Q3-( Q1 + Q2) 0，Q3 Q1 + Q2 (2)由公式： 設 C 點溫度為 T，(在等壓下)，(在恒容下) S3 = S1 + S2 5證明： ， 則 6解：(1)等溫過程：U = H = 0， (2) U = H = 0，(3) (4) 7解： p = 0， W = 0，設計如圖，按1，2途經(jīng)計算：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，向真空膨脹：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 ，液相反應，p、T、

20、V均不變。W = -91838.8J，Q = 213635.0 J，W(體積功) = 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：確定初始和終了的狀態(tài)初態(tài)：終態(tài)：關鍵是求終態(tài)溫度，絕熱，剛性，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) = -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 + C