物理化学热力学第二定律的题

物理化学热力学第二定律的题
物理化学热力学第二定律的题

物理化学热力学第二定律的题
1. 1×105Pa下,求算393K H2O(g)的规定熵.已知：
Smø(298K,H2O,l)=69.94 J·K-1·mol –1；
Cp,m(H2O,l)=75.3 J·K-1·mol –1；
Cp,m(H2O,g)=188.7 J·K-1·mol –1；
水的气化热为4.067×104J·mol –1.

S,mø(393,H2O,g)＝Smø(298,H2O,l)＋ ＋
＋
Smø(393,H2O)=206 J·K-1·mol-1

2. 1×105Pa下,求甲苯在393K时的规定熵,已知甲苯在正常沸点383K时的汽化热为33.5kJ·mol –1,Smø(甲苯,298,l)=219.2J·K-1·mol –1,Cp,m(甲苯,l)=156.1J·K-1·mol –1,Cp,m(甲苯,g)=103.8J·K-1·mol –1.

Smø (甲苯,g,393)=Smø(甲苯,l,298)+ +
+
=348.5J·K-1·mol-1

3. 绝热容器由隔板分成两部分,分别盛有温度、压力、体积相同的两种气体(可视为理想气体)各1mol,抽去隔板两种气体混合,求该过程的ΔS,是否能利用熵判据判断该过程的性质?如何判断?

Cp,m=CV,m+R=20.78J·K-1·mol-1
Smø(600)=Smø(298)+ 
=Smø (298)+Cp,m(600/298)
=160.8J·K-1·mol-1

4. 一绝热容器由绝热隔板分成两部分,分别放置两块各1mol的金属铜,温度分别为263K和313K,抽去隔板后,两块铜达到热平衡,求其ΔS,如何用熵判据判断该过程的性质?(已知Cp,m(Cu,s)=24.5J·K-1·mol-1)

达到热平衡时的温度 T=1/2(T1+T2)=288K
ΔS=nCp,m(T/T1)+nCp,m(T/T2)=0.18 J·K-1
∵ Q=0 W=0 是孤立体系 ΔS(孤)>0
∴ 该过程是自发过程

5.27℃,1mol理想气体体积为5.00dm3,当向真空中膨胀至10.0 dm 3时,求W ,Q,
ΔU, ΔS, ΔG, ΔH.
W=0 ΔU=0 Q=0 ΔH=0
ΔS=nRln(V2/V1)=5.76 J·K-1
ΔG=-TΔS=-1.73×103 J

6. 1mol N2(理想气体)由200kPa,473K绝热膨胀(不可逆)至10.0kPa,340K,求算其ΔS.

ΔS=Cp,mln(T2/T1)+nRln(p1/p2)
=7/2 Rln(340/473)+Rln20.0
=15.3 J·K-1

7. 1mol水在373K,101.3kPa下向真空蒸发变成373K和101.3kPa的水蒸气,试计算该过程的熵变,并判断该过程是否为自发过程.
已知：水的气化热为2259J·g-1.水蒸气可视为理想气体.

ΔS(体)=nΔvapHmø／T=109 J·K-1
Q(实)=ΔU=ΔH-nRT=37561 J
ΔS(环)=-Q(实)／T=-101 J·K-1
ΔS(总)=ΔS(体)+ΔS(环)=8.0 J·K-1
∵ ΔS(总)＞0,且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程

8. 计算273K,101.3kPa下,1mol水凝结成273K的冰时的熵变.已知 冰的熔化热为 6008 J·mol-1.

273K,101.3kPa下, H2O(l)→H2O(s) 为可逆相变
ΔS=nΔvapHmø／Tb=-22.01 J·K-1

9. 1mol苯在353K,101.3kPa与353K的大热源相接触,使它向合适体积的真空器皿中蒸发完全变成101.3kPa的苯蒸气,计算该过程的熵变,并判断该过程是否为自发过程.已知：苯在353K的饱和蒸气压为101.3kPa,苯的蒸发热为394 J·g-1,苯蒸气可视为理想气体.

7:ΔS(体)=nΔvapHmø／T=87.1 J·K-1
Q(实)=ΔU=ΔH-nRT=27797 J
ΔS(环)=-Q(实)／T=-78.5 J·K-1
ΔS(总)=ΔS(体)+ΔS(环)=8.4 J·K-1
∵ ΔS(总)＞ 0 且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程

10. 1mol C6H6(l)在正常沸点353.1K下可逆蒸发,其汽化热为395 J·g-1,计算ΔS及ΔA.

ΔS=Qr／T=87.3 J·K-1
ΔA=-W (等温可逆)
=-RT=-2.94 kJ

11. 1molC6H6(l)在标准压力及353.1K(正常沸点)时,蒸发为蒸气(视为理想气体),计算此过程中的ΔA.
方法(1) ΔA=-W
W=RT=2936 J
ΔA= -RT= -2936 J
方法(2) ΔGT,p=0
ΔA=ΔG-pΔV= -RT= -2936

12. 试比较下列两个热机的最大效率：
(1)以水蒸气为工作物质,工作于403K及313K两热源之间
(2)以汞蒸气为工作物质,工作于653K及323K两热源之间.

(1) η=(T2-T1)／T2
=22.3％
(2) η=(T2-T1)／T2
=50.5％

13. 蒸汽机在393K和303K之间工作,欲使此蒸汽机做功1010J,试计算最少需要从393K热库中吸取多少热量.

此热机的最大效率η=W／Q2=(T2-T1)／T2
∴ 1010／Q2=(393-303)／393=0.229
∴ Q2=4410 J

14. 在一温度为298K的室内有一冰箱,冰箱的温度为273K,试问欲使1kg水结冰,至少要做功若干?此冰箱放热若干?已知冰的熔化热为334.7J·g-1.
β=Q1／(-W)=T1／(T2-T1)
(1000×334.7)／(-W)=273／(298-273)
∴ W=-30625 J
此冰箱对环境放热为 Q2=W-Q1= -365325J

15. 2mol理想气体在269K时,由4×105Pa,11.2dm3绝热向真空膨胀到2×105Pa,22.4dm3,计算ΔS,是否能利用熵判据判断该过程的性质?如何判断?
ΔS=nRln(V2／V1)=11.53 J·K-1
能用熵判据判断该过程的性质
ΔS(环)=-Q/T=0
ΔS(总)=ΔS(环)+ΔS(体)=11.53 J·K-1
∵ ΔS(总)＞ 0 且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程

16. 使5安培的电流经过20欧姆5秒钟,同时在电阻周围有恒温为283K的水流过,若水是大量的,试分别计算电阻和水的ΔS.
电阻的状态未发生变化,∴ ΔS(电阻)=0
Q(水)=I2Rt=2500J
ΔS(水)=Q(水)/T=8.83J·K-1

17. 恒温下将1.013×105Pa的H2与O2各2mol混合,试计算熵变(假设H2与O2为理想气体).

ΔS=-R(nAlnxA+nBlnxB)
=23.04J·K-1

18. 2mol理想气体在320K时等温可逆膨胀从1.013×106Pa变为1.013×105Pa,计算Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG.
W=Q=nRTln(p1/p2)=12251.96J
ΔU=ΔH=0
ΔA=-nRTln(p1/p2)=-12251.96J
ΔG=nRTln(p2/p1)=-12251.96J
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