热力学第二定律齐齐哈尔大学物理化学考试参考

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1、3.3 卡诺热机在T1=900K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作。求：（1）热机效率h；（2）当向低温热源放热Q2=100kJ时，系统从高温热源吸热Q1及对环境所作的功W。3.7已知水的比定压热容cp4.184Jg-1K-1。今有1 kg，10的水经下述三种不同过程加热成100的水，求各过程的DSsys，DSamb，及DSiso。（1）系统与100热源接触；（2）系统先与55热源接触至热平衡，再与100热源接触；（3）系统先后与40，70的热源接触至热平衡，再与100热源接触。解：（1）（2）（3）系统的始终态与（1）、（2）相同，所以熵变与（1）、（2）相同，3.112mol双原子

2、理想气体从始态300 K，50 dm3，先恒容加热至400 K，再恒压加热使体积增大到 100 dm3 。求整个过程的Q，W，DU，DH，DS。解：2 mol，P1T1=300 KV1 =50 dm3，2mol，T2=400 KP2，V2 = V12mol，T3P3=P2，V2系统终态压力系统终态温度双原子理想气体CV，m=2.5R， Cp，m=CV，m+R=3.5R3.122mol某双原子理想气体的(298K)=205.1Jmol-1K-1。从298K，100kPa的始态，沿pT=常数的途径可逆压缩到200kPa的终态，求整个过程的Q，W，DU，DH，DS和DG。3.143mol双原子理想气

3、体从始态100kPa，75dm3，先恒温可逆压缩使体积缩小至50dm3，再恒压加热至100dm3，求整个过程的Q，W，DU，DH及DS。3.15 5 mol单原子理想气体从始态300K，50kPa，先绝热可逆压缩至100kPa，再恒压冷却使体积缩小至85 dm3，求整个过程的Q，W，DU，DH及DS。解：5 mol，300 K50 kPa，V15 mol，T2100 kPa，V25 mol，T3100 kPa，85 dm3单原子理想气体CV，m=1.5R， Cp，m=CV，m+R=2.5R，绝热过程方程式：，有：系统终态温度 ， ，3.16 始态300 K，1 MPa的单原子理想气体2 mol

4、，反抗0.2 MPa的恒定外压绝热不可逆膨胀至平衡态。求过程的W，DU，DH及DS。3.21 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为2 mol的200 K ，50dm3的单原子理想气体A，另一侧为3 mol的400 K，100dm3的双原子理想气体B。今将容器中的绝热隔板撤去，气体A与气体B混合达到平衡态。求过程的DS。解：设系统达到平衡时温度为T。将容器中的气体作为系统，因为绝热，Q0，环境不对系统作功，W0，所以DU0。则平衡时温度 其中，单原子理想气体CV，m（A）=1.5R，双原子理想气体CV，m（B）=2.5R则有 3.23 甲醇(CH3OH)在101.325kPa下的沸点（正常

5、沸点）为64.65，在此条件下的摩尔蒸发焓。求上述温度、压力条件下，1kg液态甲醇全部成为甲醇蒸汽时的Q，,W，DU，DH及DS。3.24298.15K，101.325kPa下，1mol过饱和水蒸气变为同温同压下的液态水，求此过程的DS及DG。并判断此过程能否自动进行？已知298.15K时水的饱和蒸气压为3.166kPa，质量蒸发焓为2217 Jg-1。3.26 常压下冰的熔点为0，比熔化焓Dfush=333.3 Jg-1。水和冰的比定压热容分别为cp(H2O,l)4.184Jg-1K-1及cp(H2O,s)2.000 Jg-1K-1。系统的始态为一绝热容器中的1 kg，25的水及0.5 kg

6、，10的冰。求系统达到平衡态后，过程的DS。解：这是一个绝热恒压过程。1kg，25的水降温到0，放出的热量为：Q(水) = m(水) cp(水) (250) = 10004.18425 = 104.6 kJ0.5kg，10的冰升温到0，吸收的热量为：Q(冰) = m(冰) cp(冰) 0(10) = 5002.00010= 10.0kJ若冰全部融化所需热为：Q fus (冰) = m (冰)Dfush = 500333.3 = 166.65kJ因为Q(冰)Q(水)Q(冰)Q fus (冰)，即1 kg，25的水降温到0，放出的热量足以使0.5 kg，10的冰升温到0，但不可能将0.5 kg冰全

7、部融化，所以终态时是冰水混合物，终态温度T= 0（273.15K）。设有xg冰融化，则m(水) cp(水) (250) = m(冰) cp(冰) 0(10)xDfush10004.18425= 5002.00010x333.3x=283.83 g3.28 将装有0.1 mol乙醚(C2H5)2O (l)的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭的真空容器中，并在35.51 的恒温槽中恒温。35.51 为在101.325 kPa下乙醚的沸点。已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓DvapHm=25.104kJmol1。今将小玻璃瓶打破，乙醚蒸发至平衡态。求：（1）乙醚蒸气的压力；（2）过程的Q，DU，DH

8、及DS。解：（1）假定0.1 mol乙醚全部蒸发成蒸气，则乙醚蒸气压（35.51时乙醚的饱和蒸气压），表明假定0.1mol乙醚全部蒸发成蒸气是正确的。（2）题设过程是一个恒容蒸发过程 题中所给过程是向真空容器的不可逆蒸发过程，在恒温35.51条件下，设计可逆过程：0.1mol乙醚 (l)101.325 kPa0.1mol乙醚 (g)101.325 kPa0.1mol乙醚 (g)25.662 kPa3.29 已知苯（C6H6）在101.325 kPa下于80.1 沸腾，DvapHm= 30.878 kJmol1。液体苯的定压摩尔热容Cp，m = 142.7 Jmol-1K-1。今将40.53 k

9、Pa，80.1的苯蒸气1mol，先恒温可逆压缩至101.325 kPa，并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60。求整个过程的Q，W，DU，DH及DS。1mol , 苯 (g)80.140.53 kPa1mol, 苯 (g)80.1101.325 kPa1mol, 苯 (l)80.1101.325 kPa1mol, 苯 (l)60101.325 kPa解：如图所示：（1）恒温可逆压缩过程，设苯蒸气为理想气体，则T1=273.15+80.1=353.25 K ，T2=273.15+60=333.15 K（2）恒温恒压可逆相变过程，,（3）恒压冷却过程，整个过程 3.33 已知25 时液态水的标准

10、摩尔生成吉布斯函数（H2O，l）237.129kJmol-1，水在25时的饱和蒸气压=3.1663 kPa。求25 时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。3.36 已知水的沸点为100 ，其比蒸发焓Dvaph = 2257.4 kJkg-1。已知液态水和水蒸气在100120 范围内的平均比定压热容分别为 = 4.224kJkg-1K-1及= 2.033kJkg-1K-1。今有101.325 kPa下120 的1 kg的过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。设计可逆途径，并按可逆途径分别求过程的DS及DG。解：设计可逆过程：1 kg H2O (l) 373.15 K, 101.325 kPa1 kg

11、H2O (g) 373.15 K, 101.325 kPa1 kg H2O (l) 393.15 K, 101.325 kPa1 kg H2O (g) 393.15 K, 101.325 kPa过程（1）是H2O (l)的恒压降温过程过程（2）是水的恒温恒压可逆相变过程过程（3）是H2O (g)的恒压升温过程3.37 已知在100 kPa下水的凝固点为0 ，在-5 ，过冷水的比凝固焓= -322.4 Jg-1，过冷水和冰的饱和蒸气压分别为(H2O，l) = 0.422 kPa和(H2O，s) = 0.414 kPa。今在100 kPa下，有-5 1 kg的过冷水变为同样温度、压力下的冰，设计可

12、逆途径，分别按可逆途径计算过程的DS及DG。解：设计可逆过程：1 kg H2O (g) 268.15 K, 0.414 kPa1 kg H2O (g) 268.15 K, 0.422 kPa1 kg H2O (l) 268.15 K, 0.422 kPa1 kg H2O (l) 268.15 K, 100 kPa1 kg H2O (s) 268.15 K, 0.414 kPa1 kg H2O (s) 268.15 K, 100 kPa过程（1）（5）分别是（H2O，l）、（H2O，s）的恒压变温过程，忽略压力对凝聚态DG的影响，则。过程（2）（4）分别是268.15 K是水的蒸发及凝华过程，均

13、为可逆相变，则。过程（3）是水蒸气的恒温变压过程1 kg-5水的凝固焓为：3.38 已知在-5 ，水和冰的密度分别为（H2O，l）= 999.2 kgm3和（H2O，s）= 916.7 kgm3。在-5 ，水和冰的相平衡压力为59.8 MPa。今有-5 的1 kg水在100 kPa下凝固成同样温度压力下的冰，求过程的DG。假设水和冰的密度不随压力改变。解：设计可逆过程：1 kg H2O (l) 268.15 K, 59.8 MPa1 kg H2O (s) 268.15 K, 59.8 MPa1 kg H2O (l) 268.15 K, 100 kPa1 kg H2O (s) 268.15 K, 100 kPa1 kg水的体积 1 kg冰的体积 3.40化学反应如下：CH4(g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g)（1）利用附录中各物质的，数据，计算上述反应在25的，；（2）利用附录中各物质的数据，计算上述反应在25的；（3）25，若始态CH4(g)和CO2(g)的分压均为150kPa，末态2CO(g)和2H2(g)的分压均为50kPa，求反应的DrSm，DrGm。