物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案
物理化学 第二章 热力学第二定律 练习题
热力学第二定律
解决的问题
物理变化和化学变化
过程中方向和限度问题
基本要求及主要公式 自发过程的共同特征—不可逆性，由此 引出第二定律的经验表述 一.第二定律的经验表述 1．克劳修斯说法：不能把热从低温物体传到 高温物体而不引起任何变化。 2．开尔文说法：不能从单一热源取热使之全 部变为功而不引起任何变化。或第二类永 动机是根本造不成的。
4．为了计算绝热不可逆过程的熵变，可在始
末态间设计一条绝热可逆途径来计算。 (×) 5．平衡态熵最大。 (× )
6．冰在0℃，101.325kPa下，转化为液态水， 其熵变△S=△H/T＞0，所以该过程为自发 过程。 (× )
7．在等温等压下，吉布斯函数的改变量大于
零化学变化都不能进行。 (× )
p1 p2
若理想气体上式为△G=nRT㏑p2/p1
四、热力学函数的数学表达式 封闭体系，非体积功为零，可逆过程 dU=TdS-pdV
dH=TdS+Vdp
dA=-SdT-pdV dG=-SdT+Vdp
练 习 题
一、判断题 以下说法对吗？ 1．自发过程一定是不可逆过程 (√)
2．熵增加过程一定是自发过程。 (×) 3．绝热可逆过程的△S=0，绝热不可逆过程 的△S＞0。 (√)
（3）熵 （4）吉布斯函数 (3)
4．1mol理想气体经一等温可逆压缩过程，则 （1）△G＞△A （2）△G＜△A （3）△G=△A （4）无法比较 (3)
A U T S等Biblioteka 过程: G H T S
U 0
H 0
在相同的始终态之间:△S相等
G A
5．熵变的计算 （1）封闭体系简单状态变化 a、等温可逆 △S=QR/T b、等容过程 c、等压过程
物理化学 热力学第二定律自测题
12. 在270K、pΘ下，1mol过冷水经恒温恒压过程凝结 、 过冷水经恒温恒压过程凝结 为冰，则体系及环境的熵变为 为冰， （ B ） （A）△S体系 < 0，△S环境 < 0 ） ， （B）△S体系< 0，△S环境 > 0 ） ， （C）△S体系 > 0，△S环境 < 0 ） ， ， （D）△S体系 > 0，△S环境 > 0 ）
均为恒T， 过程 过程， △S1 = △SN2 + △SAr ，均为恒 ，V过程，故： △SN2 = △SAr = 0 → △S1 = 0 又是恒T， 过程 过程， △S2 = △SN2，又是恒 ，V过程，故： △S2 = 0
16.
单原子理想气体的 CV ,m = 则
−1
∂T ∂S p
−1 −1 −1 −1 −1
∂T ∂S p
CV 1 . 5 R 3 ∂T = = = 0 .6 = ∂S V C p 2.5 R 5
17. 某非理想气体服从状态方程 pV = nRT + bp（b为大 （ 为大 于零的常数） 该气体经历恒温过程， 于零的常数），1mol该气体经历恒温过程，体积从 1 该气体经历恒温过程 体积从V 变至V 则其熵变△ 变至 2，则其熵变△S =
三、问答题 19. 欲提高卡诺机的效率， 可以增加两个热源的温差， 若增加 欲提高卡诺机的效率，可以增加两个热源的温差， 的温差为△ ， 问是保持低温热源的温度T 不变， 的温差为 △ T，问是保持低温热源的温度 1 不变 ， 来提高高温 热源的温度T 有利，还是保持高温热源的温度T 不变， 热源的温度 2有利，还是保持高温热源的温度 2不变，而降低 低温热源的温度T 有利？ 低温热源的温度 1有利？ 确定后， 答：当△T确定后，保持 2不变降低 1对提高热机效率有利。 确定后 保持T 不变降低T 对提高热机效率有利。 因为 η = 1 −
(物理化学)第二章 热力学基础概念题1
第二章 热力学基础概念题一、填空题1、一定量的N 2气在恒温下增大压力，则其吉布斯自由能变 。
（填增大，不变，减小）2、物理量,,,,,,Q W U H V T p 属于状态函数的有 ；属于途径函数的有 ；状态函数中属于强度性质的有 ；属于容量性质的有 。
3、对组成不变的均相封闭系统，TS p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ；对理想气体TS p ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 。
4、21ln V W nRT V =的适用条件是 ； 1TV γ-=常数的适用条件是 ； p H Q ∆=的适用条件是 。
5、1摩尔理想气体经恒温膨胀，恒容加热和恒压冷却三步完成一个循环回到始态，此过程吸热20.0kJ 。
则U ∆＝ ，H ∆＝ ，W ＝ 。
6、体积功的通用计算公式是W ＝ ；在可逆过程中，上式成为W ＝ ；在等压过程中，上式成为W ＝ 。
7、给自行车打气时，把气筒内的空气作为体系，设气筒、橡皮管和轮胎均不导热，则该过程中Q 0，W 0 。
8、273.15K 、101.325kPa 下，固体冰融化为水，其Q 0，W 0， U ∆ 0，H ∆ 0 。
二、选择题1、水在可逆相变过程中：（1）0U ∆=，0H ∆=； （2）0T ∆=，0p ∆=；（3）0U ∆=，0T ∆=； （3）以上均不对。
2、理想气体,p m C 与,V m C 的关系为：（1）,p m C ＝,V m C ；（2）,p m C >,V m C ；（3）,p m C <,V m C ；（4）无法比较。
3、液态水在100℃及101.325Pa 下汽化成水蒸气，则该过程的：（1） △H=0; (2) △S=0; (3) △A=0; (4) △G=0 。
4、理想气体从状态Ⅰ等温自由膨胀到状态Ⅱ，可用那个状态函数的变量来判断过程的自发性： （1）△G ； （2）△U; (3) △S; (4) △H 。
5、公式dG SdT Vdp =-+可适用下述那一过程：（1）在298K, 101.325kP 下水蒸气凝结成水的过程； （2）理想气体膨胀过程；（3）电解水制H 2(g)和O 2(g)的过程;(4) 在一定温度压力下，由()()223N g H g +合成()3NH g 的过程。
热力学第二定律习题
（2） 此过程的始、终态与（1）过程相同，所以 ΔUm、ΔHm、ΔFm、ΔGm、ΔSm 皆与（1）相同。 ∆U = 0, ∆H = 0, ∆Gm = 4443J, ∆S m = −14.90J ⋅ K −1 ∆Fm = −4443J, ∆Sm = 0 nRT nRT Q = W = p ⋅ ∆V = p − = −12.40kJ p1 p2 12400 ∆S = ∆S体 + ∆S环 = −14.90 + = 26.68J ⋅ K −1 298.2 7. 在中等的压力下，气体的物态方程可以写作pV（1一βp）＝nRT，式中系数β与气体的 本性和温度有关。 今若在273 K 时，将 0.5 mol O2由1013.25 kPa 的压力减到101.325 kPa，试求ΔG。己知氧的β＝－9.277×10-9 Pa-1 （原题β＝－0.00094，压力单位为atm)。 解： ∆G = ∫ Vdp = ∫
物理化学习题解答
p1 p2
1− r
T = 2 , r = 1.4, 解之T2 = 497.5K T
T2
r
∆U m = ∫ CV ,m dT = CV .m (T2 − T1 ) = 4142J ⋅ mol−1
T1
∆H m = ∫ C p ,m dT = C p, m ∆T = 5799J ⋅ mol−1
−1
代入数据得： 2.
∆S = −86.67J ⋅ K
0.10 kg 283.2 K 的水与 0.20 kg 313.2 K 的水混合，求 ΔS。设水的平均比热为 4.184
kJ ⋅ K-l ⋅ kg-1。 解： 设混合后水的温度为 T，则 C p (T − T1 ) = −C ' p (T − T2 ) 代入数据求得 T=303.2K 水的熵变为： ∆S1 = ∫
热力学第二定律齐齐哈尔大学物理化学考试参考
3.3 卡诺热机在T 1=900K 的高温热源和T 2=300K 的低温热源间工作。
求： （1）热机效率η；（2）当向低温热源放热－Q 2=100kJ 时，系统从高温热源吸热Q 1及对环境所作的功－W 。
3.7 已知水的比定压热容c p ＝4.184 J·g -1·K -1。
今有1 kg ，10℃的水经下述三种不同过程加热成100℃的水，求各过程的∆S sys ，∆S amb ，及∆S iso 。
（1）系统与100℃热源接触；（2）系统先与55℃热源接触至热平衡，再与100℃热源接触；（3）系统先后与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃热源接触。
解：（1）21312sys 1373.15d ln 110 4.184ln 1154.8J K 283.15T p p T mc T S T mc T T -∆===⨯⨯⨯=⋅⎰ 3amb 11amb amb amb amb ()110 4.184(373.15283.15)1009.1J K 373.15p mc T T Q S T T ----⨯⨯⨯-∆====-⋅ 1iso sys amb 1154.81009.1145.7J K S S S -∆=∆+∆=-=⋅（2）amb,11,131sys,11328.15d ln110 4.184ln 617.1J K 283.15T pamb p T mc T S T mc TT -∆===⨯⨯⨯=⋅⎰3amb,11amb,11amb,1amb,1amb,1()110 4.184(328.15283.15)573.8J K 328.15p mc T T QS T T ----⨯⨯⨯-∆====-⋅a mb ,2am b ,1,231sys,2,1373.15d ln110 4.184ln 537.7J K 328.15T pamb p T amb mc T S T mc TT -∆===⨯⨯⨯=⋅⎰ 3amb,2,1amb,2amb,2amb,2amb,2()110 4.184(373.15328.15)373.15p amb mc T T Q S T T ---⨯⨯⨯-∆===1504.6J K -=-⋅1syssys,1sys,2617.1537.71154.8J K S S S -∆=∆+∆=+=⋅1amb amb,1amb,2(537.8)(504.6)1078.4J K S S S -∆=∆+∆=-+-=-⋅1iso sys amb 1154.81078.476.43J K S S S -∆=∆+∆=-=⋅（3）系统的始终态与（1）、（2）相同，所以熵变与（1）、（2）相同，1sys 1154.8J K S -∆=⋅3amb,11amb,11amb,1amb,1amb,1()110 4.184(313.15283.15)400.8J K 313.15p mc T T Q S T T ----⨯⨯⨯-∆====-⋅3amb,22amb,21amb,2amb,2amb,2()110 4.184(343.15313.15)365.8J K 343.15p mc T T Q S T T ----⨯⨯⨯-∆====-⋅3amb,33amb,31amb,3amb,3amb,3()110 4.184(373.15343.15)336.4J K 373.15p mc T T Q S T T ----⨯⨯⨯-∆====-⋅1amb amb,1amb,2amb,3(400.8)(365.8)(336.4)1103.0J K S S S S -∆=∆+∆+∆=-+-+-=-⋅1iso sys amb 1154.81103.051.8J K S S S -∆=∆+∆=-=⋅3.11 2mol 双原子理想气体从始态300 K ，50 dm 3，先恒容加热至400 K ，再恒压加热使体积增大到 100 dm 3。
物理化学第二章作业及答案
第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系；答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义；由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。
(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。
2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为：,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。
物理化学热力学第二定律例题
第三章 热力学第二定律引用参考资料（1） 天津大学物理化学习题解答（第五版）；（2）江南大学课件附带习题中选择题和填空题部分；（3）2001－山东大学－物理化学中的术语概念及练习；一、 填空题1．某热机循环一周，从高温热源吸收200kJ ，向低温热源放热100kJ ，则=∆-)(pV W （ ）-100kJ2．在高热源T 1和低温热源T 2之间的卡诺循环，其热温熵之和2211T Q T Q + =（ ）。
循环过程的热机效率η=（ ）。
0，121T T T - 3． 100℃、1大气压下的水，恒温恒压下蒸发成100℃、1大气压的水蒸气，则∆S （ ）0，∆G （ ）0。
∆S >0 、∆G = 04．一定量理想气体与300K 大热源接触做等温膨胀，吸热Q=600KJ ，对外所做功为可逆功的40%，则系统的熵变ΔS=（ ）。
1-K kJ 5⋅1-r r K kJ 5K3004.0kJ 600⋅=⨯=-==∆T W T Q S 5．1mol 单原子理想气体从p 1、V 1、T 1等容冷却到p 2、V 1、T 2，则该过程∆U （ ）0，∆S （ ）0，W （ ）0（填> , < , =）。
∆U < 0，∆S < 0，W = 06．乙醇液体在常压、正常沸点温度下蒸发为乙醇蒸汽，过程的S H ∆∆与的关系是（ ）；Q 与H ∆的关系是（ ），计算H ∆所需要的热力学基础数据：（ ）或者（ ）和（ ）。
TH S ∆=∆；H Q ∆=；乙醇在正常沸点下的蒸发焓m vap H ∆；乙醇液体在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ∆m f H ；乙醇蒸气在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ∆m f H7．某一系统在与环境300K 大热源接触下经历一不可逆循环过程，系统从环境得到10KJ 的功，则系统与环境交换的热Q=（ ）；ΔS sys =（ ）；ΔS amb =( )。
-10kJ ；0；33.331-K J ⋅因为循环过程0=+=∆W Q U ；8．298K 气相反应CO （g ）+ 1/2 O （g ）= CO 2（g ），该反应的∆G ∆A∆U ∆H （填> , < , =）。
物理化学热二律练习题
热力学第二定律练习题1．关于热力学第二定律，下列说法不正确的是：A. 第二类永动机是不可能制造出来的B. 把热从低温物体传到高温物体，不引起其它变化 是不可能的C. 一切实际过程都是热力学不可逆过程D. 功可以全部转化为热，但热一定不能全部转化为功2．应用克劳修斯不等式 Q dS T δ≥环判断，下列不正确的是： A.QdS T δ=环必为可逆过程或处于平衡状态 B.Q dS T δ>环必为不可逆过程 C.Q dS T δ>环必为自发过程 D.QdS T δ<环违反卡诺定理和第二定律，过程不可能发生3．下列计算熵变公式中，错误的是：A. 水在25℃、p ө下蒸发为水蒸气：T G H S Δ−Δ=Δ B. 任意可逆过程： RT Q δdS ⎟⎠⎞⎜⎝⎛= C. 环境的熵变：环体系环境T Q S −=ΔD. 在等温等压下，可逆电池反应：T H S Δ=Δ4．一理想气体与温度为T 的热源接触，分别做 等温可逆膨胀和等温不可逆膨胀到达同一终态， 已知 ，下列式子中不正确的是：Ir R 2W W =A.B ．Ir R S S Δ>ΔIr R S S Δ=ΔC. T Q S Ir R 2=Δ D. (等温可逆)总S Δ0=Δ+Δ=环体S S 总S Δ(等温不可逆)0>Δ+Δ=环体S S5．在一定速度下发生变化的孤立体系，其总熵的变化：A ．不变 B. 可能增大或减小C ．总是增大 D. 总是减小6．某系统经历一个不可逆循环后，下列正确的是A. ΔS体＞0，ΔS环＞0B. ΔS体＝0，ΔS环＝0C. ΔS体＞0，ΔS环＝0D. ΔS体＝0，ΔS环＞07．一定量理想气体经绝热恒外压压缩至终态，这时系统和环境的熵变应为A. ΔS体＞0，ΔS环＞0B. ΔS体＜0，ΔS环＜0C. ΔS体＞0，ΔS环＝0D. ΔS体＜0，ΔS环＝08．实际气体CO2经节流膨胀后温度下降，则：A. ∆S(体) > 0，∆S(环) > 0B. ∆S(体) < 0，∆S(环) > 0C. ∆S(体) > 0，∆S(环) = 0D. ∆S(体) < 0，∆S(环) = 09．实际气体进行绝热自由膨胀，ΔU和ΔS的变化为A. ΔU＝0，ΔS＞0B. ΔU＜0，ΔS＜0C. ΔU＝0，ΔS＝0D. ΔU＞0，ΔS＞010．1mol理想气体从p1、V1、T1分别经：(a) 绝热可逆膨胀到p2、V2、T2；(b) 绝热恒外压膨胀到p3、V3、T3，若p2 = p3，则A. T3＝T2，V3＝V2，S3＝S2B. T3＞T2，V3＜V2，S3＜S2C. T3＞T2，V3＞V2，S3＞S2D. T3＜T2，V3＞V2，S3＜S211．n mol某气体的恒容下由T1加热到T2，其熵变为ΔS1，相同量的气体在恒压下由T1加热到T2，其熵变为ΔS2，则ΔS1与ΔS2的关系为A. ΔS1 >ΔS2B. ΔS1 =ΔS2C. ΔS1 <ΔS2D. ΔS1 =ΔS2 = 012．当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变∆S = l0 J·K-1，若该变化中所做的功仅为相同终态最大功的1/10，该变化中从热源吸热：A. 5000JB. 500JC. 50JD. 100J13．由1mol理想气体A[C V，m(A)＝2.5R]与1mol理想气体B[C V，m(B)＝3.5R]组成理想气体混合物。
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第二章热力学第二定律练习题
一、判断题（说法正确否）
：
1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。
2．不可逆过程一定是自发过程。
3．熵增加的过程一定是自发过程。
4．绝热可逆过程的?S = 0，绝热不可逆膨胀过程的?S > 0，绝热不可逆压缩过程的?S < 0。
5．为了计算绝热不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条绝热可逆途径来计算。
6．由于系统经循环过程后回到始态，?S = 0，所以一定是一个可逆循环过程。
7．平衡态熵最大。
8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。
9．理想气体经等温膨胀后，由于?U = 0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗?
10．自发过程的熵变?S > 0。
11．相变过程的熵变可由T H S
计算。
12．当系统向环境传热时
(Q < 0)，系统的熵一定减少。
13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。
14．冰在0℃，p
T H
S
>0，所以该过程为自发过程。
15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。
16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。
17．在等温、等压下，吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。
18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。
19．过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的，由基本方程可得?G = 0。
20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以-pdV = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程dU = TdS - pdV ，因而可得dS = 0，为恒熵过程。
21．是非题：
⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？⑶绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？
⑷自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。
⑸1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由
V 1变到V 2，能否用公式：
1
2ln
V V R S
计算该过程的熵变？
22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S(环)。
23．
12
ln
V V R S
的适用条件是什么？24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？⑴理想气体自由膨胀过程；⑵实际气体节流膨胀过程；⑶理想气体由(p 1,T 1)状态绝热可逆变化到(p 2,T 2)状态；
⑷H 2和Cl 2在刚性绝热的容器中反应生成HCl ；
⑸0℃、p 时，水结成冰的相变过程；
⑹理想气体卡诺循环。
25．a mol A 与b mol B 的理想气体，分别处于
(T,V,p A )与(T,V,p B )的状态，等温等容混合
为
(T,V,p)状态，那么?U 、?H 、?S 、?A 、?G 何者大于零，小于零，等于零？26．一个刚性密闭绝热箱中，装有H 2与Cl 2混合气体，温度为298K ，今用光引发，使其。