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(完整word版)热力学第二定律复习题

热力学第二定律(r δ/0Q T =∑)→熵函数引出 0< (不可能发生的过程) 0= (可逆过程)0>(自发、不可逆过程)S ∆环)I R ηη≤ 不等式:)0A B iA BS →→∆≥函数G 和Helmholtz 函数A 的目的A U TS ≡-,G H TS ≡-d d d d d d d d T S p VT S V p S T p V S T V p -+---+ W ' =0,组成恒定封闭系统的 可逆和不可逆过程。

但积分时要用可逆途径的V ~p 或T ~S 间 的函数关系。

应用条件: V )S =-(∂p /∂S )V , (∂T /∂p )S =(∂V /∂S )pV )T =(∂p /∂T )V , (∂S /∂p )T =-(∂V /∂T )p应用:用易于测量的量表示不能直接测量的量,常用于热力学关系式的推导和证明<0 (自发过程) =0 (平衡(可逆)过程)判据△A T ,V ,W ’=0判据△G T ,p ,W ’=0<0 (自发过程) =0 (平衡(可逆)过程)基本计算公式/()/rS Q T dU W Tδδ∆==-⎰⎰, △S环=-Q体/T环△A=△U-△(TS) ,d A=-S d T-p d V△G=△H-△(TS) ,d G=-S d T-V d p不同变化过程△S、△A、△G 的计算简单pVT变化(常压下)凝聚相及实际气体恒温:△S =-Q r/T;△A T≈0 ,△G T≈V△p≈0(仅对凝聚相)△A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS); △A≈△G恒压变温21,(/)Tp mTS nC T dT∆=⎰nC p,m ln(T2/T1)C p,m=常数恒容变温21,(/)TV mTS nC T dT∆=⎰nC V,m ln(T2/T1)C V,m=常数△A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS); △A≈△G理想气体△A、△G的计算恒温:△A T=△G T=nRT ln(p2/p1)=- nRT ln(V2/V1)变温:△A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS)计算△S△S=nC V,m ln(T2/T1)+nR ln(V2/V1)= nC p,m ln(T2/T1)-nR ln(p2/p1)= nC V,m ln(p2/p1)+ nC p,m ln(V2/V1)纯物质两相平衡时T~p关系g↔l或s两相平衡时T~p关系任意两相平衡T~p关系:m md/d/p T T V Hββαα=∆∆(Clapeyron方程)微分式:vap m2d lndHpT RT∆=(C-C方程)定积分式:ln(p2/p1)=-△vap H m/R(1/T2-1/T1)不定积分式:ln p=-△vap H m/RT+C恒压相变化不可逆:设计始、末态相同的可逆过程计S=△H/T;△G=0;△A≈0(凝聚态间相变)=-△n(g)RT (g↔l或s)化学变化标准摩尔生成Gibbs函数r m,BG∆定义r m B m,BBS Sν∆=∑,r m B f m,BBH Hν∆=∆∑,r m r m r mG H T S∆=∆-∆或r m B f m,BG Gν∆=∆∑G-H方程(∂△G/∂T)p=(△G-△H)/T或[∂(△G/T)/∂T]p=-△H/T2(∂△A/∂T)V=(△A-△U)/T或[∂(△A/T)/∂T]V=-△U/T2积分式:2r m0()//ln1/21/6G T T H T IR a T bT cT∆=∆+-∆-∆-∆应用:利用G-H方程的积分式,可通过已知T1时的△G(T1)或△A(T1)求T2时的△G(T2)或△A(T2)微分式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计算一、选择题1. 体系经历一个正的卡诺循环后,试判断下列哪一种说法是错误的? (a ) 体系本身没有任何变化(b ) 再沿反方向经历一个可逆的卡诺循环,最后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?以理想气体为工作物质,从高温(T h )热源吸收(Q h )的热量,一部分通过理想热机用来对外做功(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。

P 102)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%, 若改用液体工作物质, 则其效率应当(a ) 减少 (b ) 增加 (c ) 不变 (d ) 无法判断(答案) c (卡诺定律的推论?P 109-110)3. 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∑∆G(c) 循环过程的熵变∑∆S (d) 循环过程的焓变∑∆H(答案) a4. 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h c hc h 1R T T T TT η=--=,卡诺定律?P 108)(所有工作于同温热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 R ηη<)5. 关于热力学第二定律下列哪种说法是错误的(a ) 热不能自动从低温流向高温(b ) 不可能从单一热源吸热做功而无其它变化 (c ) 第二类永动机是造不成的 (d ) 热不可能全部转化为功(答案) d (P 107热力学第二定律的开尔文说法和克劳修斯说法)6. 关于熵的说法正确的是(a ) 每单位温度的改变所交换的热为熵 (b ) 可逆过程熵变为零 (c ) 不可逆过程熵将增加(d ) 熵与系统的微观状态数有关 (答案) d (熵函数的定义P 110-111), BB A R A()Q S S S T δ-=∆=⎰, R d ()Q S Tδ=7. 熵变∆S 是: (1) 不可逆过程热温商之和 (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 以上正确的是(a ) 1,2 (b ) 2,3 (c ) 2 (d ) 4(答案) b (熵函数的定义和性质P 110-111),A B A B i()0QS T →→δ∆-≥∑8.任意的可逆循环过程,体系的熵变(a)一定为零 (b)一定大于零 (c)一定为负 (d)是温度的函数(答案) a9.封闭体系经过一循环过程后,则(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.在始末态一定的热力学过程中(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) b11.对于不做非体积功的隔离体系,熵判据为(a )(d S )T,U ≥0 (b )(d S )p,U ≥0(c )(d S )U,p ≥0 (d )(d S )U,V ≥0 (答案) d(熵熵判据P 113)>0 不可逆过程dS ad 或 dS iso (=dS sys +dS sur ) =0 可逆过程或平衡状态 <0 不可能发生的过程.11. 在一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 (c) 总是增大 (d) 总是减小(答案) c (熵增原理P 113-114),A B A B i()0QST→→δ∆-≥∑在绝热条件下,趋向于平衡的过程使体系的熵增加。

或者说在绝热条件下,不可能发生熵减少的过程。

12. 263K 的过冷水凝结成263K 的冰,则(a )∆S < 0 (b )∆S > 0 (c )∆S = 0 (d ) 无法确定(答案) a12. 根据熵的统计意义可以判断下列过程中何者的熵值增大?(a) 水蒸气冷却成水 (b) 石灰石分解生成石灰 (c) 乙烯聚合成聚乙烯 (d) 理想气体绝热可逆膨胀(答案) b13. 对理想气体等温可逆过程,其计算熵变的公式是: (a) ∆S =-nRT ln(p 1/p 2) (b) ∆S =nRT ln(V 1/V 2)(c) ∆S =nR ln(p 2/p 1) (d) ∆S =nR ln(V 2/V 1)(答案) d22,11ln lnv m T V S nC nR T V ∆=+ 21.12ln lnp m T p S nC nR T p ∆=+14. 环境的熵变等于 (a)Q T δ体环(b) Q T δ-体环(c)Q T δ体 (d) Q T δ-环环(答案) b15. 室温下,10p 的理想气体节流膨胀至 5p 的过程有 (1) W > 0 (2) T 1> T 2 (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因为绝热,所以Q = 0由于理想气体节流膨胀后 T 不变 又W = -p 1V 1+ p 2V 2= nRT 2- nRT 1= 0因此d S = (d U + p d V ) /T = C V d T /T + p d V /T = nR d V /V 故()()21211/d ln 0V V S nRV V nR VV ∆==>⎰ (因V 2> V 1)16. 物质的量为n 的理想气体从T 1, p 1, V 1变化到T 2, p 2, V 2,下列哪个公式不适用 (设C V , m 为常数)?(a) ΔS = nC p ,ln(T 1/T 2) + nR ln(p 2/p 1) (b) ΔS = nC V ln(p 2/p 1) + nC p ,m ln(V 2/V 1)(c) ΔS = nC V ,ln(T 2/T 1) + nR ln(V 2/V 1) (d) ΔS = nC p ,ln(T 2/T 1) + nR ln(p 1/p 2)(答案) a17. 纯液体在正常相变点凝固,则下列量减小的是(a)S (b)G (c)蒸汽压 (d)凝固热22,11ln lnv m T V S nC nR T V ∆=+ 21.12ln lnp m T p S nC nR T p ∆=+ 22,,11ln lnv m p m p V S nC nC p V ∆=+(答案) a18. 经一循环过程回到始态,则不一定为零的是(a) ∆G (b) ∆S (c) ∆U (d) Q(答案) d ( 因为U ,G、S皆是状态函数,所以为(d )19. 封闭体系中,若某过程的R A W ∆=,应满足的条件是 (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P 129-130) <W (Irreversible process) ΔA T=W (reversible process )20. 理想气体绝热向真空膨胀,则(a) ΔS = 0,W = 0 (b) ΔH = 0,ΔU = 0 (c) ΔG = 0,ΔH = 0 (d) ΔU = 0,ΔG = 0(答案) b21. 氮气进行绝热可逆膨胀(a )∆U =0 (b )∆S =0 (c )∆A =0 (d )∆G =0(答案) b22. 等容等熵条件下,过程自发进行时,下列关系肯定成立的是(a) ∆G < 0 (b) ∆A < 0 (c) ∆H < 0 (d) ∆U < 0(答案) d 在恒熵恒容时 ,0S V U <⎛⎫∆≤⎪⎝⎭自发=平衡。

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