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03热力学第二定律答案

03热力学第二定律答案
03热力学第二定律答案

热力学第二定律答案

一、选择题 1. [ D ]

解:卡诺循环的效率1

21T T -=η只与二热源温度有关,曲线所围面积在数值上等于净功,所

以净功增大,效率不变。

2. [ B ]

解:卡诺循环效率1

21T T -=η,

1

1

21

1

22

1

21)(,

T T T T T T T T T T T ?=

?--

=???=

?=

?ηη

因为12T T <,所以由上二式可知,12ηη?>?。

3. [ D ]

解:在二热源之间工作的卡诺热机效率最大值

%25400

3001112=-=-

T T =理论η

而设计热机的预计效率为%561800

10001

==

=

Q A η理论η>这是不可能的。

4. [ B ]

解:绝热线与等温线相交,在交点处,绝热线斜率值大于等温线,所以(A )错;二条绝热

线不可能相交;所以(C )、(D )错。

5. [ D ] 解:(1)、(3)、(5)中分子的无序度增大,熵增加。

6. [ A ]

解:绝热自由膨胀,0,0==Q A ,所以0=?E ,但无序度增加,所以内能不变,熵增

加。

二、填空题

(D)

(C)

(A)(B)

1. 112

3V P A =

;△E = 0 。

解:AB 过程中系统作功 A = 梯形面积 =

()()1111112

3222

1V p V V p p =

-+

又因为B B A A V p V p =,A 、B 在同一等温线上,B A T T =,所以0=?E 。 2. 1

1+=

w η。

解:1

1,

111

2

12

112

12+=

-=

-=

-+=+w T T T T T T T T T w η 。

3. Q < νC p )(a b T T - 解:=净Q Q =半圆abca 面积, ()E A T T vC Q a b p ab ?+=-=

=矩形a b V abV 面积()a b V T T vC -+

因为,2a C p p = 所以acba a

V abV

S S b >

又, 0)(>-=?a b V T T C E ν, 所以Q Q ab >

4. 热力学第二定律的克劳修斯叙述是:热量不能自动地从低温物体传向高温物体;

开尔文叙述是:不可能制成一种循环动作的热机,只从单一热源吸热完全转变为有用功而其它物体不发生任何变化。

5. 从统计的意义来解释:

不可逆过程实际上是一个从概率较小的状态到概率较大的状态的转变过程。

一切实际过程都向着状态的概率增大(或熵增加)的方向进行。

6. 熵是大量微观粒子热运动所引起的无序性的定量量度。若一定量的理想气体经历一个等温膨胀过程,它的熵将 增加 (填入:增加,减少,不变)。

三、计算题

1. 解:水蒸汽的质量M =36×10-3 kg 水蒸汽的摩尔质量M mol =18×10-3 kg ,i = 6

(1) W da = p a (V a -V d )=-5.065×103 J 2分

(2) ΔE ab =(M /M mol )(i /2)R (T b -T a )

=(i /2)V a (p b - p a )

=3.039×104 J 2分 (3) 914)/(==

R

M

M V p T mol

a

b b K

W bc = (M /M mol )RT b ln(V c /V b ) =1.05×104 J

净功 W =W bc +W da =5.47×103 J 3分

2p p 1

V 1

O

p p

(4) Q 1=Q ab +Q bc =ΔE ab +W bc =4.09×104 J

η=W / Q 1=13% 3分

2. 解:在ab 过程中,外界作功为 1

221ln

||p p RT M

M A mol

=

' 2分

在bc 过程中,外界作功 )(||121T T R M

M A mol

-=

'' 2分

在cd 过程中从低温热源T 1吸取的热量2Q '等于气体对外界作的功2

A ',其值为 ='='22

A Q 1

22ln

p p RT M

M mol

2分

在da 过程中气体对外界作的功为 )(122

T T R M

M A m o l

-='' 2分

致冷系数为 22

112

||||A A A A Q w ''-'-''+''=

)

(ln

)(ln

ln

121

21121

221

21T T p p T T T p p T p p T ----+=

1

21T T T -=

2分

3. 解:卡诺热机效率1

21

211T T Q Q -

=-

热机传给暖气系统热量 11

32Q T T Q =

(1)

同理,卡诺致冷机从天然蓄水池中吸收热量:

A T T T A Q 2

322'-=

于是有卡诺致冷机传给暖气的热量'1Q :

???

?

??--=

-=

+-=

+=1323132

3312

32211''T T T T Q T T T A T Q T T A T A Q Q η

(2)

从(1)、(2)两式,再考虑到()J 10

1.27

1?=Q ,可得暖气系统共吸收热量

()()11

233

2112'Q T T T T T T Q Q Q --=

+=()()()()

()J 1027.6273210156027360152107

?=+?-+?-=

第03章 热力学第二定律

第3章 热力学第二定律 练 习 1、发过程一定是不可逆的。而不可逆过程一定是自发的。上述说法都对吗?为什么? 答案:(第一句对,第二句错,因为不可逆过程可以是非自发的,如自发过程的逆过程。) 2、什么是可逆过程?自然界是否存在真正意义上的可逆过程?有人说,在昼夜温差较大的我国北方冬季,白天缸里的冰融化成水,而夜里同样缸里的水又凝固成冰。因此,这是一个可逆过程。你认为这种说法对吗?为什么? 答案:(条件不同了) 3、若有人想制造一种使用于轮船上的机器,它只是从海水中吸热而全部转变为功。你认为这种机器能造成吗?为什么?这种设想违反热力学第一定律吗? 答案:(这相当于第二类永动机器,所以不能造成,但它不违反热力学第一定律) 4、一工作于两个固定温度热源间的可逆热机,当其用理想气体作工作介质时热机效率为 η 1,而用实际气体作工作介质时热机效率为 η2,则 A .η1>η2 B .η1<η2 C.η1=η2 D.η1≥η2 答案:( C ) 5、同样始终态的可逆和不可逆过程,热温商值是否相等?体系熵变 ΔS 体 又如何? 答案:(不同,但 ΔS 体 相同,因为 S 是状态函数,其改变量只与始、终态有关) 6、下列说法对吗?为什么? (1)为了计算不可逆过程的熵变,可以在始末态之间设计一条可逆途径来计算。但绝热过程例外。 (2)绝热可逆过程 ΔS =0,因此,熵达最大值。 (3)体系经历一循环过程后,ΔS =0 ,因此,该循环一定是可逆循环。 (4)过冷水凝结成冰是一自发过程,因此,ΔS >0 。 (5)孤立系统达平衡态的标态是熵不再增加。 答案:〔(1) 对,(2) 不对,只有孤立体系达平衡时,熵最大,(3)不对,对任何循环过程,ΔS =0 不是是否可逆,(4) 应是 ΔS 总>0,水→冰是放热,ΔS <0,ΔS >0,(5) 对〕

热力学第二定律习题详解

习题十一 一、选择题 1.你认为以下哪个循环过程是不可能实现的 [ ] (A )由绝热线、等温线、等压线组成的循环; (B )由绝热线、等温线、等容线组成的循环; (C )由等容线、等压线、绝热线组成的循环; (D )由两条绝热线和一条等温线组成的循环。 答案:D 解:由热力学第二定律可知,单一热源的热机是不可能实现的,故本题答案为D 。 2.甲说:由热力学第一定律可证明,任何热机的效率不能等于1。乙说:热力学第二定律可以表述为效率等于100%的热机不可能制成。丙说:由热力学第一定律可以证明任何可逆热机的效率都等于2 1 1T T -。丁说:由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机的效率等于2 1 1T T - 。对于以上叙述,有以下几种评述,那种评述是对的 [ ] (A )甲、乙、丙、丁全对; (B )甲、乙、丙、丁全错; (C )甲、乙、丁对,丙错; (D )乙、丁对,甲、丙错。 答案:D 解:效率等于100%的热机并不违反热力学第一定律,由此可以判断A 、C 选择错误。乙的说法是对的,这样就否定了B 。丁的说法也是对的,由效率定义式2 1 1Q Q η=-,由于在可逆卡诺循环中有2211Q T Q T =,所以理想气体可逆卡诺热机的效率等于21 1T T -。故本题答案为D 。 3.一定量理想气体向真空做绝热自由膨胀,体积由1V 增至2V ,此过程中气体的 [ ] (A )内能不变,熵增加; (B )内能不变,熵减少; (C )内能不变,熵不变; (D )内能增加,熵增加。 答案:A 解:绝热自由膨胀过程,做功为零,根据热力学第一定律2 1V V Q U pdV =?+?,系统内能 不变;但这是不可逆过程,所以熵增加,答案A 正确。 4.在功与热的转变过程中,下面的那些叙述是正确的?[ ] (A )能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之完全变为有用功;

第二章 热力学第二定律

第二章热力学第二定律 一、单选题 1) 理想气体绝热向真空膨胀,则() A. ?S = 0,?W = 0 B. ?H = 0,?U = 0 C. ?G = 0,?H = 0 D. ?U =0,?G =0 2) 对于孤立体系中发生的实际过程,下式中不正确的是() A. W = 0 B. Q = 0 C. ?S > 0 D. ?H = 0 3) 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程,则() A. 可以从同一始态出发达到同一终态。 B. 不可以达到同一终态。 C. 不能确定以上A、B中哪一种正确。 D. 可以达到同一终态,视绝热膨胀还是绝热压缩而定。 4) 1mol,100℃及p?下的水向真空蒸发为p?,373K的水蒸汽,过程的△A为( )K J A. 0 B. 0.109 C.-3.101 D.40.67 5) 对于封闭体系的热力学,下列各组状态函数之间的关系中正确的是:() (A) A > U; (B) A < U; (C) G < U; (D) H < A。 6) 将氧气分装在同一气缸的两个气室内,其中左气室内氧气状态为p1=101.3kPa,V1=1dm3,T1=273.2K;右气室内状态为p2=101.3kPa,V2=1dm3,T2=273.2K;现将气室中间的隔板抽掉,使两部分气体充分混合。此过程中氧气的熵变为: ( ) A. ?S >0 B. ?S <0 C. ?S =0 D. 都不一定 7)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分别为( )J·K-1 A. 19.14, -19.14, 0 B. -19.14, 19.14, 0 C. 19.14, 0, 19.14 D. 0 , 0 , 0 8) 1 mol,373 K,p?下的水经下列两个不同过程变成373 K,p?下的水蒸汽,(1) 等温等压可逆蒸发,(2) 真空蒸发,这两个过程中功和热的关系为:( ) (A) W1> W2Q1> Q2(B) W1< W2Q1> Q2 (C) W1= W2Q1= Q2(D) W1> W2Q1< Q2 9)封闭系统中, W'= 0,恒温恒压下的化学反应可用( )计算系统的熵变. A. ΔS=Q/T; B. ΔS=ΔH/T; C. ΔS=(ΔH-ΔG)/T D. ΔS=nRln( V2/V1) 10) 理想气体经历等温可逆过程,其熵变的计算公式是:( ) A. ?S =nRT ln(p1/p2) B. ?S =nRT ln(V2/V1) C. ?S =nR ln(p2/p1) D. ?S =nR ln(V2/V1) 11) 固体碘化银(AgI)有α和β两种晶型,这两种晶型的平衡转化温度为419.7K,由α型转化为β型时,转化热等于6462J·mol-1,由α型转化为β型时的熵变?S 应为:( ) J·K-1 A. 44.1 B. 15.4 C. -44.1 D. -15.4 12) dA= -SdT-PdV适用的过程是()。 A.理想气体向真空膨胀B.-10℃,100KPa下水凝固为冰 C.N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g)未达平衡D.电解水制取氧 13) 封闭系统中发生等温等压过程时,系统的吉布斯函数改变量△G等于() A.系统对外所做的最大体积功, B. 可逆条件下系统对外所做的最大非体积功, C.系统对外所做的最大总功, D. 可逆条件下系统对外做的最大总功. 14) 在p?下,373K的水变为同温下的水蒸汽。对于该变化过程,下列各式中哪个正确:( ) A.?S体+?S环> 0 B. ?S体+?S环 < 0 C.?S体+?S环 = 0 D. ?S体+?S环的值无法确定 15) 某体系等压过程A→B的焓变?H与温度 T无关,则该过程的:() (A) ?U与温度无关 (B) ?S与温度无关 (C) ?A与温度无关;(D) ?G与温度无关。 16) 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p2′,V2′,T2′,若p2 = p2′ 则:( ) A.T2′= T2, V2′= V2, S2′= S2 B.T2′> T2, V2′< V2, S2′< S2 C.T2′> T2, V2′> V2, S2′> S2 D.T2′< T2, V2′< V2, S2′< S2

第三章 热力学第二定律自测题

第三章 热力学第二定律自测题 一、选择题 1.理想气体与温度为T 的大热源接触做等温膨胀,吸热Q ,所做的功是变到相同终态的最大功的20%,,则系统的熵变为( )。 (a )T Q (b )0 (c ) T Q 5 (d )T Q - 2.系统经历一个不可逆循环后( )。 (a )系统的熵增加 (b )系统吸热大于对外做功 (c )环境的熵一定增加 (d )环境热力学能减少 3.室温下对一定量的纯物而言,当W f =0时,V T A ??? ????值为( ) 。 (a )>0 (b )<0 (c )0 (d )无定值 4.B B n S n T p H p G ,,???? ????=???? ????,该式使用条件为( )。 (a )等温过程 (b )等熵过程 (c )等温、等熵过程 (d )任何热力学平衡系统 5.某化学反应若在300K ,101325Pa 下在试管中进行时放热6?104 J ,若在相同条件下通过可逆电池进行反应,则吸热6?103 J ,该化学反应的熵变?S 系为( )。 (a )-200J ·K -1 (b )200J ·K -1 (c )-20J ·K -1 (d )20J ·K -1 6.题5中,反应在试管中进行时,其环境的?S 环为( )。 (a )200J ·K -1 (b )-200J ·K -1

(c )-180J ·K -1 (d )180J ·K -1 7.在题5中,该反应系统可能做的最大非膨胀功为( )。 (a )66000J (b )-66000J (c )54000J (d )-54000J 8.在383K ,101325Pa 下,1mol 过热水蒸气凝聚成水,则系统、环境及总的熵变为( )。 (a )?S 系 <0,?S 环 <0,?S 总 <0 (b )?S 系 <0,?S 环 >0,?S 总 >0 (c )?S 系 >0,?S 环 >0,?S 总 >0 (d )?S 系 <0,?S 环 >0,?S 总 <0 9.1mol van der waals 气体的T V S ??? ????应等于( ) 。 (a ) b V R m - (b )m V R ( c )0 ( d )b V R m -- 10.可逆机的效率最高,在其他条件相同的情况下假设由可逆机牵引火车,其速度将( )。 (a )最快 (b )最慢 (c )中等 (d )不确定 11.水处于图中A 点所指状态,则C p 与C V (a )C p > C V (b )C p < C V (c )C p = C V (d )无法比较 12.在纯物的S -T 图中,通过某点可以分别作出等容线和等压线,其斜率分别为V T S ??? ????= x 和p T S ??? ????= y ,则在该点两曲线的斜率关系为( )。 (a )x < y (b )x = y V

物理化学第二章 热力学第一定律

第二章 热力学第一定律 一.基本要求 1.掌握热力学的一些基本概念,如:各种系统、环境、热力学状态、系 统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2.能熟练运用热力学第一定律,掌握功与热的取号,会计算常见过程中 的, , Q W U ?和H ?的值。 3.了解为什么要定义焓,记住公式, V p U Q H Q ?=?=的适用条件。 4.掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数,能熟练地运用热力学 第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中, , , , U H W Q ??的计算。 二.把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中,能量守恒与转换的问题,所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事,要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做 习题等反反复复地加深印象,才能建立热力学的概念,并能准确运用这些概念。 例如,功和热,它们都是系统与环境之间被传递的能量,要强调“传递”这 个概念,还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变 化的过程联系在一起。譬如,什么叫雨?雨就是从天而降的水,水在天上称为云, 降到地上称为雨水,水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨,也就是说, “雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中,还可以列举出其他与过程有关的 名词,如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式,但是,它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热,除热以外, 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之 间,系统内部传递的能量既不能称为功,也不能称为热,仅仅是热力学能从一种 形式变为另一种形式。同样,在环境内部传递的能量,也是不能称为功(或热) 的。例如在不考虑非膨胀功的前提下,在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化,由于与环境之间没有热的交换,也没有功的交换,所 以0, 0, 0Q W U ==?=。这个变化只是在系统内部,热力学能从一种形式变为

第三章热力学第二定律(总复习题含答案)

第三章热力学第二定律 一、选择题 1、如图,可表示理想气体卡诺循环的示意图是:() (A) 图⑴(B) 图⑵(C) 图⑶ (D) 图⑷ 2、工作在393K 和293K 的两个大热源间的 卡诺热机,其效率约为() (A) 83%(B) 25%(C) 100%(D) 20% 3、不可逆循环过程中,体系的熵变值()(A) 大于零(B) 小于零(C)等于零(D) 不能确 4、将 1 mol 甲苯在101.325 kPa,110 ℃(正常沸点)下与110 ℃的热源接触,使它向真空容器中汽化,完全变成101.325 kPa 下的蒸气。该过程的:() (A) Δvap S m= 0 (B) Δvap G m= 0 (C) Δvap H m= 0 (D) Δvap U m= 0 5、1mol 理想气体从300K ,1×10 6Pa 绝热向真空膨胀至1×105Pa,则该过程() (A) ΔS>0、ΔG>ΔA (B) ΔS<0、ΔG<ΔA(C)ΔS=0、ΔG=ΔA (D) ΔA<0、ΔG=ΔA 6、对理想气体自由膨胀的绝热过程,下列关系中正确的是( )(A) ΔT>0、ΔU>0、ΔS>0 (B) ΔT<0、ΔU<0、ΔS<0 (C)ΔT=0、ΔU=0、ΔS=0 (D) ΔT=0、ΔU=0、ΔS>0 7、理想气体在等温可逆膨胀过程中( )(A) 内能增加(B) 熵不变(C)熵增加(D)内能减少8、根据熵的统计意义可以 判断下列过程中何者的熵值增大?()(A) 水蒸气冷却成水(B) 石灰石分解生成石灰(C) 乙烯聚 合成聚乙烯(D) 理想气体绝热可逆膨胀 9、热力学第三定律可以表示为:() (A) 在0 K 时,任何晶体的熵等于零(B) 在0 K 时,任何完整晶体的熵等于零 (C) 在0 ℃时,任何晶体的熵等于零(D) 在0 ℃时,任何完整晶体的熵等于零 10、下列说法中错误的是( ) (A) 孤立体系中发生的任意过程总是向熵增加的方向进行 (B)体系在可逆过程中的热温商的加和值是体系的熵变 (C)不可逆过程的热温商之和小于熵变 (D)体系发生某一变化时的熵变等于该过程的热温商 11、两个体积相同,温度相等的球形容器中,装有同一种气体,当连接两容器的活塞打开时,熵变为( )(A) ΔS=0 (B)ΔS>0 (C)ΔS<0 (D) 无法判断 12、下列过程中系统的熵减少的是( ) (A) 在900 O C 时CaCO (s) →CaO(S)+CO2(g) (B) 在0O C、常压下水结成冰 3 (C)理想气体的恒温膨胀(D)水在其正常沸点气化 13、水蒸汽在373K,101.3kPa 下冷凝成水,则该过程( ) (A) ΔS=0 (B)ΔA=0 (C)ΔH=0 (D) ΔG=0 14、1mol 单原子理想气体在TK 时经一等温可逆膨胀过程,则对于体系( ) (A) ΔS=0、ΔH=0 (B)ΔS>0、ΔH=0 (C)ΔS<0、ΔH>0 (D)ΔS>0、ΔH>0 3 3 等温可逆膨胀到100dm ,则此过程的( ) 15、300K 时5mol 的理想气体由10dm (A) ΔS<0;ΔU=0 (B) ΔS<0;ΔU<0 (C)ΔS>0;ΔU>0 (D) ΔS>0;ΔU=0 16、某过冷液体凝结成同温度的固体,则该过程中( ) (A) ΔS环( )<0 (B)ΔS系()> 0 (C)[ΔS系( )+ ΔS环( )]<0 (D)[ΔS系( )+ ΔS环( )]>0 17、100℃,1.013 ×10 5Pa下的1molH O(l)与100℃的大热源相接触,使其向真空器皿中蒸发成100℃,1.013 ×105Pa的H2O(g), 2 判断该过程的方向可用( ) (A) ΔG (B)ΔS系( ) (C)ΔS总( ) (D)ΔA 18、下列四个关系式中,哪一个不是麦克斯韦关系式? (A) ( T/ V)s=( T/ V)p (B)( T/ V)s=( T/ V)p (C) ( T/ V)T=( T/ V)v (D) ( T/ V)T= -( T/ V)p

3.热力学第二定律

第三章 热力学第二定律概念理解 一、判断题 1. 不可逆过程一定是自发过程。 2. 绝热可逆过程的?S = 0,绝热不可逆膨胀过程的?S > 0,绝热不可逆压缩过程的?S < 0。 3. 为了计算绝热不可逆过程的熵变,可以在始末态之间设计一条绝热可逆途径来计算。 4. 平衡态的熵最大。 5. 理想气体经等温膨胀后,由于?U = 0,所以吸的热全部转化为功,这与热力学第二定律相矛盾。 6. 吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 7.在等温、等压下,吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。 8.系统由V1膨胀到V2,其中经过可逆途径时做的功最多。 9. 理想气体等温自由膨胀时,对环境没有做功,所以 -pdV = 0,此过程温度不变,?U = 0,代入热力学基本方程dU = TdS - pdV ,因而可得dS = 0,为恒熵过程。 10. 某体系处于不同的状态,可以具有相同的熵值。 11. 在任意一可逆过程中?S = 0,不可逆过程中?S > 0。 12. 由于系统经循环过程后回到始态,?S = 0,所以一定是一个可逆循环过程。 13. 过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的,由方程dG=-SdT+Vdp 可得ΔG = 0。 14. 熵增加的过程一定是自发过程。 15. 自然界发生的过程一定是不可逆过程。 16. 系统达平衡时,Gibbs 自由能最小。 17. 体系状态变化了,所有的状态函数都要变化。 18. 当系统向环境传热时(Q < 0),系统的熵一定减少。 19. 相变过程的熵变可由(Qtra/Ttra)计算。 20. 一切物质蒸发时,摩尔熵都增大。 二、选择题 21. 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ΔSsys 及环境的熵变ΔSsur 应为: (A)sys sur 0,0S S ?>?= (B)sys sur 0,0S S ??< (D)sys sur 0,0S S ? 22. 在绝热条件下,用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体,此过程的熵变: (A)大于零 (B)小于零 (C)等于零 (D)不能确定 23. H2(g)和O2(g)在绝热钢瓶中化合生成水的过程: (A)0H ?= (B)0U ?= (C)0S ?= (D)0G ?= 24. 在大气压力和273.15K 下水凝结为冰,判断下列热力学量中哪一个一定为零: (A)U ? (B)H ? (C)S ? (D)G ? 25. 在N2和O2混合气体的绝热可逆压缩过程中,系统的热力学函数变化值在下列结论中正确的是: (A)0U ?= (B)0A ?= (C)0S ?= (D)0G ?=

第03章 热力学第二定律

思考题 1.自发过程一定是不可逆的,所以不可逆过程一定是自发的。这说法对吗? 2.空调、冰箱不是可以把热从低温热源吸出,放给高温热源吗?这是否与第二定律矛盾呢? 3.能否说系统达平衡时熵值最大,Gibbs 自由能最小? 4.某系统从始态出发,经一个绝热不可逆过程到达终态。为了计算熵值,能否设计一个绝热可逆过程来计算? *5.C p,m 是否恒大于C V ,m ? 6.将压力为101.3kPa ,温度为268.2K 的过冷液体苯,凝固成同温、同压的固体苯。已知苯的凝固点T f 为278.7K ,如何设计可逆过程? 7.下列过程中,Q 、W 、△U 、△H 、△S 、△G 和△A 的数值哪些为零?哪些的绝对值相等? (1)理想气体真空膨胀;(2)*实际气体绝热可逆膨胀;(3)水在冰点结成冰;(4)理想气体等温可逆膨胀;(5)H 2(g)和O 2(g)在绝热钢瓶中生成水。 *8.箱子一边是1molN 2(100kPa),另一边是2molN 2(200kPa),298K 时抽去隔板后的熵变值如何计算? 9.指出下列理想气体等温混合的熵变值。 (1)1molN 2(g,1V) + 1molN 2(g,1V) = 2molN 2(g,1V) (2)1molN 2(g,1V) + 1molAr(g,1V) = (1molN 2 + 1molAr)(g,1V) (3)1molN 2(g,1V) + 1molN 2(g,1V) = 2molN 2(g,2V) 10.四个热力学基本公式适用的条件是什么?是否一定要可逆过程? 概念题 1 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 sys 及环境的熵变△S sur 因为: (A )△S sys >0,△S sur =0 (B )△S sys <0,△S sur =0 (C )△S sys >0,△S sur <0 (D )△S sys <0,△S sur >0 2 在绝热条件下,用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体,此过程度熵变: (A )大于零 (B )小于零 (C )等于零 (D )不能确定 3 H 2(g)和O 2(g)在绝热钢瓶中化合,生成水的过程: (A )△H =0 (B )△U =0 (C )△S =0 (D )△G =0 4 在大气压力和273.15K 下水凝结为冰,判断下列热力学量中哪一个一定为零: (A )△U (B )△H (C )△S (D )△G 5 在N 2和O 2混合气体的绝热可逆压缩过程中,系统的热力学函数变化值在下列结论中正确的是: (A )△U =0 (B )△A =0 (C )△S =0 (D )△G =0 6 单原子分子理想气体的 ,温度由T 1变到T 2 时,等压过程系统的熵变△S p 和等容过程系统的熵变△S V 之比是: (A )1:1 (B )2:1 (C )3:5 (D )5:3 7 水在373K ,101325 Pa 的条件下气化为同温同压的水蒸气,热力学函数变量为△U 1,△H 1,△G 1;现把 的水(温度、压力同上)放在恒温373K 的真空箱中,控制体积,使系统终态蒸气压也为101325 Pa ,这时热力学函数变量为△U 2,△H 2,△G 2。这两组热力学函数的关系为: (A ) (B ) (C ) (D ) R C m V 23,=kg 3101-?kg 310 1-?212121,,G G H H U U ?>??>??>?212121,,G G H H U U ???=?

第3章 热力学第一定律

第3章 热力学第一定律 3.1 基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念,深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀(压缩)功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 3.2 本章重点 1.必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法,步骤如下: 1)根据需要求解的问题,选取热力系统。 2)列出相应系统的能量方程 3)利用已知条件简化方程并求解 4)判断结果的正确性 2.深入理解热力学第一定律的实质,并掌握其各种表达式(能量方程)的使用对象和应用条件。 3.切实理解热力学中功的定义,掌握各种功量的含义和计算,以及它们之间的区别和联系,切实理解热力系能量的概念,掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。 4.在本章学习中,要更多注意在稳态稳定流动情况下,适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与应用。 3.3 例 题 例1.门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解:按题意,以门窗禁闭的房间为分析对象,可看成绝热的闭口系统,与外界无热量交换,Q =0,如图3.1所示,当安置在系统内部的电冰箱运转时,将有电功输入系统,根据热力学规定:W <0,由热力学第一定律W U Q +?=可知, 0>?U ,即系统的内能增加,也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理 想气体,其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加,可见此种想法不但不能达到降温目的,反而使室内温度有所升高。 若以电冰箱为系统进行分析,其工作原理如图3.1所示。耗功W 后连同从冰室内取出的冷量0Q 一同通过散热片排放到室内,使室内温度升高。

热力学第二定律习题解析

第二章热力学第二定律 习题 一 . 选择题: 1. 理想气体绝热向真空膨胀,则 ( ) (A) △S = 0,W = 0 (B) △H = 0,△U = 0 (C) △G = 0,△H = 0 (D) △U = 0,△G = 0 2. 熵变△S 是 (1) 不可逆过程热温商之和 (2) 可逆过程热温商之和 (3) 与过程无关的状态函数 (4) 与过程有关的状态函数 以上正确的是() (A) 1,2 (B) 2,3 (C) 2 (D) 4 3. 对于孤立体系中发生的实际过程,下式中不正确的是:() (A) W = 0 (B) Q = 0 (C) △S > 0 (D) △H = 0 4. 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程() (A) 可以从同一始态出发达到同一终态 (B) 不可以达到同一终态 (C) 不能断定 (A)、(B) 中哪一种正确 (D) 可以达到同一终态,视绝热膨胀还是绝热压缩而定 5. P?、273.15K 水凝结为冰,可以判断体系的下列热力学量中何者一定为零? (A) △U (B) △H (C) △S (D) △G 6. 在绝热恒容的反应器中,H2和 Cl2化合成 HCl,此过程中下列各状态函数的变 化值哪个为零? ( ) (A) △r U m (B) △r H m (C) △r S m (D) △r G m 7. 在绝热条件下,用大于气筒内的压力,迅速推动活塞压缩气体,此过程的熵变为: ( ) (A) 大于零 (B) 等于零 (C) 小于零 (D) 不能确定 8. H2和 O2在绝热钢瓶中生成水的过程:() (A) △H = 0 (B) △U = 0 (C) △S = 0 (D) △G = 0

热力学第二定律详解

热力学第二定律(英文:second law of thermodynamics)是热力学的四条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化,同样地,第二类永动机永不可能实现。 这一定律的历史可追溯至尼古拉·卡诺对于热机效率的研究,及其于1824年提出的卡诺定理。定律有许多种表述,其中最具代表性的是克劳修斯表述(1850年)和开尔文表述(1851年),这些表述都可被证明是等价的。定律的数学表述主要借助鲁道夫·克劳修斯所引入的熵的概念,具体表述为克劳修斯定理。 虽然这一定律在热力学范畴内是一条经验定律,无法得到解释,但随着统计力学的发展,这一定律得到了解释。 这一定律本身及所引入的熵的概念对于物理学及其他科学领域有深远意义。定律本身可作为过程不可逆性[2]:p.262及时间流向的判据。而路德维希·玻尔兹曼对于熵的微观解释——系统微观粒子无序程度的量度,更使这概念被引用到物理学之外诸多领域,如信息论及生态学等 克劳修斯表述 克劳修斯 克劳修斯表述是以热量传递的不可逆性(即热量总是自 发地从高温热源流向低温热源)作为出发点。 虽然可以借助制冷机使热量从低温热源流向高温热源, 但这过程是借助外界对制冷机做功实现的,即这过程除 了有热量的传递,还有功转化为热的其他影响。 1850年克劳修斯将这一规律总结为: 不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。 开尔文表述 参见:永动机#第二类永动机

开尔文勋爵 开尔文表述是以第二类永动机不可能实现这一规律作为 出发点。 第二类永动机是指可以将从单一热源吸热全部转化为 功,但大量事实证明这个过程是不可能实现的。功能够 自发地、无条件地全部转化为热;但热转化为功是有条 件的,而且转化效率有所限制。也就是说功自发转化为热这一过程只能单向进行而不可逆。 1851年开尔文勋爵把这一普遍规律总结为: 不可能从单一热源吸收能量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。 两种表述的等价性 上述两种表述可以论证是等价的: 1.如果开尔文表述不真,那么克劳修斯表述不真:假设存在违反开尔文表述 的热机A,可以从低温热源吸收热量并将其全部转化为有用功。假设存在热机B,可以把功完全转化为热量并传递给高温热源(这在现实中可实现)。此时若让A、B联合工作,则可以看到从低温热源流向高温热源,而并未产生任何其他影响,即克劳修斯表述不真。 2.如果克劳修斯表述不真,那么开尔文表述不真:假设存在违反克劳修斯表 述的制冷机A,可以在不利用外界对其做的功的情况下,使热量由低温热源流向高温热源。假设存在热机B,可以从高温热源吸收热量 并将其中的热量转化为有用功,同时将热量传递给低温热源(这在现实中可实现)。此时若让A、B联合工作,则可以看到A与B联合组成的热机从高温热源吸收热量并将其完全转化为有 用功,而并未产生任何其他影响,即开尔文表述不真。 从上述二点,可以看出上述两种表述是等价的。

03章 热力学第二定律

第三章热力学第二定律 1. 5 mol He(g)从273.15 K和标准压力101.325 kPa变到298.15K和压力 p=10×101.325 kPa, 求过程的ΔS。(已知C(V,m)=3/2 R) 2. 0.10 kg 28 3.2 K的水与0.20 kg 313.2 K 的水混合,求ΔS。设水的平均比热为 4.184kJ/(K·kg)。 3. 实验室中有一大恒温槽(例如是油浴)的温度为400 K,室温为300 K。因恒温槽绝热不良而有4000 J的热传给空气,用计算说明这一过程是否为可逆? 4. 在298.15K的等温情况下,两个瓶子中间有旋塞连通。开始时,一放0.2 mol O2,压力为0.2×101.325kPa,另一放0.8 mol N2,压力为0.8×101.325 kPa,打开旋塞后,两气体互相混合。计算: (1)终了时瓶中的压力。 (2)混合过程中的Q,W,ΔU,ΔS,ΔG; (3)如果等温下可逆地使气体回到原状,计算过程中的Q和W。 5.(1)在298.2 K时,将1mol O2从101.325 kPa 等温可逆压缩到6×101.325 kPa,求Q,W,ΔU m,ΔH m,ΔF m,ΔG m,ΔS m,ΔS iso (2)若自始至终用6×101.325 kPa的外压等温压缩到终态,求上述各热力学量的变化值。 6. 在中等的压力下,气体的物态方程可以写作pV(1-βp)=nRT。式中系数β与气体的本性和温度有关。今若在273K时,将0.5 mol O2由1013.25kPa的压力减到101.325 kPa,试求ΔG。已知氧的β=-0.00094。 7. 在298K及101.325 kPa下,一摩尔过冷水蒸汽变为同温同压下的水,求此过程的ΔG m。已知298.15K时水的蒸汽压为3167Pa。 8. 将298.15K 1 mol O2从101.325 kPa绝热可逆压缩到6×101.325 kPa,试求Q,W,ΔU m, ΔH m, ΔF m, ΔG m, ΔS m和ΔS iso(C(p,m)=7/2 R)。已知 (298K,O2)=205.03 J/(K·mol) 。 9. 在298.15K和101.325 kPa时,反应H2(g)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) 的为195.8 J/mol。若设计为电池,在电池 H2(101.325 kPa)|KOH(0.1 mol/kg)|HgO(s)+Hg(l)中进行上述反应,电池的电动势为0.9265 V,试求上述反应的

物理化学答案——第二章-热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 一、基本公式和基本概念 基本公式 1. 热力学第二定律的数学表达式----克劳修斯不等式 () A B A B Q S T δ→→?-≥∑ 2. 熵函数的定义 ()R Q dS T δ=, ln S k =Ω 3. 熵变的计算 理想气体单纯,,p V T 变化 22,1122,11 22,,1 1 ln ln ln ln ln ln V m p m p m V m T V S C R T V T p S C R T p V p S C C V p ?=+?=-?=+ 理想气体定温定压混合过程 ln i i i S R n x ?=-∑ 封闭系统的定压过程 2 1 ,d T p m T C S n T T ?=? 封闭系统定容过程 2 1 ,d T V m T C S n T T ?=? 可逆相变 m n H S T ??= 标准状态下的化学反应 ,()r m B m B B S S T θ θ ν ?= ∑ 定压下由1T 温度下的化学反应熵变求2T 温度下的熵变 2 1 ,21()()d T p m r m r m T C S T S T T T ??=?+ ? 4. 亥姆霍兹函数 A U T S ≡- 5. 吉布斯函数 G H T S ≡- 6. G ?和A ?的计算(A ?的计算原则与G ?相同,做相应的变换即可)

定温过程 G H T S ?=?-? 组成不变的均相封闭系统的定温过程 21 d p p G V p ?= ? 理想气体定温过程 21 ln p G nRT p ?= 7. 热力学判据 熵判据:,()0U V dS ≥ 亥姆霍兹函数判据:,,'0(d )0T V W A =≤ 吉布斯函数判据:,,'0(d )0T p W G =≤ 8. 热力学函数之间的关系 组成不变,不做非体积功的封闭系统的基本方程 d d d d d d d d d d d d U T S p V H T S V p A S T p V G S T V p =- =+=--=-+ 麦克斯韦关系 S V p S T V p T T p V S T V p S S p V T S V p T ?????? =- ? ? ???????????? = ? ? ???????????? = ? ? ???????????? =- ? ? ?????? 9. 吉布斯-亥姆霍兹方程 2 ()p G H T T T ??? ????=-??????? 基本概念 1. 热力学第二定律 在研究化学或物理变化驱动力来源的过程中,人们注意到了热功交换的规律,抓住了事物的共性,提出了具有普遍意义的熵函数。根据熵函数以及由此导出的其他热力学函数,可

热力学第二定律李琳丽

热力学第二定律(李琳丽)

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第二章 热力学第二定律与化学平衡 1. 1mol 理想气体由298 K 、0.5 dm3膨胀到5 dm 3。假定过程为 (1) 恒温可逆膨胀; (2) 向真空膨胀。 计算各过程系统的熵变?S 及总熵变孤立S ?。由此得到怎样结论? 解:(1) 恒温可逆过程 12ln V V nR S =?=3.385 .05ln 314.82=?? J .K -1 3.38ln ln 1 21 2 -=-=- =- == ?V V nR T V V nRT T Q T Q S 环 系统环 环境环境 J . K-1 0=???环境孤立+=S S S 说明过程是可逆的。 (2) S ?只决定于始、终态,与过程的具体途径无关,过程(2)的熵变与过程(1)的相同,因此有S ?=38.3 J .K -1。 理想气体在向真空膨胀过程中,0=外p ,W=0,Q =0,说明系统与环境无热量交换,所以 0=?环境S 3.38=???环境孤立+=S S S J .K -1 >0 由于0>?孤立S ,说明向真空膨胀过程是自发过程。 2. 1 mol 某理想气体(11m ,mol K J 10.29--??=p C ),从始态(400 K 、200kP a)分别经下列不同过程达到指定的终态。试计算各过程的Q 、W 、?U 、?H 、及?S 。 (1) 恒压冷却至300 K; (2) 恒容加热至600 K; (3) 绝热可逆膨胀至100 kPa ;

第二章热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 ;选择题 1.ΔG=0 的过程应满足的条件是 (A) 等温等压且非体积功为零的可逆过程 (B) 等温等压且非体积功为零的过程 (C) 等温等容且非体积功为零的过程 (D) 可逆绝热过程 答案:A 2.在一定温度下,发生变化的孤立体系,其总熵 (A )不变 (B)可能增大或减小(C)总是减小(D)总是增大答案:D 。因孤立系发生的变化必为自发过程,根据熵增原理其熵必增加。 3.对任一过程,与反应途径无关的是 (A) 体系的内能变化 (B) 体系对外作的功 (C) 体系得到的功 (D) 体系吸收的热 答案:A 。只有内能为状态函数与途径无关,仅取决于始态和终态。 4.下列各式哪个表示了偏摩尔量: (A),,j i T p n U n ??? ???? (B) ,,j i T V n H n ??? ???? (C) ,,j i T V n A n ??? ???? (D) ,,j i i T p n n μ?? ? ? ??? 答案:A 。首先根据偏摩尔量的定义,偏导数的下标应为恒温、恒压、恒组成。只有A 和D 符合此条件。但D 中的i μ不是容量函数,故只有A 是偏摩尔量。 5.氮气进行绝热可逆膨胀 ΔU=0 (B) ΔS=0 (C) ΔA =0 (D) ΔG=0 答案:B 。绝热系统的可逆过程熵变为零。 6.关于吉布斯函数G, 下面的说法中不正确的是 (A)ΔG ≤W'在做非体积功的各种热力学过程中都成立 (B)在等温等压且不做非体积功的条件下, 对于各种可能的变动, 系统在平衡态的吉氏函数最小 (C)在等温等压且不做非体积功时, 吉氏函数增加的过程不可能发生 (D)在等温等压下,一个系统的吉氏函数减少值大于非体积功的过程不可能发生。答案:A 。因只有在恒温恒压过程中ΔG ≤W'才成立。 7.关于热力学第二定律下列哪种说法是错误的 (A)热不能自动从低温流向高温(B)不可能从单一热源吸热做功而无其它变化(C)第二类永动机是造不成的(D 热不可能全部转化为功 答案:D 。正确的说法应该是,热不可能全部转化为功而不引起其它变化 8.关于克劳修斯-克拉佩龙方程下列说法错误的是 (A) 该方程仅适用于液-气平衡 (B) 该方程既适用于液-气平衡又适用于固-气平衡 (C) 该方程假定气体的体积远大于液体或固体的体积(D) 该方程假定与固相或液相平衡的气体为理想气体 答案:A 9.关于熵的说法正确的是 (A) 每单位温度的改变所交换的热为熵 (B) 可逆过程熵变为零 (C) 不可逆过程熵将增加 (D) 熵与系统的微观状态数有关 答案:D 。(A )熵变的定义/r dS Q T δ=? 其中的热应为可逆热;(B )与(C )均在绝热

2019届人教版 热力学第二定律 单元测试

热力学第二定律 一、选择题 1.关于热力学第一定律和热力学第二定律,下列论述正确的是(). A.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能,故这两条定律是相互矛盾的 B.内能可以转化为其他形式的能,只是会产生其他影响,故两条定律并不矛盾 C.两条定律都是有关能量的转化规律,它们不但不矛盾,而且没有本质区别 D.其实,能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律 2.以下哪个现象不违背热力学第二定律(). A.一杯热茶在打开盖后,茶会自动变得更热 B.没有漏气、没有摩擦的理想热机,其效率可能是100 C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分离 D.热量自发地从低温物体传到高温物体 3.下列关于能量耗散的说法,正确的是(). A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律 B.能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用 C.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动全额发生的 D.能量耗散导致能量品质的降低 4.关于能源,以下说法中正确的是(). A.煤、石油、天然气等燃料的化学能实际上是太阳能转化而成的 B.能源的利用过程,实质上是能的转化和转移的过程 C.到目前为止,人类所利用的所有能源实际上都是太阳能转化而成的 D.核能和地热能来自地球本身 5.当前世界上日益严重的环境问题主要源于(). A.温室效应B.厄尔尼诺现象 C.人类对环境的污染和破坏D.火山喷发和地震 6.下列叙述中不正确的是(). A.市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量 B.无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏 C.大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因 D.“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一 7.如图所示为电冰箱的工作原理图.压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.那么,下列说法中正确的是().

热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 §2–1 引言 (一) 热力学第一定律的局限性:凡是违背第一定律的过程一定不能实现,但是不违背第一定律的过程并不是都能自动实现的。例如: 1.两块不同温度的铁相接触,究竟热从哪一块流向哪一块呢?按热力学第一定律,只要一块铁流出的热量等于另一块铁吸收的热量就可以了,但实际上,热必须温度从较高的一块流向温度较低的那块,最后两块温度相等,至于反过来的情况,热从较冷的一块流向热的一块,永远不会自动发生。 2.对于化学反应: 以上化学反应计量方程告诉我们,在上述条件下,反应生成1mol NO 2,则放热57.0KJ, 若1mol NO 2分解,吸热57.0KJ ,均未违反热力学第一定律,但热力学第一定律不能告诉我们,在上述条件下的混合物中,究竟是发生NO 2的分解反应,还是NO 2的生成反应?假定是生成NO 2的反应能自动进行,那么进行到什么程度呢? 这些就是过程进行的方向和限度问题,第一定律无法解决,要由第二定律解决。 (二) 热力学第二定律的研究对象及其意义: 1. 研究对象:在指定条件下,过程自发进行的方向和限度:当条件改变后,方向和限度有何变化。 2. 意义:过程自发进行的方向和限度是生产和科研中所关心和要解决的重要问题。 例如:在化工及制药生产中,不断提出新工艺,或使用新材料,或合成新药品这一类的科学研究课题,有的为了综合利用,减少环境污染,有的为了改善劳动条件不使用剧毒药品,……等。 这些方法能否成功?也就是在指定条件下,所需要的化学反应能否自动进行?以及在什么条件下,能获得更多新产品的问题。 当然,我们可以进行各种实验来解决这一问题,但若能事先通过计算作出正确判断,就可以大大节省人力,物力。理论计算认为某条件下根本不可能进行的反应,就不要在该条件下去进行实验了。 3. 研究方法:以自然界已知的大量事实为基础,从中抽象出它们的共性,进而导出几个新的状态函数:熵(s),亥姆霉兹自由能(F)和吉布斯自由能(G),用来判断过程的方向和限度,以达到问题的解决。 §2–2 自发过程的共同特征 (一) 事实: 自然界过程内容 自发过程方向 推动力 有作功能力 过程终点 (二) 自发过程举例: 1. 理想气体自由膨胀 2. 热量由高温物体传向低温物体 3. 锌投入硫酸铜溶液中发生置换反应: Zn + CnSO 4 → Cu + ZnSO 4 (三) 自发过程的共同特征: 由上述例子可以分析,所有自发变化是否可逆的问题,最终都可归结为“热能否全部转变为功而没有其他变化”这样一个问题。但经验告诉我们:功可自发地全部变为热,但热不能全部变为功而不引起其他变化。由此可知:一切自发过程都是不可逆的。这就是自发过程的共同特征。 §2–3 热力学第二定律的经典表述 (一) 不同表述方法: 1. 克劳修斯(Clausius )说法:热不能自动地从低温物体传至高温物体。 2. 开尔文(Kelvin )说法:不可能从单一热源吸收热量,使之全部转变为功,而不发生其他影响。 NO(g)+12O 2(g)2(g) KJ H m r 0.57298..=? KJ H m r 0.57298..-=? NO(g)+12O 2(g)NO 2(g)

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