2022年热力学第二定律复习题.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 热力学其次定律自发过程的共同特点：单向、不行逆性；或者说：自发过程造成系统的作功才能降低；判 断 过 程 的 变 化 方 向热力学其次定律克劳修斯说法：不行能把热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响 开尔文说法：不行能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影熵函数的引出：卡诺循环任意可逆循环热温商： （Q r/T0）熵函数引出熵增原理卡诺循环卡诺定律：IR克劳修斯 Clausius不等式：S ABQi/TAB0熵判据：S绝或S隔（ =S体+S环 0不行能发生的过程 0可逆过程 0自发、不行逆过程 引进 Gibbs 函数 G 和 Helmholtz 函数 A 的目的G 函数和 A 函数定义式： AUTS,GHTS性质：状态函数,广度量,确定值不知道G 判据和 A 判据Helmholtz 判据 AT,V,W =0<0 自发过程 =0 平稳 可逆 过程 Gibbs 判据 GT,p,W =0<0 自发过程 =0 平稳 可逆 过程 dUT Sp VW =0,组成恒定封闭系统的热力学基本方程dHT SV p应用条件：可逆和不行逆过程；但积分时dAS Tp V要用可逆途径的V p 或 T S 间dGS TV p的函数关系；Maxwell 关系式 T/ VS=- p/ SV , T/ pS= V/ Sp应用：用易于测量的量表示不 S/ VT= p/ T V , S/ pT=- V/ Tp能直接测量的量,常用于热力学关系式的推导和证明名师归纳总结 不同变化过程S、见下页第 1 页,共 20 页A、G的运算- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - SQr/TdUW /T, S环 =-Q 体/T 环基本运算公式 A= U- TS ,dA=-SdT-pdV G= H- TS ,dG=-SdT-Vdp不同变化简洁 pVT恒温：S =-Qr/T ； AT 0 , GT V p 0仅对凝结相 凝结相及恒压变温ST 2nCp m/T dTCp,m=常数nCp,mlnT 2/T 1 T 1实际气体 A= U- TS, G= H- TS; A G恒容变温ST 2nC V m/T dTCV,m=常数nCV,mlnT2/T1 T 1 A= U- TS, G= H- TS; A G变化 常压运算 S S=nC V,mlnT2/T1+nRlnV2/V1 下 = nCp,mlnT2/T1-nRlnp2/p1 恒压相变化抱负气体= nCV,mlnp2/p1+ nCp,mlnV2/V1 A、 G恒温 : AT= GT=nRTlnp2/p1=- nRTlnV2/V1 过程 S、的运算变温： A= U- TS, G= H- TS A、 G可逆：S= H/T ； G=0； A0（凝结态间相变）的运算=- ngRT gl 或 s 纯物质两不行逆：设计始、末态相同的可逆过程计任意两相平稳T p 关系：d / d TTV m/HmClapeyron 方程 相平稳时gl 或 s 两相微分式：d lnpvapHmC-C 方程 dTRT2T p 关系平稳时 T p 关系定积分式： lnp2/p1=- vapHm/R1/T2-1/T1 不定积分式： lnp=- vapHm/RT+C 热力学第三定律及其物理意义 规定熵、标准摩尔熵定义 任一物质标准摩尔熵的运算化学 变化标准摩尔生成Gibbs 函数rG m,B定义m,B,rS mBSm,B,rHmBfHr G mBmTS m或rG mBBfG m,BH微分式 G/ Tp= G- H/T 或 G/T/ T p=- H/T2 A/ TV= A- U/T 或 A/T/ T V=- U/T2G-H 方程积分式：rG m T /TH0/TIRalnT1/ 2bT1/ 6cT2应用：利用G-H 方程的积分式,可通过已知T1 时的 GT1或 AT 1求 T2 时的 GT2或 AT 2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一、挑选题1体系经受一个正的卡诺循环后,试判定以下哪一种说法是错误的？（a）体系本身没有任何变化（b）再沿反方向经受一个可逆的卡诺循环,最终体系和环境都没有任何变化（c）体系复原了,但环境并未复原（d）体系和环境都没有任何变化答案 d （什么叫卡诺循环？以抱负气体为工作物质,从高温 Th 热源吸取 Qh 的热量,一部分通过抱负热机用来对外做功 Wr 另一部分 Qc 的热量放给低温 Tc 热源；这种循环称为卡诺循环；P102）2一卡诺热机在两个不同温热源之间运转 , 当工作物质为气体时 , 热机效率为 42%, 如改用液体工作物质 , 就其效率应当（a） 削减（b） 增加（c） 不变（d） 无法判定答案 c 卡诺定律的推论？P10 1103在 pV 图上,卡诺循环所包围的面积代表了a 循环过程的 Q b 循环过程的自由能变化 Gc 循环过程的熵变 S d 循环过程的焓变 H答案 a 4当低温热源的温度趋近于 0K 时,卡诺热机的效率（a）趋近于 1 （b）趋于无限大（c）趋于 0 （d）大于其它可逆热机效率答案 a 卡诺热机效率 R T h T c 1 T c, 卡诺定律？ P108 全部工作于同温热T h T h源和同温冷源之间的热机,其效率都不能超过可逆机,即可逆机的效率最大；I R5关于热力学其次定律以下哪种说法是错误的（a） 热不能 自动 从低温流向高温（b） 不行能从单一热源吸热做功 而无其它变化（c） 其次类永动机是造不成的（d） 热不行能全部转化为功名师归纳总结 答案 d P107热力学其次定律的开尔文说法和克劳修斯说法 第 3 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 6关于熵的说法正确选项（a） 每单位温度的转变所交换的热为熵（b） 可逆过程熵变为零（c） 不行逆过程熵将增加（d） 熵与系统的微观状态数有关答案 d 熵函数的定义P110111,S BS ASB AQR, d SQRTT7熵变S 是： 1 不行逆过程热温商之和 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选项（a） 1,2 （b） 2,3S ABiQAB0（c） 2 （d） 4答案 b 熵函数的定义和性质P110 111,T8任意的可逆循环过程,体系的熵变a 肯定为零 b 肯定大于零c 肯定为负 d 是温度的函数答案 a 9封闭体系经过一循环过程后,就（a） 体系的熵增加（b）U = 0 （c） Q = 0 （d）体系的 T、P都不变答案 d （什么叫过程函数,什么叫状态函数,状态函数的性质）10在始末态肯定的热力学过程中（a）过程热为定值（ b）可逆热温商为定值（c）热容为定值（ d）热力学能 U为定值答案 b 11对于不做非体积功的隔离体系,熵判据为名师归纳总结 （a）d ST,U 0 （ b）d Sp,U 0第 4 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （c）d SU,p 0 （ d）d SU,V 0答案 d熵熵判据 P11 >0 不行逆过程dSad 或 dSiso=dSsys+dSsur =0 可逆过程或平稳状态 <0 不行能发生的过程.11. 在肯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B0c 总是增大 d 总是减小答案 c 熵增原理 P11 11,S ABiQAT在绝热条件下,趋向于平稳的过程使体系的熵增加；或者说在绝热条件下,不行能发生熵削减的过程；12. 263K的过冷水凝结成 263K的冰,就（a） S < 0 （b）S > 0 （c） S = 0 （d） 无法确定答案 a 12. 依据熵的统计意义可以判定以下过程中何者的熵值增大？名师归纳总结 a 水蒸气冷却成水 b 石灰石分解生成石灰第 5 页,共 20 页 c 乙烯聚合成聚乙烯 d 抱负气体绝热可逆膨胀答案 b , 其运算熵变的公式是：13. 对抱负气体等温可逆过程 a S=- nRTln p1/ p2 nRlnV 2V 1p 1p 2 b S=nRTln V1/ V2 c S=nRln p2/ p1 d S=nRln V2/ V1答案 d SnCv mlnT 2T 1T 2SnCp mlnnRlnT 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 14. 环境的熵变等于aQ 体 bQ 体 cQ 体 dTQ 环T 环T 环T 环 5 p 的过程有答案 b 15. 室温下, 10p 的抱负气体节流膨胀至 1 W > 0 2 T1> T2 3 Q = 0 4 S > 0 其正确的答案应是： a 3, 4 b 2,3 c 1, 3 d 1,2 答案 a 由于绝热,所以 Q = 0 由于抱负气体节流膨胀后 T 不变又 W = -p1V1+ p2V2= nRT2- nRT1= 0 因此 dS = d U + pdV / T = CVdT/ T + pdV/ T = nRdV/ V故SnRV 21/Vd VnR lnV 2V 10 因 V2> V1 设 CV, mV 116. 物质的量为n 的抱负气体从T1, p1, V1变化到 T2, p2, V2,以下哪个公式不适用为常数 ？名师归纳总结 a S = nCp, ln T1/ T2 + nRln p2/ p1 第 6 页,共 20 页 b S = nCVln p2/ p1 + nCp,m ln V2/ V1 c S = nCV, ln T2/ T1 + nRln V2/ V1 d S = nCp, ln T2/ T1 + nRln p1/ p2 答案 a SnCv mlnT 2nRlnV 2T 1T 2V 1p 1SnCp mlnnRlnT 1p 2SnCv mlnp 2nCp mlnV 2p 1V 117. 纯液体在正常相变点凝固,就以下量减小的是a S bGc 蒸汽压 d凝固热- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案 a 18. 经一循环过程回到始态,就不肯定为零的是a G b S c U d Q 答案 d 由于U,、皆是状态函数,所以为（d）19. 封闭体系中,如某过程的 A W , 应满意的条件是（a）等温、可逆过程（b）等容、可逆过程（c）等温等压、可逆过程（d）等温等容、可逆过程答案 a 亥姆霍兹函数的定义和性质 P129130 <W Irreversible process AT=W reversible process 20. 抱负气体绝热向真空膨胀,就 a S = 0 ,W = 0 b H = 0 , U = 0 c G = 0 , H = 0 d U = 0 , G = 0 答案 b 21. 氮气进行绝热可逆膨胀（a） U（b） S（c） A（d） G答案 b 22. 等容等熵条件下,过程自发进行时,以下关系确定成立的是a G 0 b A 0 0自发；c H 0 d U 0答案 d 在恒熵恒容时US V=平稳23. 等温等压下进行的化学反应,其方向由rHm和rSm共同打算,自发进行的反应应满意下列哪个关系式名师归纳总结 a rSm = r Hm/ Tb rSm > rHm/ T第 7 页,共 20 页c rSm rHm/ T d rSm rHm/ T- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案 b （GHTS）24. 对于孤立体系中发生的实际过程,以下各式中不正确选项 a W = 0 b Q = 0 pV 不肯定等于零；c S > 0 d H = 0 答案 d 由于H =U + pV ,在孤立体系中U = 0 ,但25. 孤立体系发生的以下过程中肯定是可逆过程的是（a）U0（b）H0（c）S0（d）G0答案 c 26. 氢气进行不行逆循环（a） U（b）S（c） S（d）S答案 b 27. 以下四种表述 1 等温等压下的可逆相变过程中,体系的熵变 S = H 相变/ T 相变 2 体系经受一自发过程总有 d S > 0 3 自发过程的方向就是纷乱度增加的方向 4 在绝热可逆过程中,体系的熵变为零两者都不正确者为： a 1, 2 b 3,4 c 2, 3 d 1,4答案 c 2 应改成“ 隔离体系经受一自发过程总是 d S > 0 ” ；3 应改成“ 自发过程的方向就是使隔离体系纷乱度增加的方向” ；28. 在绝热条件下,用大于气筒内的压力快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 不能确定答案 a 因绝热不行逆过程的 S体 > 0 29. 关于亥姆霍兹函数 A, 下面的说法中不正确选项（a） A 的值与物质的量成正比（b） 虽然 A 具有能量的量纲 , 但它不是能量（c） A 是守恒的参量名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - （d） A 的确定值不能确定答案 c 30. 亥姆霍兹自由能判据可以写作（a）A T p W 0 0（b）A T p W 0 0（c）A T V W 0 0（d）A T V W 0 0答案 c （130）31. 吉布斯自由能的含义应当是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 按定义懂得 G = H - TS ；答案 d dGT,PWe or GT,P,We=00 32. 吉布斯自由能判据可以写作：（a）dG T p W 0 0（ b）dG T p W 0 0（c）dG T p W 0 0（ d）dG T p W 0 0答案 b （131）33. 封闭体系中,如某过程的 A = 0,应满意的条件是（a） 绝热可逆 , 且 Wf = 0 的过程（b） 等容等压 , 且 Wf = 0 的过程（c） 等温等压 , 且 Wf = 0 的可逆过程（d） 等温等容 , 且 Wf = 0 的可逆过程答案 d 34. G=0 的过程应满意的条件是（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） 可逆绝热过程名师归纳总结 答案 a 第 9 页,共 20 页35. p、273.15K 水凝结为冰,可以判定体系的以下热力学量中何者肯定为零？- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （a） U （b）H （c） S （d）G答案 d 等温等压 , 且 Wf = 0 的可逆相变化 G 36. 抱负气体的不行逆循环,. Ga0 b=0 c0 d无法确定答案 b 皆是状态函数）37. 抱负气体等温过程的 Aa > G b < Gc = G d 不能确定答案 c（134） 抱负气体恒温过程（p1,V1 p2,V2）U=f T, H=f T U=0, H=0 就 A=- T S, G=- T S A= G（抱负气体恒温过程）38. 以下的哪个过程可应用公式 dG = Vdp求算体系的 Gibbs 自由能变a 恒温恒压下浓 H 2SO4 吸取水分b 实际气体等温可逆膨胀c 电解 NaCl 水溶液生成 NaOH、Cl2 和 H2d 287 K, p 下烧杯中的水蒸发为气答案 b , b 可应用, a c d 不能应用39. 下述过程,体系的 何者为零？（a） 抱负气体的等温膨胀（b） 孤立体系的任意过程（c） 在 100,101325Pa 下 1mol 水蒸发成水汽（d） 绝热可逆过程答案 c 40. 在肯定温度和压力下,对于一个化学反应,能用以判定其反应方向的是名师归纳总结 a rGm b Kp c rGm d rHm第 10 页,共 20 页答案 rGm,而判定肯定温度和压力下化学c （判定肯定温度和压力下化学反应方向用- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 反应限度用 K 或 p）41. 理 想 气 体 反 应 CO g 2 H 2 CH OH g 的 G m $ 与 温 度 T 的 关 系 为r G m/ J mol $-121 660 52.92 T/K ,如使在标准状态下的反应向右进行,就应掌握反应的温度a 必需高于 409.3 K b c 必需等于 409.3 K d必需低于 409.3 K 必需低于 409.3 答案 b, 由r$ G m0求得42. 用 1 mol 抱负气体进行焦耳试验（自由膨胀）,求得 S = 19.16 J ·K-1,就体系的吉布斯自由能变化为 a G = 19.16 J b S G < 19.16 J p 2）c G > 19.16 J d G = 0 答案 b （抱负气体恒温过程nRlnV 2nRlnp 1V 1p2AnRTlnV 2nRTlnV 1p 1GnRTlnp 2nRTlnV2p 1V 143. 1mol 抱负气体经过一个恒温不行逆压缩过程,就该过程名师归纳总结 a G Ab G= ApV=0；不是麦克斯韦关系式？第 11 页,共 20 页c G A（d）无法比较答案 b 依据 G A pV,抱负气体恒温44. 下列四个关系式中哪一个a TSVp b TVVSpSSpc STpV d SVVTpTTp- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案 a （依据热力学基本方程：dU TdS PdVdH TdS VdPdA SdT PdVdG SdT VdP结合全微分函数 df=gdx+hdy 的 g x h y 性质,得到以下四个麦克斯韦关系式：y xT p , T VV S S V p S S pp S , V S）T V V T T p p T45. 由热力学基本公式 dG=-SdT+Vdp所导出的以下式子中,错误选项a G= -S, b G VT p p Tc -S V,d G>0；G 0p T T p T p p T答案 d 46. 对于不做非体积功的封闭体系,下面关系式中不正确选项 a H/Sp= T b A/TV = - S, 吉布斯自 c H/p S = V d U/V S = p答案 d （正确的应当是USp）V47. 在一简洁的 单组分 , 单相 , 各向同性 封闭体系中 , 恒压只做膨胀功的条件下由能值随温度上升如何变化. a G/Tp> 0 b G/Tp< 0 c G/Tp= 0 d 视详细体系而定答案 b , G/T p= - S < 0 48. 纯物质单相体系的以下各量中不行能大于零的是名师归纳总结 （a）Hp（b）Gp第 12 页,共 20 页ST- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （c）UV（d）HSSp答案 b, GpS0G等于T49. 1 摩尔抱负气体恒温压缩,当压力由p1变到 p2时,其（a）nRTln p 1p 2（b）nRTln p 2p 1（c）V p2p 1（d）V p 1p 2答案 b 50. 对实际气体的节流膨胀过程,有 a H = 0 b S = 0 c G = 0 d U = 0 答案 a 51. 对于封闭体系的热力学,以下各组状态函数之间的关系中正确选项名师归纳总结 a A > Ub A < Uc G < Ud H < A第 13 页,共 20 页答案 b - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 52. 抱负气体绝热可逆膨胀过程（a）U0（b）H0（c）（d）S0G0答案 c 5. 单组分物系两相平稳（a）dlnpHTfusHm（ b）dT dpT V HdTRT2（c） 自由度是零（d）化学势是零答案 b 适用于任意两相平稳克拉佩龙方程dp dTfus V m克劳修斯 - 克拉佩龙方程dlnpvapHm只适用于液 - 气平稳或固 - 气平稳RT2dT5. 关于克劳修斯 -克拉佩龙方程以下说法错误选项（a） 该方程仅适用于液- 气平稳- 气平稳（b） 该方程既适用于液- 气平稳又适用于固（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稳的气体为抱负气体答案 a 55. 对于单组分物系的气液平稳体系,p 为该物质的蒸气压,如在所讨论的温度范畴内,ln p/Pa 与 1/ T 成直线关系 , 就： a vapHm= 0 b vapHm= 常数 c vapSm= 0 d vapHm= A T答案 b 56. 热力学第三定律可以表示为：名师归纳总结 a 在 0 K 时, 任何晶体的熵等于零第 14 页,共 20 页 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答案 b （125）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 二、运算题1. 某一热机的低温热源温度为40,如高温热源温度为：1 100 10MPa下水的沸点 ；2 265 5MPa下水的沸点 ；试分别运算卡诺循环的热机效率；解：（1）RT 1T 2100400.16116.1002 100273.15T 1（2）R26540 273.150.41841.800 22652. 试比较以下两个热机的最大效率： 1 以水蒸气为工作物,工作于130及 40两热源之间； 2 以汞蒸气为工作物工作于380及 50两热源之间；解：3. 1 1T 2T 2T 114033139022.3%2 1等温可逆膨胀； 24034032T 2T 2T 1265332333050.5%2 653653mol抱负气体由 25, 1MPa膨胀到 0.1MPa,假定过程分别为：向真空膨胀；运算各过程的熵变；解：1 等温可逆膨胀；S=nRln V2/ V1= 19.14 J K-1 3 4p ,546 K ；2初、终态相同S= 19.14 J K-12 4. 2 mol某单原子抱负气体, 其始态为 p ,273K ,经过一绝热压缩过程至终态试求体系的熵变；解：对于抱负气体的任何过程, 可由下式运算其S：S；已S = nCp,m ln T2/ T1 - nRln p2/ p1 = n2.5 Rln T2/ T1 - Rln p2/ p1 = nR2.5lnT2/ T1 - lnp2/ p1 = 2 mol8.314 J· K-1· mol-12.5 ln546 K/273 K-ln4 p/ p = 5.76 J · K-15. 2.0 mol抱负气体由5.00MPa、50加热至10.00MPa、100,试运算该过程的名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 知Cp m29.10 J ·mol-1·K-1；解：属于 pTV都转变的过程；SnCp mlnT 2nRlnp 1100kPa,再恒压冷却使n=5mol p3=100kPa T 3=.K T 1p 22.029.10ln3732.08.314ln5323103.15J K16. 5mol 单原子抱负气体从始态300K ,50kPa,先绝热可逆压缩至体积缩小至85dm3,求整个过程的Q W,U,H,S；解：n=5mol Qr,1=0 n=5mol 恒压冷却S1=0 Q2=., S2=. p1=50kPa p2=100kPa U1=.U2=., H2=.T 1=300K T 2=.K H1=.W 2=. V3=85dm3V 1=. V 2=. W 1=. Q=., S2=., U=., H=. W=. 先求出 T2 ,进而求出W1求出 V2, T3,进而 W2？和 WW1W2-1Q=19.892kJ ；W=13.935kJ ；U=5.958kJ ；H=9.930kJ ；S=68.66J · K7N2从 20.0dm 3、2.00MPa、474K 恒外压 1.00MPa 绝热膨胀到平稳,试运算过程的 S；已知N2 可看成抱负气体；解：Q0,UW ,即nC v mT 2T 1p V 2V 1名师归纳总结 将n2.01062010310.15mol6T 220 103第 16 页,共 20 页8.314474Cp m7R2V 210.15 8.314 T 2-6 84.39 10T代入上式6 1.0 10得：10.155RT 24741.010684.39 102- - - - - - -