第二章热力学第二定律.docx
《第二章热力学第二定律.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二章热力学第二定律.docx(17页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第二章热力学第二定律练习参考答案1. 1L理想气体在3000K时压力为1519.9 kPa,经等温膨胀最后体积变到10 dm3,计算该过程的Wmax、”、。及AS。解:理想气体等温过程。A U=NH=6产 产 RTWmax=JvipdV=,6VnRTln(V2/ Vi)=piVi ln(V2/ Vi)=1519.9X103Xl X W3Xln(10X 103/1 X IO 3)=3499.7 (J) =3.5 (kJ)等温时的公式ApdV/ T =nR In/ Vi)尸=Wfnax/T=3.5 X103/ 3000=1.17 (JK)2. ImolHz在27从体积为1 dm3向真空膨胀至体积为
2、10 dm3,求体系的女商变。假设使该H2在27从Idn?经恒温可逆膨胀至lOdn?,其端变又是多少由 此得到若何结论解:等温过程。向真空膨胀:A S= pdV/ T=nR In/ Vi)(等温)=lX8.314Xln(10/l)= 19.14 (J-K4)可逆膨胀:ApdV/T=nR In/ Vi)=lX8.314Xln(10/1) = 19.14(JK)状态函数变化只与始、终态有关。3. 0.5 dm370水与0.1 dm330水混合,求焙变。解:定小 变T过程。设终态体系温度为,,体系与环境间没有热传导;并 设水的密度(Igpm?在此温度范围不变。查附录1可得CpmOwj)= 75.48
3、J-K-1. mol。nCPym(L70) + niCPm (r-30) =00.5 X (z-70)+0.1 X (r-30)=0解得 r=63.3=336.3KA S = A Si+ S2=+=nCPfm ln(336.3/ 343)+ mCp,m ln(336.3/ 303)(定 P 时的公式S=GUn (T1/T2)=(0.5X 1/18X IO为 x75.48Xln(336.3/ 343)+ (0.1 X 1/18X IO3) X75.48Xln(336.3/ 303)= 2.36 (JK-i)4. 有2000c的锡250g,落在10 1kg水中,略去水的蒸发,求到达平衡时 此过程的
4、焙变。锡的Q,w = 24.14J-K1.mor1o解:定小变7过程。设终态体系温度为体系与环境间没有热传导; 并设水的密度(lgcm-3)在此温度范围不变。查附录1可得C,式氏0,1) =75.48JK mol/。mCptmi (r-200) + mCpjni (?-10) =022. 101325 Pa压力下,斜方硫和单斜硫的转换温度为368K,今在273K时, S (斜方)一S (单斜)的A=322.17 Jmol”,在273K373K之间硫的摩尔等压热 容分别为 Cp,m(斜方)=17.24 + 0.01977 J-K mol 1; Cp,分单斜)=15.15 + 0.0301 TJ-
5、K mor1,求(a)转换温度368K时的 ”m; (b) 273K时转换反响的 Gm。解:(a) =1 X 15.15-1 X 17.24 = -2.09=1 X 0.0301 -0.0197 = 0.0104A CP =-2.09+0.01047,基尔霍夫公式的不定积分形式为ArHm(7K)= ACpdT+AHo=-2.09T+ 0.0104X(1/2)7 +A H= -2.09T+ 0.0052T2 + AH0当 T=273K, Ar/7m(273K) =322.17 J-mor1,代入上式,求得积分常数AH=505.2 (J),所以A rHm(7K) = -2.097 0.005272
6、 +505.2A rHm (368K)= -2.09 X 368+ 0.0052 X 3682 +505.2=440.3 ( J )AGIF(b)斜方硫和单斜硫在转换温度(368K)时的相变为定人 定可逆过程, 根据吉布斯-亥姆霍兹公式,笑 dT+/=(-2.09T+ 0.0052T2 +505.2) dT/T2+ZT2=2.091n尸 0.0052T+505.2/ T+IA Gm(TK)=2.0971nT- 0.0052T2 +505.2+7 T当T=368K, AGm(368K) =0,代入上式,求得积分常数/ = TL8所以八 A Gm (273K)=2.09 X 273 X ln273
7、 0.0052 X 2732 +505.2-11.8 X 273=96.8 (J)23. Imol水在100C、10L3kPa恒温恒压汽化为水蒸气,并继续升温降压为 200. 50.66 kPa,求整个过程的 G(设水蒸气为理想气)。:Cp,mo(g)=30.54 +10.29 X lO Vj-K mol-1;(298K) = 1-mol4o解:设计可逆过程来计算AG: Gi=0 (定T、定p可逆过程);水的规定烯:St= S298 +298=188.72 +12981x(30.54+ 10.29x10TdT=188.72 + 30.54 ln(T/298) + 10.29 X W3(7298
8、)=11.66 + 30.54 lnT+ 10.29 XW3T(Cp,m)反响物= 1 X52.65 -1 X43.93-2X28.84= -48.96 (JK/)a AC, rS = rS298.15 +29&15T39815 48 96dT rS(398.15K)=-232.51 + ”9815 OQQ 1 C= -232.51 - 48.96Xin =-246.7(JK/)298.1525.反响CO(g)+H2O(g)=CO2(g) + H2(g),自热力学数据表查出反响 中各物质丑及Cp” 求该反响在298.15K和COOK时的ArSm 和 A rGm O解:查附录1和附录2,可得:c
9、o (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)A fHm (kJmolT, 298.15K)-110.52 -241.83-393.510S?(JK-imoL, 298.15K)197.51188.72213.64 130.59Gw (JKmolL )CO (g)27.614+50.21 X10 3TH2O (g)30.36 +9.61 XW3T+1.18X 1067CO2 (g)44.141 +9.037 X 1。-37 - 8.535 X 105r2H2 (g)29.07 - 0.836X 10 37+2.01 X 10 67A =1X29.07+1X44.141 -
10、 1X30.36- 1X27.614= 15.21AZ?=1X (-0.836X KA)+1 X9.037X 1()-3-1X9.61X103- 1 X 50.21 XW3= -0.0516A c=lX2.01 X IOf _ i x 1.18X10-6 = 8.3X 10 7A CP= 15.21 - 0.0516P+-8.3X IO 7!2- 8.535X 105r2A rHm(298.15K)=(LAfH) (z,“。)b J产物J,反应物=1X (-393.51)+0 - IX (-110.52) - IX (-241.83) = -41.16 (kJ)ArSm(298.15K)=S
11、(Sm)产物2 (Sm )反响物=1 X 213.64+1 X 130.59 - 1 X 197.51 - 1X188.72= -42 (LK- OS解:根据热力学基本公式,得SU、)A GJ(298.15K尸 AN S = -41.16 - 298.15 X (-42)X IO 3=-28.64 (kJ)基尔霍夫公式的不定积分形式为/、 M2A rHm(7K)= AQdT+AHo=15.21T-0.0516X(1 I2+8.3*10-7 -42 + 15.211n(1000/298.15) - 0.0516X(1000-298.15) +8.3X IO-7X(l/2)X(10002-298.
12、152) +8.535 X 105 X(l/2) X (1/10002一 1/298.152)= 8.63 (JK)A G(1000K)= A rHm-TA rS= - 8.7 - 1000X8.63 X W3= -17.33 (kJ)26 .指出以下式子中哪个是偏摩尔量,哪个是化学势化学势:dUdn.IdHdn l27 .对遵从范德华气体方程(p + -v-b) = nRT的实际气体,k V J证明:Su、由1o解:根据热力学基本公式,dU=TdS-pdVdU、avJr/空、lavJrP = T-P根据范德华气体方程hRT a 皿p =不,则(V-b) VI 2dpdTnRv =(V-b)代
13、入上式,也、国1_ nR . nRT a .T-J =(y-b) (y-b) v2V2)28.对理想气体,试证明:dUVJsTdUdH、dp= -nRdU、SV)sdH,即、bp Jsat/、ss”二对理想气体, T= nR,得证 oT29.试导出亥姆霍兹能A的吉布斯-亥姆霍兹公式,即:AA 斤 dTT2解:根据热力学基本公式,d4= SdT-pdV5AA dT=ASp在温度7时,AA=AU-TAS,6M dTAA AU T1 pAAAA AUT 272工dTAU亍30 .有一个水和乙醇形成的溶液,水的物质的量分数为04乙醇的偏摩尔 体积为溶液的密度为0.8494kgLl求此溶液中水的偏摩尔体
14、积。解:以1 mol (水+乙醇)溶液计算。V (0.4 X 0.018+0.6 X 0.046)/ 0.8494=0.04097(L)= 40.97 (cm3)根据偏摩尔量的集合公式,V溶液Vm+ 2Vm,240.97=0.4 Vm,H2O + 0.6 X 57.5Vm,H2O = 16.175 (cm3mol)31 . 25c时,摩尔NaQ溶于1000g水中,形成溶液体积V与之间关系 可表示如下:V(cn?) =1001.38+16.625+1.7738 1 5+0.11942试计算ImolNaCl溶液中H2O及NaCl的偏摩尔体积。解:ImolNaCl溶于1000g水形成的溶液中NaCl
15、的偏摩尔体积为Vm,NaCl 包、= 16.625+1.7738X 1.5 n+0.1194X2n= 16.625+1.7738X 1.5X 15+O.1194X2X 1 =19.525 (crrp.mol)溶液体积V = 1001.38+16.625 +1.7738 n7 5+0.1194/?2= 1001.38+16.625X 1 + 1.7738X l7-5+0.1194X I2=1019.898 (cm3)砒o =1000/18=55.556 (mol) , ziNaCi = 1 (mol)根据偏摩尔量的集合公式,V溶液刁21Vm+ /12Vm,2 1019.898=55.556Vm,
16、H2O + 1 X 19.525Vm,H2O = 18.0066 (cm3*mol1)32 .对比以下六种状态水的化学势:(a)100 101.3 kPa,液态;(c) 100 202.6 kPa,液态;(c) 101, 101.3 kPa,液态;试问:(1) (a)与 (b)(3) (d)与 3 (b)(5)(e)与 (f)解:(1) (a)= (b)谁大 谁大 谁大(b) 100 101.3 kPa,气态;(d) 100 202.6 kPa,气态;(f) 101 101.3 kPa,气态;(2) (c)与(a)相差多少(4) (c)与(d)谁大(两者可达相平衡)Vdp =18 X IO4义
17、(202.6X 103-101.3X 103)=1.82 ( J-mor1 )(恒温下,液、固的V随变化很小)(3) /(d) (b)(4)(c) V (d)(此时水蒸气会凝聚成液态水)(5)(e) (f)(此时液态水会蒸发为水蒸气)33. 20时,溶液的组成为1NH38,H2O,其中NH3的蒸气分压为280mmHg;溶液的组成为1NH32H2。,其中NH3的蒸气分压为27mmHg。试 求:(1)从大量溶液中转移ImolNIh至大量溶液中,AG =(2)将压力为1大气压的lmolNH3(g)溶解在大量溶液中,AG =解:(1)均按稀溶液处理。根据亨利定律,PB= kxXB工区=27/80再 P
18、i G-X (Gm(2,NH3)Gm(l,NH3) =1 X ( (2,NH3)- (1,NH3)=*(NH3)+R71nx2 *(NH3)+R71nxi=RTln = RTln M Pi27=8.314 X293Xln= -2646 (J 尸-2.6 ( kJ ) A G X (Gm(2,NH3)1Gm(g,NH3) =1 义(2,NH3) (g,NH3)=(NH3)+H71n p2- (nh3)+R71叩NH3二 RTln=8.314X293XIn 27x101325= -8130 ( J )= -8. 1 ( kJ ) pNH760x101325(250/118.7) X24.14X (
19、尸200) + (1000/18) X75.48X(L10)=0 解得 t=12.3=12.3+273.2=285.5 K721c dT r2X55 C dTA5 = A5i+A 52= U7F+ lll - 二 nCp,m ln(285.5/ 473)+ mCpjn ln(285.5/ 283)= (250/118.7)X24.14Xln(285.5/ 473) +(1000/18)X75.48Xln(285.5/ 283)=11.2 (JK/)5. Imol 水在 100和 101.325 kPa 向真空蒸发,变成 100和 101.325 kPa的水蒸气,试计算此过程的AS体系、AS环境
20、和AS 解:设计恒久恒,可逆相变过程,计算AS总,体系。并判断此过程是否自发。水的基发执为 40.67 kJ*mol点二 1 X 40.67 X 103/373 = 109 (JK/)夕夕卜=0, :.w=o,Q实际=(pV) = /-/?(Vg-Vi) = A H-pVg= A H-nRT 二 1 X 40.67 X 103-l X 8.314 X 373=37.56 X 103 (J)AS环境二2实际/T环境=-37.56X 103/373= TOO.7 (JK/)AS 总= AS 体系+ AS 环境=109+ (-100.7)=8.3(J-K-1) 3总0,该过程自发进展。6.试计算一1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 热力学第二定律
限制150内