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第三章 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as = o,绝热不可逆膨胀过程的as 0,绝热不可逆压缩过程的as 0。9 .理想气体经等温膨胀后,由于AU = 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AS 0。11. 相变过程的熵变可由AS = AH/T计算。12. 当系统向环境传热时(Q 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膨胀到V,其中经过可逆途径时做的功最多。1219. 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-pdV = 0,此过程温度 不变,AU = 0,代入热力学基本方程dU = TdS - pdV,因而可得dS = 0,为恒 熵过程。二、单选题:1. AS = AH/T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对于克劳修斯不等式dS 6 Q/T,判断不正确的是:环(A) dS =6 Q/T 必为可逆过程或处于平衡状态;环(B) dS 6 Q/T必为不可逆过程;环(C) dS 6 Q/T 必为自发过程 ;环(D) dS V6 Q/T违反卡诺定理和第二定律,过程不可能自发发生。环4. 下列计算熵变公式中,哪个是错误的:(A) 水在25C、p 下蒸发为水蒸气:AS = (AH - AG)/T ;(B) 任意可逆过程:dS =(6 Q/dT)r ;(C) 环境的熵变: AS = - Q /T ;体(D) 在等温等压下,可逆电池反应: AS = AH/T 。5. 当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时,求得体系的熵变AS = 10 JK-i, 若该变化中所做的功仅为相同终态最大功的 1/10,该变化中从热源吸热多少?(A) 5000 J ;(B) 500 J ;(C) 50 J ;(D) 100 J 。6. imol双原子理想气体的(dH/dT)v是:(A) 1.5R ;(B) 2.5R ;(C) 3.5R ;(D) 2R 。7. 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)AS(体) 0,AS(环) 0 ;(B)AS(体) 0,AS(环) 0,AS(环)二 0 ;(D)AS(体) 0,AS(环) AS ;(B) AS = AS;(C) AS = 2Qir/T;rirrirr(D) AS(等温可逆)二AS+AS=0,AS(不等温可逆)二AS+AS0。体环体环9计算熵变的公式AS = j (dU + pdV)/T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 ;10. 实际气体CO经节流膨胀后,温度下降,那么:2(A)AS(体)0,AS(环) 0 ;(B)AS(体) 0(C)AS(体)0,AS(环)二 0 ;(D)AS(体)S(l)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 。16. 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)AS0,AH 0 ;(B)AS 0,AH 0 ;(C)AS 0 ;(D)AS 0,AH A H/T ;r m r m r m r m(C) A S 三 A H/T ;(D) A S W A H/T 。r m r m r m r m19. 实际气体节流膨胀后,其熵变为:(A) AS = nRln(V/V) ;(B) AS = / (V/T)dp ;21(C) AS = / (Cp/T)dT;(D) AS = (Cv/T)dT 。20. 一个已充电的蓄电池以 1.8 V 输出电压放电后,用 2.2 V 电压充 电使其回复原状,则总的过程热力学量变化:(A) Q0,AS0,AG0;(B) Q0,W 0,AS0,AG0,W 0,AS=0,AG=0;(D) Q0,AS=0,AG=0。21. 下列过程满足AS 0, Q /T =0的是:环(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 。22. 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 。23. 在-10C、101.325kPa下,lmol水凝结成冰的过程中,下列哪个公式可 以适用:(A) AU = TAS;(B) AS = (AH - AG)/T;(C) AH = TAS + VAp;(D) AG = 0。T,p24. 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 。25. 热力学基本方程dG = -SdT + Vdp,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 + 3H=2NH 未达到平衡 。223三、填空1.在一定速度下发生变化的孤立体系,其总熵的变化是2. 373.2K、 101325Pa 的水,使其与大热源接触,向真空蒸发成为 373.2K、101325Pa 下的水气,对这一个过程,应选用哪一个热力学函数的变化作为过 程方向的判据。3. 等容等熵条件下,过程自发进行时,AF应。4. 25C时,将11.2升O与11.2升N混合成11.2升的混合气体,该过程AS、22AG分别为。5. 2mol理想气体B,在300K时等温膨胀,W=0时体积增加一倍,则其AS(JK-1)为:。计算与证明1、卡诺热机在T=900K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作。求:(1)热 机效率n ;(2)当向低温热源放热一Q2=100kJ时,系统从高温热源吸热Q及对环境所作 的功一W。答:(1) 0.6667;(2) Q1=300kJ,W=200kJ2、高温热源温度T=600K,低温热源温度T2=300K。今有120kJ的热直接从高 温热源传给低温热源,求此过程的AS。答:200 J K-13、不同的热机工作于T=600K的高温热源及T2=300K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Q=300kJ时,两热源的总熵变AS。(1) 可逆热机效率n =0.5;(2) 不可逆热机效率n =0.45;(3) 不可逆热机效率n =0.4。答:(1) 0; (2) 50J K-1; (3) 100J K-14、已知水的比定压热容cp=4.184Jg-1K-1。今有1kg, 10C的水经下述三种不 同过程加热成100C的水,求各过程的ASsys,ASamb及ASiso。(1) 系统与100C热源接触;(2) 系统先与55C热源接触至热平衡,再与100C热源接触;(3) 系统先后与40C,70C的热源接触至热平衡,再与100C热源接触。答:(1) ASsys=1155J KJ, ASamb = -1009J KJ, ASiso =146J K-1;(2) ASsys =1155JK-1, ASamb=-1096J .K-1, AL
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