热力学习题及答案.ppt
一选择题一选择题1.1mol 单原子分子理想气体，经过一个循环过程单原子分子理想气体，经过一个循环过程W为为100J，则则Q为：为：a.0;b.100J;c.-100J;d.求不出求不出(因不知过程可逆与否因不知过程可逆与否)2.理想气体在可逆绝热膨胀过程中理想气体在可逆绝热膨胀过程中a.U 增加；增加；b.S 不变；不变；c.S 增大；增大；d.T 不变。不变。3.1mol 纯液体在其正常沸点时完全气化纯液体在其正常沸点时完全气化,该过程增大的量该过程增大的量是：是：a.蒸气压；蒸气压；b.气化热；气化热；c.熵熵；d.吉布斯函数。吉布斯函数。4.液态水在液态水在100及及101kPa下气化，则该过程下气化，则该过程a.H=0；b.S=0;c.A=0;d.G=0.5.1mol 理想气体经一等温可逆压缩过程，则理想气体经一等温可逆压缩过程，则a.G A;b.G A;c.G=A;d.二者无法比二者无法比较较。U=0 Q=-WbbdS=Qr/TcdcA=U-TS=-TS G=H-TS=-TS P1266.工作在工作在100和和25 两个热源之间的卡诺热机的热机效两个热源之间的卡诺热机的热机效率是率是a.20%;b.25%;c.75%;d.100%7.在在-20 和下和下101kPa下，过冷水结成冰，则系统、环境下，过冷水结成冰，则系统、环境及总熵变为及总熵变为a.S(系统系统)0,S(环境环境)0,S(总总)0,S(环境环境)0,S(总总)0；c.S(系统系统)0,S(总总)0；d.S(系统系统)0,S(总总)0；ad过冷水结冰是自发过冷水结冰是自发过程则过程则:S(总总)0;有序性增加则有序性增加则:S(系统系统)0;8.在等温等压下发生不可逆电池反应，其计算公式为：在等温等压下发生不可逆电池反应，其计算公式为：1）2）3）4）以上三种都不是以上三种都不是（2）(B)AB的内能变化的内能变化；(C)CA的内能变化的内能变化(D)CB的内能变化的内能变化9一定量的理想气体，经如图所示的循环过程，一定量的理想气体，经如图所示的循环过程，AB为等温过程，为等温过程，BC等压过程，等压过程，CA为绝热过程，那么为绝热过程，那么曲边梯形曲边梯形ACca的面积表示的功等于：的面积表示的功等于：(A)BC的内能变化的内能变化；（C）10.常压下常压下 10 H2O(l)变成变成10的冰，该过程中的冰，该过程中Gibbs自由能和焓的变化是：自由能和焓的变化是：1)2）3）4）（4）11下列计算熵变公式中，哪个是错误的：下列计算熵变公式中，哪个是错误的：12在在-10、101.325kPa下下，1mol水水凝凝结结成成冰冰的的过过程程中，下列哪个公式可以适用：中，下列哪个公式可以适用：(A)水在水在25、可逆可逆蒸发为水蒸气：蒸发为水蒸气：S=H/T；(B)任意可逆过程：任意可逆过程：dS=(Q/dT)R ；(C)环境的熵变：环境的熵变：dSSur=-Qsys/T；(D)在等温等压下，可逆电池反应：在等温等压下，可逆电池反应：S=H/T(A)U=TS；（B）S=(H-G)/T；(C)H=TS+Vp；(D)GT,p=0。（D）（B）(A)恒压过程恒压过程；(B)绝热过程绝热过程；(C)恒温过程恒温过程；(D)可逆相变过程可逆相变过程。13、S=H/T适合于下列过程中的哪一个？适合于下列过程中的哪一个？（D）二二.填空填空1.110-3kg水在水在373K，101325Pa的条件下汽化为水蒸气，的条件下汽化为水蒸气，有有U1,H1和和G1；现把；现把110-3kg的的H2O（温度、压力（温度、压力同上）放在真空箱中，控制体积，使终态蒸气压也为同上）放在真空箱中，控制体积，使终态蒸气压也为101325Pa，这时热力学函数变量为，这时热力学函数变量为U2，H2和和G2。问这两组热力学函数的关系为问这两组热力学函数的关系为_U1=U2,H1=H2,G1=G22.封闭系统，封闭系统，W=0时，下列过程中时，下列过程中U、H、S、A、G何者必为零。何者必为零。a.绝热密闭刚性容器中进行的化学反应过程绝热密闭刚性容器中进行的化学反应过程b.某物质的恒温、恒压可逆相变过程某物质的恒温、恒压可逆相变过程c.系统所经历的任一不可逆循环过程系统所经历的任一不可逆循环过程UG全部全部三、简答三、简答1.关于公式关于公式GT，pWR的下列说法是否正确？为什么？的下列说法是否正确？为什么？(2)“等温等压下只有体系对外做非体积功时等温等压下只有体系对外做非体积功时G才降低才降低”；(1)“体系从体系从 A 态到态到 B 态不论进行什么过程态不论进行什么过程 G 值值为定值且一定等于为定值且一定等于W”；答答：(1)不不对对,只只有有在在 T,p 一一定定的的可可逆逆过过程程中中,体体系系的的GT，p才才等等于于WR;在在其其它它条条件件下下,不不可可逆逆过过程程中中GT,p不等于不等于WR。(2)不不对对,体体系系的的吉吉布布斯斯自自由由能能是是状状态态函函数数,假假如如GBGA，则则由由A至至B的的等等温温等等压压过过程程是是自自发发的的,但但不不论论在在实实际际过过程程中中体体系系是是否否对对外外作作非非体体积积功功,体体系系自自由由能都是降低的。能都是降低的。2.263K 的的过过冷冷水水结结成成 263K 的的冰冰，S0，与与熵熵增加原理相矛盾吗？为什么？增加原理相矛盾吗？为什么？答答：并并不不矛矛盾盾，熵熵增增加加原原理理适适用用条条件件是是孤孤立立体体系系或或绝绝热热体体系系，而而上上述述过过程程并并不不具具备备这这个个特特定定条条件件，体体系系与与环环境境间间有有热热交交换换，不不是是孤孤立立体体系系或或绝绝热热体体系系，S 可可以以小小于于零零。而而总总熵熵会会大大于于零的。零的。3 3指出下列各过程中，物系的指出下列各过程中，物系的 U U、H H、S S、A A、G G中中何者为零？何者为零？理想气体自由膨胀过程；理想气体自由膨胀过程；实际气体节流膨胀过程；实际气体节流膨胀过程；理想气体由理想气体由(p p1 1,T T1 1)状态绝热可逆变化到状态绝热可逆变化到(p p2 2,T T2 2)状态；状态；H H2 2和和ClCl2 2在刚性绝热的容器中反应生成在刚性绝热的容器中反应生成HClHCl；0 0、p p时，水结成冰的相变过程；时，水结成冰的相变过程；理想气体卡诺循环。理想气体卡诺循环。(1)(1)U U=H H=0=0；(2)(2)H H=0=0；(4)(4)U U=0=0；(3)(3)S S=0=0；(5)(5)G G=0=0；(6)(6)U U、H H、S S、A A、G G都为都为 0 0。四四.计算题计算题1.1mol 理想气体理想气体(CV,m=2.5R)在在300K,101kPa下恒熵压缩下恒熵压缩 到到4101kPa，再恒容升温到再恒容升温到500K，最后恒压降温至最后恒压降温至 400K,求整个过程的求整个过程的W、S、A及及 G。已知已知Sm(300K)=20JK-1mol-1T1=300KP1=101.3kPaT2P2=405.3kPaT3=500KP3T4=400KP4=P3S1=0V=0p=0解解:12 例：例：已知纯A液体在360K的饱和蒸气压为81.06kPa,在此条件下,A(l)的摩尔气化热vapHm=40kJmol-1.Cp,m(l)=75kJmol-1K-1 Cp,m(g)=(30+10-2T/K)Jmol-1K-1 Sm(g,380K)=174.35JK-1mol-1 假定A(g)为理想气体,忽略温度的变化对A(l)体积的影响.试计算下列始、末状态之间的Um、Hm、Sm、Gm及 Am A(l,310K,81.06kPa)A(g,380K,50.6625kPa)13 解解:A(l)T1=310Kp1=81.06kPaA(l)T2=360Kp2=p1A(g)T3=T2p3=p2A(g)T4=380Kp4=50.6625kPaH1=Cp,m(l)(T2T1)=75(360310)Jmol-1=3750 Jmol-1H2=vapHm=40kJ mol-1 Hm=H1+H2+H3=44.42kJmol-1(pV)=p4V4p1V1 p4V4=nRT4=3.159 103 Jmol-1U=H(pV)=41.265kJmol-1 S1=Cp,m(l)ln(T2/T1)=11.215 Jmol-1K-1 S2=vapHm/T2=111.111Jmol-1K-112314 S m=S1+S2+S3=128.06Jmol-1K-1S4=Sm(g,380K)+S(p p4)=Sm(g,380K)+Rln(p/p4)=180.00Jmol-1K-1S1=S4-Sm=51.91Jmol-1K-1(TSm)=T4S4T1S1=52.299Jmol-1Gm=Hm-(TSm)=-7.875kJmol-1Am=Um-(TSm)=-11.034kJmol-115销钉销钉p(环环)=101.325 kPaA2 mol400 K1013.25 kPa1013.25 kPa400 K2 molB绝热活塞绝热活塞固定导热隔板固定导热隔板如图所示，一带活塞如图所示，一带活塞 (无质量，无质量，绝热绝热)的绝热汽缸中放有一固定的绝热汽缸中放有一固定导热良好刚性隔板，此隔板将气导热良好刚性隔板，此隔板将气缸分成左，右两室并分别放入缸分成左，右两室并分别放入 A,B A,B 两种理想气体。开始时活两种理想气体。开始时活塞用销钉固定，当销钉去掉后，塞用销钉固定，当销钉去掉后，活塞移动。当系统达平衡时，求活塞移动。当系统达平衡时，求此过程的此过程的 W W、H H 和和 S S。A(g)A(g)与与B(g)B(g)的的 Cv,m=3R/2。解：解：T pA2 molT 101.325 kPa2 molB分析：（分析：（1）过程绝热。（）过程绝热。（2）A 气体体积不变。气体体积不变。（3）A 气体和气体和 B 气体处于热平衡。气体处于热平衡。A2 mol400 K1013.25 kPa1013.25 kPa400 K2 molB16
