热力学第二定律习题and答案级.docx
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热力学第二定律习题and答案级
热力学第二定律练习(化学2007级)2009-4-9
一、选择题
1.p,100℃下,1molH2O(l)与100℃大热源接触,使水在真空容器中汽化为101.325kPa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?
()
2.1mol理想气体从p1,V1,T1分别经:
(1)绝热可逆膨胀到p2,V2,T2
(2)绝热恒外压下膨胀到,,
若p2=,则:
()
(A)=T2,=V2,=S2
(B)>T2, (C)>T2,>V2,>S2 (D) 3.在等温等压下进行下列相变: H2O(s,-10℃,p)=H2O(l,-10℃,p) 在未指明是可逆还是不可逆的情况下,考虑下列各式哪些是适用的? () (1)Q/T=ΔfusS (2)Q=ΔfusH (3)ΔfusH/T=ΔfusS (4)-ΔfusG=最大净功 (A) (1), (2) (B) (2),(3) (C)(4) (D) (2) 4.理想气体从状态I经自由膨胀到状态II,可用哪个热力学判据来判断该过程的自发性? () (A)ΔH(B)ΔG (C)ΔS(D)ΔU 5.单原子分子理想气体的CV,m=(3/2)R,温度由T1变到T2时,等压过程体系的熵变ΔSp与等容过程熵变ΔSV之比是: () (A)1: 1(B)2: 1 (C)3: 5(D)5: 3 6.1mol理想气体向真空膨胀,若其体积增加到原来的10倍,则体系、环境和孤立体系的熵变应分别为: () (A)19.14J·K-1,-19.14J·K-1,0 (B)-19.14J·K-1,19.14J·K-1,0 (C)19.14J·K-1,0,19.14J·K-1 (D)0,0,0 7.在101.3kPa下,110℃的水变为110℃水蒸气,吸热Qp,在该相变过程中下列哪个关系式不成立? () (A)S体>0 (B)S环不确定 (C)S体+S环>0 (D)S环<0 8.在一容器(是由体积相等的两部分构成)内,置入1mol理想气体,这1mol理想气体分子全部处在一方的数学概率等于: () (A)(1/2)L/[L](B)2L/[L] (C)(1/2)L/[L](D)2L/[L] 9.某气体状态方程为p=f(V)T,f(V)仅表示体积的函数,恒温下该气体的熵随体积V的增加而: () (A)增加(B)下降 (C)不变(D)难以确定 10.恒温恒压条件下,某化学反应若在电池中可逆进行时吸热,据此可以判断下列热力学量中何者一定大于零? () (A)ΔU(B)ΔH (C)ΔS(D)ΔG 11.2molH2和2molCl2在绝热钢筒内反应生成HCl气体,起始时为常温常压。 则: () (A)ΔrU=0,ΔrH=0,ΔrS>0,ΔrG<0 (B)ΔrU<0,ΔrH<0,ΔrS>0,ΔrG<0 (C)ΔrU=0,ΔrH>0,ΔrS>0,ΔrG<0 (D)ΔrU>0,ΔrH>0,ΔrS=0,ΔrG>0 12.某化学反应在300K,p下于烧杯中进行,放热60kJ·mol-1,若在相同条件下安排成可逆电池进行,吸热6kJ·mol-1,则 (1)该体系的熵变为: () (A)–200J·K-1·mol-1 (B)200J·K-1·mol-1 (C)–20J·K-1·mol-1 (D)20J·K-1·mol-1 (2)当反应进度=1mol时,可能做的最大非膨胀功为: () (A)-54kJ(B)54kJ (C)-66kJ(D)66kJ 13.对物质的量为n的理想气体,(T/p)S应等于: () (A)V/R(B)V/nR (C)V/CV(D)V/Cp 14. (1)NaOH溶解于水 (2)水溶液中,Ag++2NH3(g)[Ag(NH3)2]+ (3)HCl气体溶于水,生成盐酸 (4)2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g) (5)NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g) 上述各体系在等温等压过程中熵值减少的是: () (A) (2),(3) (B) (1),(4) (C)(4),(5) (D) (1), (2) 二、填空题 15.在绝热封闭条件下,体系的S的数值可以直接用作过程方向性的判据,S=0 表示可逆过程;S>0表示________;S<0表示__________。 16.选择“>”、“<”、“=”中的一个填入下列空格: 理想气体经节流膨胀,ΔS_____0,ΔG_____0。 17.对一封闭体系,Wf=0时,下列过程中体系的ΔU,ΔS,ΔG何者必为零? (1)绝热密闭刚性容器中进行的化学反应过程_________; (2)某物质的恒温恒压可逆相变过程_________; (3)某物质经一循环恢复原状态_________。 18.对1mol范德华气体,(S/V)T=_______________。 19.理想气体等温(T=300K)膨胀过程中从热源吸热600J,所做的功仅是变到相同终态时最大功的1/10,则体系的熵变ΔS=__________J·K-1。 20.四个麦克斯韦关系式分别是: 、、 和。 21.在横线上填上>、<、=或? (? 代表不能确定)。 水在373.15K和101325kPa下通过强烈搅拌而蒸发,则 (A)ΔS______Q/TQ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 22.对熵产生diS而言,当体系内经历可逆变化时其值________,而当体系内经历不可逆变化时其值________。 三、计算题 23.在573.15K时,将1molNe(可视为理想气体)从1000KPa经绝热可逆膨胀到100kPa。 求Q,W,ΔU,ΔH,ΔS,ΔSiso和ΔG。 已知在573.15K,1000kPa下Ne的摩尔熵Sm=144.2J·K-1·mol-1。 24.压力一直到101.325MPa,氮气仍服从下面状态方程: pVm=RT+bp,式中常数b=3.90×10-2dm3·mol-1。 试计算在500K下1molN2(g)从101.325kPa等温压缩到101.325MPa时的ΔUm,ΔHm,ΔSm,ΔFm,ΔGm。 25.在298K和101325Pa下,1mol文石转变为方解石时,体积增加2.75×10-6m3·mol-1,ΔrGm=-794.96J·mol-1。 试问在298K时,最少需要施加多大压力,方能使文石成为稳定相。 (假定体积变化与压力无关)。 26.298K,101.3kPa下,Zn和CuSO4溶液的置换反应在可逆电池中进行,做出电功200kJ,放热6kJ,求该反应的ΔrU,ΔrH,ΔrF,ΔrS,ΔrG(设反应前后的体积变化可忽略不计)。 27.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。 已知: ΔfG[298K,CaF2(s)]=-1167kJ·mol-1 ΔfG[298K,Sn(OH)2(s)]=-492kJ·mol-1 ΔfG[298K,Ca(OH)2(s)]=-899kJ·mol-1 E=-0.14VE=2.87V 28.液体的体积与压力的关系可近似地用下式表示: V=V0(1-p) 式中为压缩系数,V0是压力为0时的体积。 试导出液体在恒温时由p1变化到p2时所引起的Gibbs自由能变化的表示式。 298K时,水在中等压力下,=4.836×10-10Pa-1,试计算1mol水在298K时由 1.103×105Pa压缩到1.013×106Pa的Gibbs自由能变化。 已知: 水在298K时的比容C为1.00294×10-3m3·kg-1。 29.已知冰的摩尔熔化热为5.650kJ·mol-1(可视为常数),水的正常凝固点为0℃,求p,-10℃时,1mol过冷液体水凝结为冰时,体系的ΔG和ΔS。 30.将298K,p下的1dm3O2(作为理想气体)绝热压缩到5p,耗费功502J。 求终态的T2和S2,以及此过程中氧气的ΔH和ΔG。 已知: O2的S(O2,298K)=205.14J·K-1·mol-1,Cp,m(O2)=29.29J·K-1·mol-1。 31.在268.15K和压力为时,固态苯的摩尔熔化焓ΔfusH(T1)=9.874kJ·mol-1,求在上述条件下,1mol液态苯凝固过程中的ΔS,ΔS 环和ΔS 隔离。 已知苯的熔点为278.7K,ΔfusH(T2)=9.916kJ·mol-1,且知 Cp,m(l)=126.8J·K-1·mol-1 Cp,m(s)=122.6J·K-1·mol-1 32.已知-5℃固态苯的饱和蒸气压为0.0225p,在-5℃,p下,1mol过冷液态苯凝固时ΔS=-35.46J·K-1,放热9860J。 求: -5℃时液态苯的饱和蒸气压,设苯蒸气为理想气体。 四、问答题 33. 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。 34.在298.2K的等温情况下,两个瓶子中间有旋塞连通,开始时一瓶放0.2molO2,压力为0.2p。 另一瓶放0.8molN2,压力为0.8p,打开旋塞后,两气体相互混合,计算: (1)终态时瓶中的压力; (2)混合过程的Q,W,ΔmixU,ΔmixS,ΔmixG; (3)如果等温下可逆地使气体恢复原状,计算过程的Q和W。 35.请证明简单状态变化中,体系的熵变可表示为: dS=(CV/T)(T/p)Vdp+(Cp/T)(T/V)pdV 并导出对于理想气体,若始态为p1,V1,终态为p2,V2,Cp,CV均为常数,其熵变 ΔS=CVl
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