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物化例题

苯在正常沸点353K时摩尔汽化焓为30.75kJmol-1,今将353K,101.325kPa下的1mol液态苯向真空定温蒸发变为同温同压的苯蒸气(设为理想气体).
(1)求此过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA和ΔG。

(2)应用有关原理,判断此过程是否为不可逆过程.
例:2mol某理想气体,其摩尔定容热容Cv,m=3/2R,由500K,405.2kPa的始态,依次经历下列过程:(1)在恒外压202.6kPa下,绝热膨胀至平衡态; (2)再可逆绝热膨胀至101.3kPa; (3)最后恒容加热至500K的终态,试求整个过程的Q、W、ΔU、ΔH及ΔS。

1mol 理想气体从300K ,100kPa下等压加热到600K,求此过程的Q、W、∆U、∆H、∆S、
∆G。

已知此理想气体300K时的S mθ=150.0J·K-1·mol-1,c p,m=30.00 J·K-1·mol-1。

解:W=-p∆V=-p(V2-V1) =-pV2+pV1= -nRT2+ nRT1= nR(T1-T2)
=1mol×8.315J·K-1·mol-1×(300K-600K)= -2494.5J
∆U= n c V,m (T2-T1) =1mol×(30.00-8.315)J·K-1·mol-1×(600K-300K)= 6506J
∆H= n c p,m (T2-T1) =1mol×30.00J·K-1·mol-1×(600K-300K)= 9000J
Q p= ∆H =9000J
∆S = n c p,m ln(T2/T1) =1mol×30.00J·K-1·mol-1×ln(600K/300K)
= 20.79J·K-1·mol-1
由S mθ(600K)=S mθ(300K)+∆S=(150.0+20.79)J·K-1·mol-1
=170.79J·K-1·mol-1
∆TS =n(T2S2-T1S1)
=1mol×(600K×170.79J·K-1·mol-1-300K×150.0J·K-1·mol-1)
=57474J
∆G= ∆H-∆TS=9000J-57474J =-48474J。

l mol单原子理想气体由始态(273K,pθ )经由下列两个途径到达终态( T2,pθ /2):(l)可逆绝热膨胀;(2)反抗pθ/2的外压绝热膨胀.试分别求出T2,W,∆S m和∆G m.并回答能否由∆G m来判断过程的方向? 已知S θ (298K)=100J ·K-1·mol-1。

解:(1)可逆绝热膨胀过程
Q r = Q = 0 J
∆S= 0 J·K-1(可逆过程为恒熵过程)
单原子理想气体的绝热系数γ=1.667,利用绝热可逆公式
T= 207K
∴W=∆U=nC V,m(T2 - T1) =1mol×(1.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(207K- 273K)= -823.1 J ∆H=nC P,m(T2 - T1) =1mol×(2.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(207K- 273K)= -1371.9 J ∆G= ∆H - ∆(TS) =∆H - (T2S2 - T1S1)=∆H - S(T2- T1)
= -1371.9 J - 100 J·K-1×(207K-273K)
= 5228 J
S(298)=100 S(273)=98.18 ∆G=5108
过程为非恒温过程,不能用∆G来判断过程的方向。

(2) 恒外压绝热膨胀过程,利用Q=0,∆U=W建立方程求出T2。

∆U = n C V,m(T2 - T1) = n(1.5×R)×(T2 - T1)
W= - p外(V2 - V1)= - p2(V2 - V1)= - nR[T2 - (T1/ p1) p2]
= - nR(T2 - T1/2)
∴n(1.5×R)×(T2 - T1) = - nR(T2 - T1/2)
T2 = 0.8T1 = 0.8×273K = 218.4 K
W=∆U=nC V,m(T2 - T1) =1mol×(1.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(218.4K-273K)
=-681.0 J
利用公式得∆S = 1.125 J·K-1
∆H=nC p,m(T2 - T1) =1mol×(2.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(218.4K- 273K)= -1135J ∆G= ∆H - ∆(TS) =∆H - [T2∆S -+ (T2-T1)S1]
= -1135 J - [218.4K×1.125J·K-1 +(218.4K - 273K)×100J·K-1]
= 4079 J
过程为非恒温过程,不能用∆G来判断过程的方向。

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