物理化学热力学第二定律练习题及答案

第二章 热力学第二定律练习题

一、判断题（说法正确否）：

1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。

2．不可逆过程一定是自发过程。

3．熵增加的过程一定是自发过程。

4．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。

5．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。

6．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。

7．平衡态熵最大。

8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。

9．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矛盾吗?

10．自发过程的熵变?S > 0。

11．相变过程的熵变可由

T H

S ∆=

∆计算。

12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。

13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。

14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变

T H

S ∆=

∆>0，所以该过程为自发过程。

15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。

16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。

17．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。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。

19．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，由基本方程可得?G = 0。

20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。

21．是非题：

⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？

⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？

⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？

⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。

⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到

V 2，能否用公式：⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=∆12

ln V

V R S

计算该过程的熵变？

22．在100℃、p

时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成

100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S (环)。

23．

⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛=∆12ln V V R S 的适用条件是什么？ 24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？

⑴ 理想气体自由膨胀过程； ⑵ 实际气体节流膨胀过程；

⑶ 理想气体由(p 1,T 1)状态绝热可逆变化到(p 2,T 2)状态；

⑷ H 2和Cl 2在刚性绝热的容器中反应生成HCl ； ⑸ 0℃、p

时，水结成冰的相变过程； ⑹ 理想气体卡诺循环。

25．a mol A 与b mol B 的理想气体，分别处于(T ,V ,p A )与(T ,V ,p B )的状态，等温等容混合为

(T ,V ,p )状态，那么?U 、?H 、?S 、?A 、?G 何者大于零，小于零，等于零？

26．一个刚性密闭绝热箱中，装有H 2与Cl 2混合气体，温度为298K ，今用光引发，使其化合为HCl(g)，光能忽略，气体为理想气体，巳知m f H ∆(HCl) = ·mol -1，试判断该过程中?U 、?H 、?S 、?A 、?G 是大于零，小于零，还是等于零？

27．在一绝热恒容箱内，有一绝热板将其分成两部分，隔板两边各有1mol N 2，其状态分别为298K 、p 0与298K 、10p 0，若以全部气体为体系，抽去隔板后，则Q 、W 、?U 、?H 、?S 中，哪些为零？

二、单选题：

1．

T H

S ∆=

∆适合于下列过程中的哪一个？

(A) 恒压过程 ； (B) 绝热过程 ； (C) 恒温过程 ； (D) 可逆相变过

程 。

2．可逆热机的效率最高，因此由可逆热机带动的火车：

(A) 跑的最快 ； (B) 跑的最慢 ； (C) 夏天跑的快 ； (D) 冬天跑的快 。

3．在一定速度下发生变化的孤立体系，其总熵的变化是什么？

(A) 不变 ； (B) 可能增大或减小 ； (C) 总是增大 ； (D) 总是减小 。

4．对于克劳修斯不等式 环Q dS δ≥，判断不正确的是： (A) 环T Q dS δ=必为可逆过程或处于平衡状态 ； (B) 环T Q dS δ>必为不可逆过程 ； (C) 环T Q dS δ>必为自发过程 ；

(D) 环Q dS δ<违反卡诺定理和第二定律，过程不可能自发发生 。 5．下列计算熵变公式中，哪个是错误的：

(A) 水在25℃、p 0下蒸发为水蒸气：

T G

H S ∆-∆=

∆；

(B) 任意可逆过程：

R T Q dS ⎪

⎭⎫

⎝⎛∂∂= ； (C) 环境的熵变：

环体系环境T Q S -

=∆；

(D) 在等温等压下，可逆电池反应：

T H

S ∆=

∆。

6．当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变?S = l0 J·K -1，若该变化

中所

做的功仅为相同终态最大功的 101

，该变化中从热源吸热多少？

(A) 5000 J ； (B) 500 J ； (C) 50 J ； (D) 100 J 。

7．1mol 双原子理想气体的()V T H ∂∂是： (A) ；

(B) ；

(C) ；

(D) 2R 。

8．理想气体在绝热条件下，在恒外压下被压缩到终态，则体系与环境的熵变：

(A) ?S (体) > 0，?S (环) > 0 ； (B) ?S (体) < 0，?S (环) < 0 ； (C) ?S (体) > 0，?S (环) = 0 ；

(D) ?S (体) > 0，?S (环) < 0 。

9．一理想气体与温度为T 的热源接触，分别做等温可逆膨胀和等温不可逆膨胀到达同一终态，已知 Ir R 2W W = ，下列式子中不正确的是：

(A) Ir R S S ∆>∆；

(B) Ir R S S ∆=∆；

(C) T Q S Ir R 2=∆；

(D) 总S ∆(等温可逆)0=∆+∆=环体S S ，总S ∆(不等温可逆)0>∆+∆=环体S S 。

10．计算熵变的公式

⎰

+=

∆T pdV

dU S 适用于下列：

(A) 理想气体的简单状态变化 ； (B) 无体积功的封闭体系的简单状态变化过程 ；

(C) 理想气体的任意变化过程 ； (D) 封闭体系的任意变化过程 ；

11．实际气体CO 2经节流膨胀后，温度下降，那么： (A) ?S (体) > 0，?S (环) > 0 ；

(B) ?S (体) < 0，?S (环) > 0 ；

(C) ?S(体) > 0，?S(环) = 0 ；(D) ?S(体) < 0，?S(环) = 0 。

12．2mol理想气体B，在300K时等温膨胀，W = 0时体积增加一倍，则其 ?S(J·K-1)为：(A) ；(B) 331 ；(C) ；(D) 。

13．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。14．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) ?F与温度无关；(D) ?G与温度无关。

15．等温下，一个反应a A + b B = d D + e E的 ?r C p = 0，那么：

(A) ?H与T无关，?S与T无关，?G与T无关；

(B) ?H与T无关，?S与T无关，?G与T有关；

(C) ?H与T无关，?S与T有关，?G与T有关；

(D) ?H与T无关，?S与T有关，?G与T无关。

16．下列过程中?S为负值的是哪一个：

(A) 液态溴蒸发成气态溴；(B) SnO

2(s) + 2H

2

(g) = Sn(s) + 2H

2

O(l) ；

(C) 电解水生成H

2和O

2

；(D) 公路上撤盐使冰融化。

17．熵是混乱度(热力学微观状态数或热力学几率)的量度，下列结论中不正确的是：

(A) 同一种物质的()()()s l g m m m S S S >>； (B) 同种物质温度越高熵值越大 ； (C) 分子内含原子数越多熵值越大 ； (D) 0K 时任何纯物质的熵值都等于零 。

18．25℃时，将升O 2与升N 2混合成升的混合气体，该过程： (A) ?S > 0，?G < 0 ；

(B) ?S < 0，?G < 0 ； (C) ?S = 0，?G = 0 ；

(D) ?S = 0，?G < 0 。

19．有一个化学反应，在低温下可自发进行，随温度的升高，自发倾向降低，这反应是：

(A) ?S > 0，?H > 0 ；(B) ?S > 0，?H < 0 ；(C) ?S < 0，?H > 0 ；(D) ?S < 0，?H < 0 。

20．?G = ?A 的过程是：

(A) H 2O(l,373K,p 0)?H 2O(g,373K,p 0) ；

(B) N 2(g,400K,1000kPa)?N 2(g,400K,100kPa) ；

(C) 等温等压下，N 2(g) + 3H 2(g)?NH 3(g) ； (D) Ar(g,T ,p 0)?Ar(g,T +100,p 0) 。

21．等温等压下进行的化学反应，其方向由?r H m 和?r S m 共同决定，自发进行的反应应满

足下列哪个关系式： (A) ?r S m = ?r H m /T ；

(B) ?r S m > ?r H m /T ；

(C) ?r S m ≥ ?r H m /T ； (D) ?r S m ≤ ?r H m /T 。

22．等容等熵条件下，过程自发进行时，下列关系肯定成立的是： (A) ?G < 0 ；

(B) ?F < 0 ；

(C) ?H < 0 ；

(D) ?U < 0 。

23．实际气体节流膨胀后，其熵变为：

(A)⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛=∆12

ln V

V nR S ；(B)

⎰

-=∆2

1

d p p p

T V

S ；(C)

⎰

-=∆2

1

d T T p T

T

C S ；(D)

⎰

-

=∆2

1

d T T V

T T C S 。

24．一个已充电的蓄电池以 V 输出电压放电后，用 V 电压充电使其回复原状，则

总的过程热力学量变化：

(A) Q < 0，W > 0，?S > 0，?G < 0 ； (B) Q < 0，W < 0，?S < 0，?G < 0 ； (C) Q > 0，W > 0，?S = 0，?G = 0 ；

(D) Q < 0，W > 0，?S = 0，?G = 0 。

25．下列过程满足 0,0=>∆环T Q S 的是：

(A) 恒温恒压(273 K ，101325 Pa)下，1mol 的冰在空气升华为水蒸气 ；

(B) 氮气与氧气的混合气体可逆绝热膨胀 ；

(C) 理想气体自由膨胀 ；

(D) 绝热条件下化学反应 。

26．吉布斯自由能的含义应该是：

(A) 是体系能对外做非体积功的能量 ；

(B) 是在可逆条件下体系能对外做非体积功的能量 ；

(C) 是恒温恒压可逆条件下体系能对外做非体积功的能量 ；

(D) 按定义理解 G = H - TS 。

27．在 -10℃、下，1mol 水凝结成冰的过程中，下列哪个公式可以适用：

(A) ?U = T ?S ； (B)

T G

H S ∆-∆=

∆； (C) ?H = T ?S + V ?p ； (D) ?G T,p = 0。

28．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 。

29．、101325Pa 的水，使其与大热源接触，向真空蒸发成为、101325Pa 下

的水气，对这一个过程，应选用哪一个作为过程方向的判据： (A) ?U ；

(B) ?A ；

(C) ?H ；

(D) ?G 。

30．热力学基本方程 d G = -S d T + V d p ，可适应用下列哪个过程：

(A) 298K 、标准压力下，水气化成蒸汽 ； (B) 理想气体向真空膨胀 ；

(C) 电解水制取氢气 ； (D) N 2 + 3H 22NH 3未达到平衡 。

31．下列过程可用

T H n S m

∆=

∆计算的是：

(A) 恒温恒压下无非体积功的化学反应 ； (B) 恒温恒压下可逆原电池反应 ；

(C) 恒温恒压下任意相变 ； (D) 恒温恒压下任意可逆相变 。

32．1mol 范德华气体的T V S ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂应等于：

(A) b V R

-m ； (B) m V R

；

(C) 0 ；

(D) b V R

--

m 。

33．n 摩尔理想气体的

S p T ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂的值等于： (A) R V

；

(B) nR V

；

(C) V C V

； (D) p C V 。

34．下列各量中哪个是偏摩尔量：

(A)

i

j n V T i

n F ≠⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,,； (B)

i

j n p T i

n S ≠⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,,； (C)

i

j n p T V H ≠⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,,； (D)

i

j n p T i

i

n ≠⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,,μ。

35．对多组分体系中i 物质的偏摩尔量

i

j n p T i

i n

X X ≠⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=,,，下列叙述中不正确的是：

(A) X i 是无限大量体系中i 物质每变化1mol 时该系统容量性质X 的变化量 ； (B) X 为容量性质，X i 也为容量性质 ； (C) X i 不仅决定于T 、p ，而且决定于浓度 ；

(D) X = ∑n i X i 。

36．对于吉布斯－杜亥姆公式，下列叙述不正确的是： (A) X = ∑n B X B ；

(B) ∑n B d X B = 0 ；

(C) ∑n B X B = 0 ；

(D) 表明各物质偏摩尔之间有关系 。

37．已知水的六种状态：①100℃，p 0H 2O(l)；②99℃，2p 0H 2O(g)；③100℃，2p 0H 2O(l)；④100℃、2p 0H 2O(g)；⑤101℃、p 0H 2O(l)；⑥101℃、p 0H 2O(g) 。它们化学势高低顺序是：

(A) μ2 > μ4 > μ3 > μ1 > μ5 > μ6 ；

(B) μ6 > μ5 > μ4 > μ3 > μ2 >

μ1 ；

(C) μ4 > μ5 > μ3 > μ1 > μ2 > μ6 ； (D) μ1 > μ2 > μ4 > μ3 > μ6 >

μ5 。

38．在恒焓恒压条件下，均相单组分封闭体系，达到平衡的判据是：

(A) ?S = 0 ； (B) ?U = 0 ； (C) ?A = 0 ； (D) ?G = 0 。

39．对于双原子分子的理想气体，S V T ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂应等于： (A) V T

35；

(B) V T

52-

；

(C) T V

35；

(D) V T

57-

。

40．任一单组分体系，恒温下，其气(g)、液(l)态的化学势(μ)与压力(p )关系图正确是：

(A) (1) ； (B) (2) ； (C) (3) ； (D) (4) 。

三、多选题：

1．在以下偏导数中，大于零的有：

(A)p T G ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂； (B)T V A ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂； (C)

p T H ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂； (D)V S U ⎪

⎭⎫

⎝⎛∂∂； (E)S V U ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂。 2．由热力学基本关系式，可导出 S V U ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 等于： (A)p T G ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂；

(B) -p ；

(C)

T V A ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂；

(D)

V S U ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂；

(E)

T p G ⎪⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂。

3．体系的始态与终态之间有两种途径：A为可逆途径；B为不可逆途径。以下关系中不正确的是：

(A) ?S A = ?S B；(B) ∑δQ A/T = ∑δQ B/T；(C) ?S B = ∫δQ B/T；

(D) ?S A = ∫δQ A/T；(E) ?S B = ∫δQ A/T。

4．下列过程中，那些过程的?G > 0：

(A) 等温等压下，H

2

O(l,375K,p0)?H2O(g,375K,p0) ；

(B) 绝热条件下，H

2

(g,373K,p0)?H2(g,300K, ；

(C) 等温等压下，CuSO

4(aq) + H

2

O−

−→

−电解Cu(s) + H

2

SO

4

(aq) + ?O

2

(g)；

(D) 等温等压下，Zn + CuSO

4(aq)−

−→

−原电池ZnSO4(aq) + Cu ；

(E) 等温等压下，m CO2 + n H2O−→

−光碳水化合物。

5．化学反应在等温等压下能自发进行的判据是：

(A) ?S > 0 ； (B) ?G ≤W' ； (C) ?A < 0 ； (D) ∑νBμB < 0 ； (E) ?H <

0 。

6．在O

2

(理想气体) 的如下过程中，属于等熵过程的是：

(A) 绝热恒容过程；(B) 等温可逆膨胀过程；

−

−

−

−→

−等温抽去隔板；

(D) 绝热可逆膨胀；(E) 绝热恒外压膨胀。

7．等温等压下，反应的热力学可能性随温度降低而增大的是：

(A) Zn(s) + H

2SO

4

(aq)?ZnSO

4

+ H

2

(g,p0) ；

(B) Zn(s) + CuSO

4(aq)?ZnSO

4

(aq) + Cu(s) ；

(C) 2CuCl

2(s) + H

2

(g)?2Cu(s) + 2HCl(g) ；

(D) C

2H

4

(g) + H

2

(g)?C

2

H

6

(g,p0) ；

(E) CH

4(g) + 2O

2

(g)?CO

2

(g) + 2H

2

O(l) 。

8．下列过程中，?S(系) < 0，?S(环) > 0，?S(总) > 0 的过程是：

(A) 等温等压H

2

O(l,270K,p0)?H2O(s,270K,p0) ；

(B) 等温等压H

2

O(l,373K,p0)?H2O(g,373K,p0) ；

(C) 等温等压H

2

O(l,383K,p0)?H2O(g,383K,p0) ；

(D) n mol理想气体恒外压等温压缩过程；

(E) 1000K CaCO

3(s)?CaO(s) + CO

2

(g) 。

9．378K、p0下，过热水的下列哪个物理量小于同温同压下水蒸气：

(A) H m；(B) G m；(C) μ ；(D) S m；(E) A m。10．下列过程中，?G > 0 的是：

(A) 等温等压H

2

O(l,268K,p0)?H2O(s,268K,p0) ；

(B) 等温等压H

2

O(l,383K,p0)?H2O(g,383K,p0) ；

(C) H 2O(l,373K,p 0

)−−−→−向真空蒸发

H 2O(g,373K,p 0

)；

(D) 等温等压H 2O(l,373K,?H 2O(g,373K, ；

(E) 等温等压H 2O(g,373K,50kPa)?H 2O(l,373K,50kPa) 。

11．常压下 -10℃过冷的水变成 -10℃的冰，在此过程中，体系的?G 与?H 如何变化： (A) ?G < 0，?H > 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 0下，1mol 过热水蒸汽凝结成水，则体系、环境及总熵变为：

(A) ?S (体) < 0，?S (环) < 0，?S (总) < 0 ； (B) ?S (体) < 0，?S (环) > 0，?S (总) > 0 ；

(C) ?S (体) > 0，?S (环) > 0，?S (总) > 0 ； (D) ?S (体) < 0，?S (环) > 0，?S (总) < 0 ；

(E) ?S (体) > 0，?S (环) < 0，?S (总)=0 。

四、主观题：

1．根据热力学第一定律，不作非体积功时，δQ = d U + p d V 及

V

V U T T U U T

V d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=，用全微分判别式证明Q 不是状态函数。 2．证明：T p T p

V p T V T p

U ⎪

⎪⎭⎫

⎝

⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂。

3．证明：

S

p p T p T V T C ⎪

⎭⎫

⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=。

4．1mol 理想气体，其始态为A(p 1,T 1)，终态为B(p 2,T 2)，进行了如图的变化：

A −→−

1C −→−2 B ；A −→−3

B 。 请证明：⑴ Q 3 ≠ Q 1 + Q 2；⑵ ?S 3 = ?S 1 + ?S 2 。

5．证明：

n V i i n

V i n V T i

T p V S T

n S

i j ,,,,⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂-=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂≠μ。

6．1mol 单原子理想气体，由298K 、5p 0的始态膨胀到压力为p 0的终态，经过下列途径：⑴等温可逆膨胀；⑵外压恒为p 0的等温膨胀；⑶绝热可逆膨胀；⑷外压恒为p 0的绝热膨胀。计算各途经的Q 、W 、?U 、?H 、?S 、?A 与?G 。

巳知m S (298K) = 126 J·K -1·mol -1 。

7．100℃、p 0下，1mol 水向真空气化成气体，终态是100℃、。求此过程的Q 、W 、?U 、?H 、?S 、?G 和?A 。巳知水在100℃、p 0时的摩尔气化热为40670 J·mol -1 。

8．在25℃、p 0下，若使1mol 铅与醋酸铜溶液在可逆情况下作用，得电功 J ，同时吸热 J ，计算过程的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 。

9．如图所示的刚性绝热体系，求抽去隔板达平衡后体系熵变?S 。

10．计算 -10℃、p 0下，1mol 过冷水凝结成冰时，过冷水与冰的饱和蒸气压之比：s l p p 。巳知 C p ,m (水) = J·K -1·mol -1，C p ,m (冰) = J·K -1·mol -1，冰的熔化热?H m = 6032 J·mol -1 。

11．将处于标准状态下的纯氢气，氮气和氨气混合，在标准状态下形成1mol 的混合物， 其组成为：20% N 2、50% H 2、30% NH 3。计算混合过程的?S 。

12．在甲醇脱氢生产甲醛中，发现银催化剂的活性逐渐消失，此现象是否是由于有Ag 2O

生成所致？巳知反应在550℃、p o 下进行，有关数据如下：

m f G ∆(Ag 2O ，298K) = J·mol -1 ；m f H ∆(Ag 2O ，298K) = -30585 J·mol -1 ；

C p ,m (Ag) = J·K -1·mol -1；C p ,m (Ag 2O) = J·K -1·mol -1；C p ,m (O 2) = J·K -1·mol -1 。 13．1mol 水在p 0、100℃时，先从液态变成p 0、100℃的蒸气，然后再变成、200℃的蒸气。计算此过程的?G 。

蒸气为理想气体，巳知水蒸气的C p ,m = J·K -1·mol -1，m S (298K) = J·K -1·mol -1 。

14．10mol H 2(理想气体)，C V ,m = R 25 J·K -1·mol -1，在298K 、p o 时绝热可逆地压缩到10p 0，

计算该过程的Q 、W 、?U 、?H 、?S 、?A 和?G 。巳知 m S (298K) = J·K -1·mol -1 。

15．计算符合状态方程 RT

V V a p =⎪⎭⎫ ⎝⎛

+2的1mol 气体从(p 1，V 1)恒温可逆膨胀到(p 2，V 2)

时的W 、Q 、?U 、?H 、?S 、?A 和?G 。(用V 1、V 2来表示) 。

第二章

热力学第二定律练习题答案

一、判断题答案：

1．对。

2．错，如绝热不可逆压缩过程。

3．错，理想气体的等温可逆膨胀ΔS > 0。

4．第1，2个结论正确，第3个结论错。

5．错，系统由同一始态出发，经绝热可逆和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态。

6．错，环境的熵变应加在一起考虑。

7．错，要在隔离系统中平衡态的熵才最大。

8．错。

9．不矛盾，因气体的状态变化了。

10．错，如过冷水结冰。

11．错，必须可逆相变才能用此公式。

12．错，系统的熵除热熵外，还有构型熵。当非理想气体混合时就可能有少许热放出。13．对。

14．错。未计算环境的熵变；

15．错，如过冷水结冰，ΔS < 0，混乱度减小，

16．错，必须在等温、等压，W’ = 0的条件下才有此结论。

17．错，若有非体积功存在，则可能进行，如电解水。

18．错，此说法的条件不完善，如在等温条件下。

19．错，不满足均相系统这一条件。

20．错，不可逆过程中δW ≠ -p d V。

21．是非题：(1)对；(2)不对；(3)不能；

(4)有，如NH

Cl溶于水，或气体绝热不可逆膨胀；(5)可以。

4

22．ΔS= ΔH/T，ΔS(环) = -ΔU/T；

23．1mol理想气体，等温过程，V1=V2过程；

24．(1) ΔU= ΔH = 0；(2) ΔH = 0；(3) ΔS = 0；(4) ΔU = 0；

(5) ΔG = 0；(6) ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG都为 0。

25．ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG均为0 ；

26．ΔU = 0，ΔS > 0，ΔH > 0，ΔA < 0，ΔG无法确定；

27．W、Q、ΔU、ΔH = 0，ΔS > 0。V1 = RT/10 ，V2 = RT

V = ?(V

+V2) = 11RT/22 ，ΔS1 = R ln(V/V1) = R ln(11/2)

1

ΔS2 = R ln(V/V2) = R ln(11/20) ，ΔS= ΔS1+ΔS2 = R ln(121/40) > 0 。

二、单选题答案：

1. D；

2. B；

3. C；

4. C；

5. D；

6. B；；8. C； 9. A；；；；；；；；；；；；

；；；；；；；；；；

；；；；；；；；；。

三、多选题答案：

1. CD ；

2. BC ；

3. BC ；

4. CE ；

5. CD ；

6. CD ；

7. DE ；8. AD ；9. AD ；10. DE ；11. D ；12. D 。

四、主观题答案：

1．证明：将 d U 代入第 一定律表达式中：

因 V p S T dU d d -=，V T T p V S ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂

∴ p T p T p V S T V U V T T -⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=-⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂

又∵①

V V V V

V

V V T T V T p T T p T p T T p T p T p T T V U V T U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎪⎪⎬

⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂=⎥⎥⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣

⎡∂⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂∂2222

(1) ≠ (2) ，所以 δQ 不具有全微分，Q 不是状态函数。

?2．证明：U = f (T ，p ) ，∴ 0d d d p p U T T U U T p ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂= 又 ∵ d U = T d S -p d V ，∴ V p S T p p U T T U T

p d d d d -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 在等温下： d T = 0 ， ∴ 0d d d V p S T p p

U

T -=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂

等温下两边同除以 d p ： T T T p V p p S T p

U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 又∵ p T T V p S ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ ，∴ T p T p V p T V T p U ⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂

3．证明：等压下，

T

T C S p d d =

，∴T

C T S p p =⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂。

∴ p p p p T V V S T T S T C ⎪

⎭⎫

⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= ，

由麦克斯韦关系式：

p S S V p T ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂，则 p S V S T p ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 代入，得： S p p S p T p T V T T V T p T C ⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 。

4．证明：(1) 由于内能是状态函数，所以： ΔU 3 = ΔU 1 + ΔU 2 ∵ΔU = Q + W ， ∴ Q 3 + W 3 = (Q 1 + W 1) + (Q 2 + W 2)， 即 Q 3-(Q 1 + Q 2) = (W 1 + W 2)-W 3

由图上可知：(W 1 + W 2)-W 3 = W 1-W 3 = ΔABC 的面积 ≠ 0 ∴ Q 3-( Q 1 + Q 2) ≠ 0，Q 3 ≠ Q 1 + Q 2

(2) 由公式：

⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆21123ln ln p p R T T C S p 设 C 点温度为 T '，

⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆11ln T T C S p (在等压下)，⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆T T C S V 22ln (在恒容下) ∴ ΔS 3 = ΔS 1 + ΔS 2

5．证明：

∵ p V T S i i i d d d +-=μ ，∴ n V i i n

V i T p V S T

,,⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂+-=⎪

⎪⎭⎫ ⎝

⎛∂∂μ 则

n V i i n

V i n V T i

T p V S T n S i

j ,,,,⎪⎭⎫

⎝⎛∂∂-=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂≠μ

6．解：(1)等温过程：ΔU = ΔH = 0，

(2) ΔU = ΔH = 0，()()J 198251298314.811212=-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛-=-=-=p p RT V V p W Q

物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案

物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．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。 5．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。 6．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。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．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矛盾吗 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由 T H S ?= ?计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。 14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ?= ?>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．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。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．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，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到V 2，能否用公式： ???? ??=?12 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成 100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S (环)。 23． ? ??? ??=?12ln V V R S 的适用条件是什么？ 24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？

物理化学课后答案 第三章 热力学第二定律

第三章热力学第二定律 3.1卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。求 （1）热机效率； （2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。 解：卡诺热机的效率为 根据定义 3.5高温热源温度，低温热源。今有120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源，龟此过程的。 解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程 3.6不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。 （1）可逆热机效率。

（2）不可逆热机效率。 （3）不可逆热机效率。 解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义 因此，上面三种过程的总熵变分别为。 3.7已知水的比定压热容。今有1 kg，10 ?C的水经下列三种不同过程加热成100 ?C的水，求过程的。 （1）系统与100 ?C的热源接触。 （2）系统先与55 ?C的热源接触至热平衡，再与100 ?C的热源接触。 （3）系统先与40 ?C，70 ?C的热源接触至热平衡，再与100 ?C的热源接触。解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同 在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此

3.8已知氮（N2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为 将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N2(g)臵于1000 K的热源中，求下 列过程（1）经恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的。 解：在恒压的情况下

在恒容情况下，将氮（N2, g）看作理想气 体 将代替上面各式中的，即可求得所需各量 3.9始态为，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到，的末态。求各步骤及途径的。（1）恒温可逆膨胀； （2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至； （3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。

物理化学-第二章 热力学第二定律及其应用练习题-170

第二章热力学第二定律及其应用自测试卷 自测试卷（一） 一.是非题（4×5=20 分） 1．推动热力学第二定律建立和发展的主要实践是热机效应的研究。 2．热力学第二定律对宏观和微观系统都适用。 3．因为ds=，故绝热过程中系统的熵不变。 4．等温可逆过程中ΔA=W 。 5．等温等压过程中的自发性过程，系统的吉氏自由能总减少。 二.填空题（4×5=20分） 1、在气体的绝热压缩过程中ΔS________0。 2、在理想气体自由膨胀过程中ΔG_______0。 3、在可逆相变过程中ΔS总______0。 4、在等温等压下两种理想气体混合时，ΔA______0。 5、在系统放热的热力学过程中，ΔS环_______0。 三.单选题。（4×5=20 分） 1．关于熵的下列说法中不正确的是 （A）熵的数值与系统的历史无关

（B）熵的数值决定于系统与环境交换的热 （C）系统的熵等于系统内各部分熵的和 （D）环境的熵变与过程有关 2．关于Helmholtz自由能变，下列说法中不正确的是 （A）在任一等温过程中ΔA≤W （B）在任意等温等容过程中ΔA≤W f （C）不可能有ΔA>W的等温过程 （D）在环境作功时，可有ΔA>W f等温等容过程 3．关于Gibbs自由能，下列说法中不正确的是 （A）在可逆过程中ΔG=W f （B）在等温等压下的平衡态，系统的G值最小 （C）在等温等压的过程中ΔG≤W f （D）在等温等压下且w f=0时，ΔG>W的过程不可能发生4．液态苯在正常沸点气化，下面的关系中不正确的是 （A）ΔG=0 （B）ΔA=-W (C) ΔH=TΔS (D) ΔU=Q 5．理想气体等温膨胀时，下列关系中不正确的是 （A）ΔH=ΔQ (B)ΔA=ΔG (C) ΔH=ΔU (D)ΔA>0 四．双选题（8×5=40 分） 1．对等温等压下的反应NH3（g）+HCI(g)=NH4Cl（s）原则上可作方向判据得是

物理化学第二版习题答案

物理化学第二版习题答案 物理化学是研究物质的物理性质和化学性质以及它们之间的相互关系的一门学科。对于学习物理化学的学生来说，习题是巩固知识、提高能力的重要途径之一。下面将为大家提供物理化学第二版习题的答案，希望对广大学生有所帮助。第一章：热力学基础 1. 答案：热力学是研究物质在能量转化过程中的规律的科学。它主要研究能量 的转化和守恒规律，以及物质在这个过程中的性质变化。 2. 答案：热力学第一定律是能量守恒定律，即能量可以从一种形式转化为另一 种形式，但总能量守恒不变。 3. 答案：热力学第二定律是能量转化过程中的不可逆性原理，即自发过程的方 向是从有序向无序的方向进行。 第二章：热力学函数 1. 答案：热力学函数是描述物质性质和状态的函数，如内能、焓、自由能等。 2. 答案：内能是系统所拥有的全部能量的总和，包括系统的动能和势能。 3. 答案：焓是系统的内能和对外界做的功之和，常用符号表示为H。 第三章：热力学第一定律的应用 1. 答案：热容量是物质吸收或释放热量时的温度变化与热量变化之比。 2. 答案：绝热过程是指在过程中系统与外界没有热交换，即系统的热容量为零。 3. 答案：等温过程是指在过程中系统的温度保持不变，即系统与外界的热交换 量为零。 第四章：热力学第二定律的应用 1. 答案：熵是描述系统无序程度的物理量，表示系统的混乱程度。

2. 答案：熵增原理是热力学第二定律的数学表达式，它指出孤立系统的熵总是 增加的。 3. 答案：卡诺循环是一种理想的热机循环，它由等温膨胀、绝热膨胀、等温压 缩和绝热压缩四个过程组成。 第五章：相变和化学平衡 1. 答案：相变是指物质由一种相转变为另一种相的过程，如固态到液态、液态 到气态等。 2. 答案：平衡态是指系统各种性质的变化不再随时间变化，达到动态平衡的状态。 3. 答案：化学平衡是指在封闭容器中，反应物和生成物浓度达到一定比例时， 反应速率前后保持不变的状态。 第六章：化学动力学 1. 答案：化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。 2. 答案：反应速率是指单位时间内反应物浓度变化的量。 3. 答案：活化能是指反应物转化为产物所需的最小能量。 以上是物理化学第二版习题的答案，希望对学习物理化学的同学有所帮助。通 过做习题并查看答案，可以加深对物理化学知识的理解和掌握，提高解题能力。同时也希望大家在学习过程中注重理论与实践相结合，加强对物理化学实验的 学习和实践，进一步提升自己的能力。

物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案

物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案

第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．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。 5．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。 6．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。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．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矛盾吗? 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由T H S ?= ?计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。 14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ?= ?>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方

向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．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。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．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，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到V 2，能否用公式：??? ? ??=?1 2 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热

物化试题- 热力学第二定律

物化试题- 热力学第二定律 第二章热力学第二定律 一、思考题 1．指出下列公式适用范围： （1）ΔS=nRlnp1/p2+CplnT2/T1= nRlnV2/V1+CVlnT2/T1 答：封闭体系平衡态，不作非体积功，理想气体单纯状态变化的可逆过程。 (2)dU=TdS-pdV 答：组成不变的封闭体系平衡态，不作非体积功的一切过程。 (3) dG=Vdp 答：组成不变的封闭体系平衡态，不作非体积功的定温过程。 2．判断下列各题说法 是否正确，并说明原因。 （1）不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的。（后者说法正确，前 者错误。例如不可逆压缩就不是自发过程）（2）凡熵增加过程都是自发过程。（必须是 孤立体系。）（3）不可逆过程的熵永不减少。（必须是孤立体系。）（4）体系达平衡 时熵值最大，吉布斯函数最小。（绝热体系或孤立体系达平衡时熵最大，定温定压不作非 体积功的条件下，体系达平衡时吉布斯函数最小）（5）某体系当内能、体积恒定时， ΔS＜0的过程则不能发生。（必须限制在组成不变的封闭体系中，且不作非体积功的条件下，即公式dU=TdS-pdV的适用范围。当dU=0，dV=0时，dS=0，不可能发生dS＜0的过程）（6）某体系从始态经历一个绝热不可逆过程到达终态，为了计算某些状态函数的变量， 可以设计一绝热可逆过程，从同一始态出发到达同一终态。（根据熵增原理，绝热不可逆 过程ΔS＞0，而绝热可逆过程的ΔS=0。从同一始态出发，经历绝热不可逆和绝热可逆两 条不同途径，不可能达到同一终态） （7）在绝热体系中，发生一个不可逆过程从状态A到达状态B，不论用什么方法，体系再也回不到原来状态。（在绝热体系中，发生一个不可逆过程，从状态A到状态B，ΔS ＞0，SB＞SA。仍在绝热体系中，从状态B出发，无论经历什么过程，体系熵值有增无减，所以回不到原来状态。） （8）绝热循环过程一定是个可逆循环过程。（对的。因为绝热体系中如果发生一个 可逆变化，ΔS=0，发生一个不可逆变化ΔS＞0，如果在循环过程中有一步不可逆，体系 熵值就增加，便回不到原来状态。只有步步可逆，ΔS=0体系才能回到原态。） 3．将下 列不可逆过程设计为可逆过程：（1）理想气体从压力p1向真空膨胀至p2。答：可设计定温可逆膨胀。 （2）两块温度分别为T1、T2的铁块（T1＞T2）相接触，最后终态温度为T。

大学物理化学2-热力学第二定律课后习题及答案

热力学第二定律课后习题答案 习题1 在300 K ，100 kPa 压力下，2 mol A 和2 mol B 的理想气体定温、定压混合后，再定容加热到600 K 。求整个过程的∆S 为若干？已知C V ,m ,A = 1.5 R ，C V ,m ,B = 2.5 R [题解] ⎪⎩ ⎪ ⎨⎧B(g)2mol A(g)2mol ，，纯态 3001001K kPa ，（） −→−−−− 混合态 ，，2mol A 2mol B 100kPa 300K 1 +==⎧⎨ ⎪ ⎪⎩⎪⎪p T 定容（） −→−−2 混合态 ，，2mol A 2mol B 600K 2 +=⎧⎨⎪ ⎩⎪T ∆S = ∆S 1 + ∆S 2，n = 2 mol ∆S 1 = 2nR ln ( 2V / V ) = 2nR ln2 ∆S 2 = ( 1.5nR + 2.5nR ) ln （T 2 / T 1）= 4nR ln2 所以∆S = 6nR ln2= ( 6 ⨯ 2 mol ⨯ 8.314 J ·K -1·mol -1 ) ln2 = 69.15 J ·K -1 [导引]本题第一步为理想气体定温定压下的混合熵，相当于发生混合的气体分别在定温条件下的降压过程，第二步可视为两种理想气体分别进行定容降温过程，计算本题的关键是掌握理想气体各种变化过程熵变的计算公式。 习题2 2 mol 某理想气体，其定容摩尔热容C v ，m =1.5R ，由500 K ，405.2 kPa 的始态，依次经历下列过程： (1)恒外压202.6 kPa 下，绝热膨胀至平衡态； (2)再可逆绝热膨胀至101.3 kPa ； (3)最后定容加热至500 K 的终态。 试求整个过程的Q ，W ，∆U ，∆H 及∆S 。 [题解] （1）Q 1 = 0，∆U 1 = W 1， nC V ,m （T 2－T 1）)( 1 1 22su p nRT p nRT p --=， K 4005 4 6.2022.405)(5.1122121 1 212====-= -T T kPa p kPa p T p T p T T ，得，代入，

大学《物理化学》第二定律练习题

《物理化学》热力学第二定律练习题 1.在两个不同温度的热源之间工作的热机以卡诺热机的效率最大。 判断正确和错误：________。(√) 2.卡诺热机的效率只与两个热源的温度有关而与工作物质无关。 判断正确和错误：________。(√) 3.卡诺热机在T 1=600K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作,其热机效率________。(η=0.5) 300 11600 L R H T T η=- =- 卡诺定律：R ηη≤ 4.改正下列错误 （1）在一可逆过程中熵值不变； （2）在一过程中熵变是Q S T δ?= ? ； （3）亥姆赫兹函数是系统能做非体积功的能量； （4）吉布斯函数是系统能做非体积功的能量； （5）焓是系统以热的方式交换的能量。 答：（1）在绝热可逆过程中熵值不变。(绝热可逆过程即为等熵过程) （2）在一过程中熵变是r Q S T δ?= ? ；(Q S T δ?≥ ? ) （3）在恒温恒容条件下，亥姆赫兹函数是系统能做非体积功的能量； ,T V A W '?≤(=：可逆；>：不可逆) ； ,T V A W '?≥(=：可逆；>：不可逆) 在恒温条件下，亥姆赫兹函数是系统能做功的能量 T A W ?≤(=：可逆；<：不可逆) ； T A W ?≥(=：可逆；>：不可逆) （4）在恒温恒压条件下，吉布斯函数是系统能做非体积功的能量； ,T p G W '?≤(=：可逆；<：不可逆) ,T p G W '?≥(=：可逆；>：不可逆) （5）焓没有明确的物理意义。在封闭系统、恒压且不做非体积功的情况下，焓的增量等于恒压热，即?H ＝Qp 。 5指出下列过程中△U ，△H , △S , △A , △G 何者为零。 ⑴ 理想气体不可逆恒温压缩； ⑵ 理想气体节流膨胀； ⑶ 实际流体节流膨胀； ⑷ 实际气体可逆绝热膨胀； ⑸ 实际气体不可逆循环过程； ⑹ 饱和液体变为饱和蒸气； ⑺ 绝热恒容没有非体积功时发生化学变化； ⑻ 绝热恒压没有非体积功时发生化学反应。 答：(1)△U ，?H ；对于理想气体 () ,()U f T H g T ?=?= (2)，(3)△H ；节流膨胀定义？无论是理想气体，还是实际气体，节流膨胀过程的 Q=0，△H =0

衡水学院-《物理化学》第三章-热力学第二定律-作业及答案

[143-1] 卡诺热机在T 1 = 600 K 的高温热源和T 2 = 300 K 的低温热源间工作。求： ⑴热机效率η； ⑵当向环境作功 – W = 100 kJ 时，系统从高温热源吸收的热 Q 1 及向低温热源放出的热 - Q 2。 解：5.0600 300 600121=-=-= T T T r η⑴ ） （解得：即⑵kJ 200100.5011 1== -= Q Q Q W η Q 2 + Q 1 = - W Q 2 + 200 = 100 -Q 2 = 100 (kJ) [143-2] 某地热水的温度为65℃，大气温度为20℃。若分别利用一可逆热机和一不可逆热机 从地热水中取出1000 J 的热量。 ⑴分别计算两热机对外所做的功，已知不可逆热机是可逆热机效率的80%； ⑵分别计算两热机向大气中所放出的热。 解：1 121Q W T T T r r -=-= η⑴ ） （解得：即 J 13310005.12736520-65-=-= +r r W W W ir = 80% W r = 80% × (-133) = - 106.5 (J) ⑵ Q 2 + Q 1 = - W Q r,2 + 1000 = 133 Q r,2 = - 867 (J) Q ir,2 + 1000 = 106.5

Q ir,2 = - 893.5 (J) [143-3] 卡诺热机在T 1 = 900 K 的高温热源和T 2 = 300 K 的低温热源间工作。求： ⑴热机效率η； ⑵当向低温热源放热 - Q 2 = 100 kJ 时，系统从高温热源吸热Q 1及对环境所作的功– W 。 解：6667.0900 300 900121=-=-= T T T r η⑴ ） （解得：即⑵kJ 300100 1.66670111 1 2=-+ =+ =Q Q Q Q η Q 2 + Q 1 = - W -100 + 300 = - W - W = 200 (kJ) [143-4] 冬季利用热泵从室外0℃的环境吸热，向室内18℃的房间供热。若每分钟用100 kJ 的功开动热泵，试估算热泵每分钟最多能向室内供热多少？ 解：从室外吸热Q 1，向室内供热Q 2，室外温度定为T 1，室内温度定为T 2。 1 121Q W T T T r -=-= η⑴ ）（解得：即 J 5.1517100 5.127391.152-73.15211=-= Q Q Q 2 + Q 1 = - W Q 2 + 1517.5 = -100 Q 2 = - 1617.5 (J) [143-5] 高温热源温度T 1 = 600 K ，低温热源温度T 2 = 300 K 。今有120 kJ 的热直接从高温热 源传给低温热源，求此过程两热源的总熵变ΔS 。 解：120 kJ 的热直接从高温热源传给低温热源，-Q 1 = Q 2 = 120 kJ )()(21T S T S S ?+?=?2211T Q T Q += 300 120000 600120000+ -=)K J (2001-?=

物化试题(热力学第二定律)-

物化试题（热力学第二定律）- 第二章热力学第二定律 一、思考问题 1.指出以下公式的适用范围: (1)δS = nrln P1/p2+cplnt 2/T1 = nrln v2/V1+cvlnt 2/T1 答:封闭系统的平衡状态，没有非体积功，理想气体纯态变化的可逆过程。(2)dU=TdS-pdV 答:具有相同组成的封闭系统的平衡状态不做任何非体积功。(3) dG=Vdp 答:组成恒定的封闭系统的平衡状态并不构成非体积功的恒温过程。 2.判断下列陈述是否正确，并解释原因。 (1)不可逆过程必须是自发的，自发过程必须是不可逆的。(后者是正确的，前者是错误的。例如，不可逆压缩不是一个自发的过程。(2)每个熵增加过程都是一个自发过程。(必须是一个孤立的系统。(3)不可逆过程的熵永远不会减少。(必须是一个孤立的系统。(4)当系统达到平衡时，熵值最大，吉布斯函数最小。(当绝热系统或孤立系统达到平衡时，熵最大，当系统达到平衡时，在恒温恒压无体积功的条件下，吉布斯函数最小)(5)当系统内能和体积不变时，δs 0，而绝热可逆过程δS = 0。从相同的初始状态开始，不可能通过绝热不可逆性和绝热可逆性的两条不同路径达到相同的最终状态) (7)在绝热系统中，从状态A到状态b是一个不可逆的过程。无论用什么方法，系统都不会回到原来的状态。(在绝热系统中，发生不可

逆过程，从状态a到状态b，δs > 0，sb > sa。仍然在绝热系统中，从状态b开始，不管它经历什么过程，系统的熵值增加和减少，所以它不能回到它的原始状态。) (8)绝热循环必须是可逆循环。(是的。因为如果在绝热系统中发生可逆变化，δS = 0，并且发生不可逆变化δS > 0，如果在循环过程中有不可逆的步骤，系统的熵值将增加并且它将不会返回到它的初始状态。δ S= 0系统只有在逐步可逆的情况下才能恢复到初始状态。(1)理想气体从压力p1膨胀到真空p2。答:可以设计恒温可逆膨胀。(2)将温度分别为T1和T2的两个铁块(T1 > T2)接触，最终状态温度为t 答:在T1和T2之间设置多个温差为dT的热源，制作铁块T1和T1-dT，T1-2dT？与热源的接触，无限缓慢地达到最终状态温度t，使铁T2和T2+dT，T2+2dT？与热源的接触，无限缓慢地接近最终状态温度t。 (3)在30℃和1个大气压下的H2O(1)在30℃和1个大气压下真空蒸发至H2O(g)。答:可以设计两种可逆方式:一种在恒压下可逆，另一种在恒温下可逆。 (4)理想气体绝热地不可逆地从状态一(P1、V1、T1)变为状态二(P2、V2、T2)。答:可以设计以下四种方式:(1)从状态ⅰ到具有恒定体积可逆性或压力的状态A，然后到具有恒定温度可逆膨胀的状态A 国家二；(2)在恒压下从状态I可逆地膨胀到状态b，然后在恒温下可逆地膨胀到状态ii；(3)在恒温下从状态I可逆地膨胀到状态c，然后在恒压下可逆地膨胀到状态ii；④在恒定温度下从状态一到状态四，

物理化学热力学第二定律练习题及答案

第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．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。 5．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。 6．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。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．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矛盾吗? 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由 T H S ∆= ∆计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。

14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ∆= ∆>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．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。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．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，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到 V 2，能否用公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆12 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成

物理化学热力学第二定律例题

第三章 热力学第二定律 引用参考资料 （1） 天津大学物理化学习题解答（第五版）；（2）江南大学课件附带习题中选 择题和填空题部分；（3）2001－山东大学－物理化学中的术语概念及练 习； 一、 填空题 1．某热机循环一周，从高温热源吸收200kJ ，向低温热源放热100kJ ，则 =?-)(pV W （ ） -100kJ 2．在高热源T 1和低温热源T 2之间的卡诺循环，其热温熵之和 2 211T Q T Q + =（ ）。循环过程的热机效率η=（ ）。 0，121T T T - 3． 100℃、1大气压下的水，恒温恒压下蒸发成100℃、1大气压的水蒸气， 则 ?S （ ）0，?G （ ）0。 ?S >0 、?G = 0 4．一定量理想气体与300K 大热源接触做等温膨胀，吸热Q=600KJ ，对外所做 功为可逆功的40%，则系统的熵变ΔS=（ ）。 1-K kJ 5?

1-r r K kJ 5K 3004.0kJ 600?=?=-==?T W T Q S 5．1mol 单原子理想气体从p 1、V 1、T 1等容冷却到p 2、V 1、T 2，则该过程?U （ ） 0，?S （ ）0，W （ ）0（填> , < , =）。 ?U < 0，?S < 0，W = 0 6．乙醇液体在常压、正常沸点温度下蒸发为乙醇蒸汽，过程的S H ??与的关系 是（ ）；Q 与H ?的关系是（ ），计算H ?所需要的热力学基础数据： （ ）或者（ ）和（ ）。 T H S ?=?；H Q ?=；乙醇在正常沸点下的蒸发焓m vap H ?；乙醇液体在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ?m f H ；乙醇蒸气在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ?m f H 7．某一系统在与环境300K 大热源接触下经历一不可逆循环过程，系统从环境 得到10KJ 的功，则系统与环境交换的热Q=（ ）；ΔS sys =（ ）；Δ S amb =( )。 -10kJ ；0；33.331-K J ? 因为循环过程0=+=?W Q U ； 8．298K 气相反应CO （g ）+ 1/2 O （g ）= CO 2（g ），该反应的?G ?A ?U ?H （填> , < , =）。 ?G < ?A ， ?U > ?H 9．下列过程中，系统的?U 、?S 、?G 何者为零：（1）理想气体向真空恒温自 由膨胀 （2）某一循环过程 （3）可逆相变过程 下列过程中，系统的?U 、?S 、?G 何者为零：（1）?U = 0 （2）?U = 0、?S =

物理化学上册第五版天津大学出版社第三章热力学第二定律习题答案

物理化学上册第五版天津大学出版社第三章热力学第二定律习题答案 3-1 卡诺热机在 T 1=600K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作，求： （1） 热机的效率； （2）当环境作功 –W=100kJ 时，系统从高温热源Q 1及向低温热源放出的 –Q 2。 解：（1）5.0600/)300600(/)(/1211=-=-=-=T T T Q W η （2）5.0/100/11==-Q kJ Q W ，得 kJ Q 2001= kJ W Q Q 10021=-=+； kJ Q W Q 100)(21=-=-- 3-2卡诺热机在T 1=795K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作，求： （1）热机的效率； （2）当从高温热源吸热Q 1=250 kJ 时，系统对环境作的功 -W 及向低温热源放出的 –Q 2。 解：（1）6.0750/)300750(/)(/1211=-=-=-=T T T Q W η （2）kJ kJ Q W 1502506.01=⨯==-η kJ W Q Q 15021=-=+； kJ Q W Q 100)(21=-=-- 3-3 卡诺热机在T 1=900K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作，求： （1）热机的效率； （2）当向低温热源放出的 –Q 2=100kJ 时，从高温热源吸热Q 1

及对环境作的功 -W 。 解：（1）6667.0900/)300900(/)(/1211=-=-=-=T T T Q W η （2）6667.0/1=-Q W （a ） W kJ Q -=-1001 （b ） 联立求解得：Q 1=300 kJ ；-W=200kJ 3-4 试证明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺热机联合操作时，若令卡诺热机得到的功W r 等于不可逆热机作出的功 – W ，假设不可逆热机的热机效率η大于卡诺热机的 热机效率ηr ，其结果必然有热量从低温热源流向高温热源，而违反热力学第二定律的克劳修斯说法。 解：由题意可知：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机ir 与卡诺热机r ，如上图所示。调节卡诺热机得到的功r W 等于不可逆热机作出的功W - 。可逆热机R 从高温吸热r Q ,1，作功r W ，放热r Q ,2-到低温热源T 2，其热机效率为1 Q W r r -=η。不可逆热机ir 从高温热源吸热1Q ， 放热2Q -到低温热源，其热机效率为1Q W ' -=η。 先假设假设不可逆热机的热机效率η大于卡诺热机的热机效率ηr ，即 r ηη>或r r Q W Q W ,11 ->- 因W W r -=，可得 1,1Q Q r -> 今若以不可逆热机i 带动卡诺热机，使卡诺热机r 逆向转动，卡诺热机成为致泠机，所需的功W r 由不可逆热机i 供给，如上图所示。

物理化学第三章热力学第二定律练习题

《物理化学》第三章热力学第二定律练习题 一、填空题： 1、 1mol,1atm,120℃过热水汽化成同温时的蒸汽，则体系的ΔS= 0， ΔS 总= 0（以上空格中填 >、=、<）。 2、1 mol 理想气体，在恒温条件下，体积由V 膨胀至2V ，该过程的ΔU 0，ΔH 0，W 0，Q 0，ΔS 0，ΔG 0。（以上空格中填>、=、<） 3、有1mol 理想气体在绝热下，向真空膨胀（P 环=0），体积由V 2V →，则该过 程中，体系的ΔU 、ΔH 、W 、ΔS （填写 >0 、<0、 =0）。而环境的ΔS 环 （填写 >0 、<0、 =0）。该过程 为 过程（自发、可逆、不能发生）。 4、1mol 理想气体在298K ，101.3KPa 时恒温可逆膨胀，若过程的J G 2983-=∆，则终态压强为P= ，=∆S 。 5、自发过程是 的过程，一定有确定的 和 。 6、可逆相变过程的熵变的计算公式为： 。 7、吉布斯函数的定义式为： 、判据为 。判据的应用条件为： 。 8、亥姆霍兹函数的定义式为： 、判据为 。判据的应用条件为： 。 二、计算题 1、10克H 2在27℃时从1升恒温可逆膨胀到100升时的Q 、W 、ΔU 、 ΔH 、ΔS 、ΔG 、ΔA 各为多少？（H 2可视为理想气体）

2、0.1mol ，101.3KPa,130℃的甲苯蒸汽，在恒压下逐步冷凝为110℃的甲苯液体 () () () KPa l C KPa g C KPa g C 3.1011103.1011103.101130甲苯甲苯甲苯︒→→︒︒ 求各第一步的Q 、W 、ΔU 、ΔH 、ΔS ；第二步的ΔS 、ΔG 、ΔA 。（蒸汽是理想 气体）已知：甲苯在110℃的θm g l H ∆=33.3KJ •mol -1，C V ，m （g ）=95.6J •mol -1K -1。 3、标准状态，25℃下，气相反应)()(2)(32g OH CH g H g CO →+。 求：（1）该反应的恒压热效应??,)298(?,)298(0,,=∆=∆=∆='θθθW P T m r m r G K S K H （2）通过计算，用熵判据及吉氏函数判据分析说明该反应能否发生。 已知：热力学数据如下： CO （g ） H 2(g) CH 3OH (g) )298,(,K B m r βθH ∆（KJ ·mol -1） —293.0 —285.8 —726.6 θB m S ,(298K) (J ·K -1) 198.0 130.6 237.8

物化习题(上)参考答案

第一章参考答案 一、判断题解答： 1．第一句话对，第二句话错，如理想气体的等温过程ΔU = 0，ΔH = 0。2．错，均相系统的V才与总物质的量成正比。 3．错，两个独立变数可确定系统的状态只对组成一定的均相封闭系统才成立。4．错，理想气体的U = f(T)，U与T不是独立变量。 5．错，绝热压缩温度升高；理想气体恒温可逆膨胀，吸热。 6．第一个结论正确，第二个结论错。 7．错，Q V、Q p是状态变化的量、不是由状态决定的量。 8．错，(1)未说明该过程的W'是否为零；(2)若W' = 0，该过程的热也只等于系统的焓变。 9．对。 10．错，这不是理想气体的单纯pVT 变化。 11．错，该过程的p环 = 0，不是恒压过程。 12．错，在升温过程中有相变化。 13．错，H = f(T,p)只对组成不变的均相封闭系统成立。 14．错，Δ(pV)是状态函数的增量，与途径无关，也不等于功。 15．错，环境并没有复原。 16．错，无限小过程不是可逆过程的充分条件。 17．错，若有外摩擦力(广义)存在，则不可逆。 18．对。 19．对，。 20．错，一般的非理想气体的热力学能不仅只是温度的函数。 21．错，该条件对服从pV m = RT + bp的气体也成立。 22．错，(∂U/∂V)p≠(∂U/∂V)T。 23．错，U = H - pV。 24．错，标准生成焓没有规定温度的值。 25．错，该过程不是可逆过程。 26．错，理想气体等温可逆压缩时向环境传热温度不变。 27．错，机械搅拌时W’≠0 ； 28．错，两个过程的ΔT不同。 二、单选题答案： 1. A； 2. C； 3. D； 4. C； 5. B； 6. C； 7. A； 8. A； 9. D； 10.B； 11.A； 12.A； 13.A；14.D；15.B；16.A； 17.B； 18.D； 19.B； 20.A； 21.B； 22.A； 23.C； 24.C； 25.B； 26.C； 27.D； 28.B； 29.D； 30.B。 三、简答题 1．“凡是体系的温度升高时就一定吸热，而温度不变时，体系既不吸热也不放热”，这种说法对否？举实例说明。

物理化学 课后答案-热力学第二定律

第三章热力学第二定律 【复习题】 【1】指出下列公式的适用范围。 （1）min ln B B B S R n x ∆=-∑; （2）12222111 ln ln ln ln P v p T V T S nR C nR C p T V T ∆=+=+; （3）dU TdS pdV =-； （4）G Vdp ∆=⎰ （5）,,S A G ∆∆∆作为判据时必须满足的条件。 【解】（1）封闭体系平衡态，理想气体的等温混合，混合前后每种气体单独存在时的压力都相等，且等于混合后气体的总压力。 （2）非等温过程中熵的变化过程，对一定量的理想气体由状态A （P 1、V 1、T 1）改变到状态A （P 2、V 2、T 2）时，可由两种可逆过程的加和而求得。 （3）均相单组分（或组成一定的多组分）封闭体系，非体积功为0的任何过程；或组成可变的多相多组分封闭体系，非体积功为0的可逆过程。 （4）非体积功为0，组成不变的均相封闭体系的等温过程。 （5）S ∆：封闭体系的绝热过程，可判定过程的可逆与否； 隔离体系，可判定过程的自发与平衡。 A ∆：封闭体系非体积功为0的等温等容过程，可判断过程的平衡与否； G ∆：封闭体系非体积功为0的等温等压过程，可判断过程的平衡与否； 【2】判断下列说法是否正确，并说明原因。 （1）不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的； （2）凡熵增加过程都是自发过程； （3）不可逆过程的熵永不减少； （4）系统达平衡时，熵值最大，Gibbs 自由能最小； （5）当某系统的热力学能和体积恒定时，S ∆<0的过程不可能发生； （6）某系统从始态经过一个绝热不可逆过程到达终态，先在要在相同的始、终态之间设计