热力学第二定律习题.doc
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1、word第二章 热力学第二定律习题1. 1L理想气体在3000K时压力为kPa,经等温膨胀最后体积变到10dm3,计算该过程的Wmax、H、U与S。解:2. 1mol H2在300K从体积为1dm3向真空膨胀至体积为10 dm3,求体系的熵变。假如使该H2在300K从1dm3经恒温可逆膨胀至10 dm3其熵变又是多少?由此得到怎样的结论?解:真空膨胀为不可逆过程,要计算熵变,必须先设计可逆过程,即等温可逆膨胀过程,S = nRln(V2/V1)1对于等温可逆膨胀,不需设计可逆过程,直接计算,由于两步的始态和终态一样,所以等温可逆膨胀的熵变也等于19.14J/K。结论:只要体系的始态和终态一样,
2、不管是可逆过程还是不可逆过程,体系熵变一样。3. dm3343K水与0.1 dm3 303K水混合,求熵变。解:水的混合过程为等压变化过程,用S = nCp,mln(T2/T1)计算,同时熵是广度性质的状态函数,具加和性,熵变S等于高温水的熵变Sh加上低温水的熵变Sc。先计算水终态温度,根据高温水放出的热量等于低温水吸收的热量来计算,设终态水温为T终。Q = nCp,m (T2 - T1/M) Cp,m (T终/M) Cp,m (343-T终)T终 S = Sh +Sc/M) Cp,m/M) Cp,m ln(336.3/303)103/18)103/18)75.31 ln(336.3/303)
3、4. 有473K的锡g,落在283K1kg的水中,略去水的蒸发,求达到平衡时此过程的熵变。锡的Cp,mmol, 原子量为118.71,水的Cp,mmol。解:先求锡和水的终态温度T终Q n锡Cp,m,锡 (473-T终) n水Cp,m,水T终283(250/118.71) 24.14 (473-T终) = (1000/18) 75.13 T终283T终 S = Sh + Sc n锡Cp,m,锡ln(285.28/473) + n水Cp,m,水ln(285.28/283)= (250/118.71)24.14 ln(285.28/473) + (1000/18)75.31 ln(285.28/2
4、83)5. 1mol水在373K和101.325kPa向真空蒸发,变成373K和101.325kPa的水蒸气,试计算此过程的S体系,S环境和S总,并判断此过程是否自发。水的相变热为40.67KJ/mol解:水向真空蒸发不是可逆过程,求其熵变,设计可逆过程,在等温等压下水蒸发为水蒸气,S体系 H/T = 140670/373 = 109J/K求S环境必须先求Q环境,即实际过程中传递的热量。对实际过程真空蒸发,W 0,如此U = 0 Q体系Q环境对于可逆蒸发过程的能变化值与真空蒸发值一样,只要求得可逆过程的U就能求得Q环境。对可逆过程:HUpV(水的体积可忽略)U = H -pV= H - nRT
5、406701如此:Q环境S环境= Q环境S总=S体系+S环境=109-100.7=8.3J/K0因S总0,所以此过程为自发不可逆过程。6.试计算 263K和101.325 kPa,1 mol水凝结成冰这一过程的S体系、S环境和S总,并判断此过程是否为自发过程。水和冰的热容分别为75.3 J/Kmol和37.6 J/Kmol,273K时冰的熔化热为 6025 J/mol。解:7. 有一物系如下列图,将隔板抽去,求平衡后S。设气体的Cp均是28.03 J/Kmol。1mol O2283K, V1mol H2293K,V解:设混合后温度为tK,如此:1t - 283= 1293 - t t = 28
6、8K8. 在温度为298K的室有一冰箱,冰箱的温度为273K。试问欲使1kg水结成冰,至少须做功假如干?此冰箱对环境放热假如干?冰的熔化热为334.7 J/g。注:卡诺热机的逆转即制冷机,可逆制冷机的制冷率Q/(W)=T1/(T2T1)。解:9. 有一大恒温槽,其温度为,室温为,经过相当时间后,有4184J的热因恒温槽绝热不良而传递给室空气,试求1恒温槽的熵变;2空气的熵变;3试问此过程是否可逆?解:1S恒温槽(2) S空气(3) S总 = S恒温槽 + S空气 J/K0此过程为不可逆过程。10. 1mol甲苯在其沸点时蒸发为气体,求该过程中的Q、W、H、U、S与G,甲苯的汽化热为362kJ/
7、kg。解:Q = 3620.092 = 33.304 kJW = - pe(V气V液) -peV气-nRT = -1383.2= -3186JU = Q+W等温等压过程:H QP 甲苯在正常沸点下变为气体,为可逆过程,如此:SQR/T对等温相变可逆过程,G011. 1molO2于298 K (1)由100 kPa等温可逆压缩到600 kPa,求Q、W、H、U、F、G、S和S孤立;(2) 假如自始至终用600 kPa的外压,等温压缩到终态,求上述各热力学量的变化。解:(1) 等温可逆压缩,如此H U 0W = -nRTln(p1/p2) = -1298ln(100/600) = 4443JQ =
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