热力学第二定律练习题

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∆S0，绝热不可逆压缩过程的∆S0。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∆S0。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∆S0。11．相变过程的熵变可由∆S=∆H/T计算。12．当系统向环境传热时(Q0)，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∆S=∆H/T0，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V1膨胀到V2，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。二、单选题：1．∆S=∆H/T适合于下列过程中的哪一个？(A)恒压过程；(B)绝热过程；(C)恒温过程；(D)可逆相变过程。2．可逆热机的效率最高，因此由可逆热机带动的火车：(A)跑的最快；(B)跑的最慢；(C)夏天跑的快；(D)冬天跑的快。3．对于克劳修斯不等式dS≥δQ/T环，判断不正确的是：(A)dS=δQ/T环必为可逆过程或处于平衡状态；(B)dS＞δQ/T环必为不可逆过程；(C)dS＞δQ/T环必为自发过程；(D)dS＜δQ/T环违反卡诺定理和第二定律，过程不可能自发发生。4．下列计算熵变公式中，哪个是错误的：(A)水在25℃、p∆S=(∆H-∆G)/T；(B)任意可逆过程：dS=(δQ/dT)r；(C)环境的熵变：∆S=-Q体/T；(D)在等温等压下，可逆电池反应：∆S=∆H/T。5．当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变∆S=l0J·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多少？(A)5000J；(B)500J；(C)50J；(D)100J。6．1mol双原子理想气体的(∂H/∂T)v是：(A)1.5R；(B)2.5R；(C)3.5R；(D)2R。7．理想气体在绝热条件下，在恒外压下被压缩到终态，则体系与环境的熵变：(A)∆S(体)0，∆S(环)0；(B)∆S(体)0，∆S(环)0；(C)∆S(体)0，∆S(环)=0；(D)∆S(体)0，∆S(环)0。8．一理想气体与温度为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Vr=2Wir，下列式子中不正确的是：(A)∆Sr∆Sir；(B)∆Sr=∆Sir；(C)∆Sr=2Qir/T；(D)∆S(等温可逆)=∆S体+∆S环=0，∆S(不等温可逆)=∆S体+∆S环0。9．计算熵变的公式∆S=∫(dU+pdV)/T适用于下列：(A)理想气体的简单状态变化；(B)无体积功的封闭体系的简单状态变化过程；(C)理想气体的任意变化过程；(D)封闭体系的任意变化过程；10．实际气体CO2经节流膨胀后，温度下降，那么：(A)∆S(体)0，∆S(环)0；(B)∆S(体)0，∆S(环)0(C)∆S(体)0，∆S(环)=0；(D)∆S(体)0，∆S(环)=0。11．如图，可表示理想气体卡诺循环的示意图是：(A)图⑴；(B)图⑵；(C)图⑶；(D)图⑷。12．某体系等压过程A→B的焓变∆H与温度T无关，则该过程的：(A)∆U与温度无关；(B)∆S与温度无关；(C)∆F与温度无关；(D)∆G与温度无关。13．等温下，一个反应aA+bB=dD+eE的∆rCp=0，那么：(A)∆HT无关，∆ST无关，∆GT无关；(B)∆HT无关，∆ST无关，∆GT有关；(C)∆HT无关，∆ST有关，∆GT有关；(D)∆HT无关，∆ST有关，∆GT无关。14．下列过程中∆S为负值的是哪一个：(A)液态溴蒸发成气态溴；(B)SnO2(s)+2H2(g)=Sn(s)+2H2O(l)；(C)电解水生成H2和O2；(D)公路上撤盐使冰融化。15．熵是混乱度(热力学微观状态数或热力学几率)的量度，下列结论中不正确的是：(A)同一种物质的S(g)S(l)S(s)；(B)同种物质温度越高熵值越大；(C)分子内含原子数越多熵值越大；(D)0K时任何纯物质的熵值都等于零。16．有一个化学反应，在低温下可自发进行，随温度的升高，自发倾向降低，这反应是：(A)∆S0，∆H0；(B)∆S0，∆H0；(C)∆S0，∆H0；(D)∆S0，∆H0。17．∆G=∆A的过程是：(A)H2O(l,373K,p)→H2O(g,373K,p)；(B)N2(g,400K,1000kPa)→N2(g,400K,100kPa)；(C)等温等压下，N2(g)+3H2(g)→NH3(g)；(D)Ar(g,T,p)→Ar(g,T+100,p)。18．等温等压下进行的化学反应，其方向由∆rHm和∆rSm共同决定，自发进行的反应应满足下列哪个关系式：(A)∆rSm=∆rHm/T；(B)∆rSm∆rHm/T；(C)∆rSm≥∆rHm/T；(D)∆rSm≤∆rHm/T。19．实际气体节流膨胀后，其熵变为：(A)∆S=nRln(V2/V1)；(B)∆S=∫(V/T)dp；(C)∆S=∫(Cp/T)dT；(D)∆S=(Cv/T)dT。20．一个已充电的蓄电池以1.8V输出电压放电后，用2.2V电压充电使其回复原状，则总的过程热力学量变化：(A)Q0，W0，∆S0，∆G0；(B)Q0，W0，∆S0，∆G0；(C)Q0，W0，∆S=0，∆G=0；(D)Q0，W0，∆S=0，∆G=0。21．下列过程满足∆S0,Q/T环=0的是：(A)恒温恒压(273K，101325Pa)下，1mol的冰在空气升华为水蒸气；(B)氮气与氧气的混合气体可逆绝热膨胀；(C)理想气体自由膨胀；(D)绝热条件下化学反应。22．吉布斯自由能的含义应该是：(A)是体系能对外做非体积功的能量；(B)是在可逆条件下体系能对外做非体积功的能量；(C)是恒温恒压可逆条件下体系能对外做非体积功的能量；(D)按定义理解G=H-TS。23．在-10℃、101.325kPa下，1mol水凝结成冰的过程中，下列哪个公式可以适用：(A)∆U=T∆S；（B）∆S=(∆H-∆G)/T；(C)∆H=T∆S+V∆p；(D)∆GT,p=0。24．对于封闭体系的热力学，下列各组状态函数之间的关系中正确的是：(A)AU；(B)AU；(C)GU；(D)HA。25．热力学基本方程dG=-SdT+Vdp，可适应用下列哪个过程：(A)298K、标准压力下，水气化成蒸汽；(B)理想气体向真空膨胀；(C)电解水制取氢气；(D)N2+3H2=2NH3未达到平衡。三、填空1．在一定速度下发生变化的孤立体系，其总熵的变化是。2．373.2K、101325Pa的水，使其与大热源接触，向真空蒸发成为373.2K、101325Pa下的水气，对这一个过程，应选用哪一个热力学函数的变化作为过程方向的判据。3．等容等熵条件下，过程自发进行时，∆F应。4．25℃时，将11.2升O2与11.2升N2混合成11.2升的混合气体，该过程∆S、∆G分别为。5．2mol理想气体B，在300K时等温膨胀，W=0时体积增加一倍，则其∆S(J·K-1)为：。计算与证明1、卡诺热机在T1=900K的高温热源和T2=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－Q2=100kJ时，系统从高温热源吸热Q1及对环境所作的功－W。答：（1）0.6667；（2）Q1=300kJ,－W=200kJ2、高温热源温度T1=600K，低温热源温度T2=300K。今有120kJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程的△S。答：200J·K-13、不同的热机工作于T1=600K的高温热源及T2=300K的低温热源之间。求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热Q1=300kJ时，两热源的总熵变△S。（1）可逆热机效率η=0.5；（2）不可逆热机效率η=0.45；（3）不可逆热机效率η=0.4。答：（1）0；（2）50J·K-1；（3）100J·K-14、已知水的比定压热容cp=4.184J·g-1·K-1。今有1kg，10℃的水经下述三种不同过程加热成100℃的水，求各过程的sysS，ambS及isoS。（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。答：（1）sysS=1155J·K-1，ambS=－1009J·K-1，isoS=146J·K-1；（2）sysS=1155J·K-1，ambS=－1096J·K-1，isoS=59J·K-1；（3）sysS=1155J·K-1，ambS=－1103J·K-1，isoS=52J·K-15、已知氮（N2，g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为263,/109502.0/10226.632.27KTKTCmpJ·mol-1·K-1将始态为300K，100kPa下1mol的N2（g）置于1000K的热源中，求下列二过程（1）经恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的Q，△S及isoS。答：（1）Q=21.65kJ，△S=36.82J·K-1，isoS=15.17J·K-1；（2）Q=15.83kJ，△S=26.81J·K-1，isoS=10.98J·K-16、始态为T1=300K，p1=200kPa的某双原子理想气体1mol，经下列不同途径变化到T2=300K，p2=100kPa的末态。求各步骤及途径的Q，△S。（1）恒温可逆膨胀；（2）先恒容冷却至使压力降至100kPa，再恒压加热至T2。（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa，再恒压加热至T2。答：（1）Q=1.729kJ，△S=5.76J·K-1；（2）Q1=－3.118kJ，△S1=－14.41J·K-1；Q2=4.365kJ，△S2=－20.17J·K-1；Q=1.247kJ，△S=－5.76J·K-1；（3）Q1=0，△S1=0；Q=Q2=0.224kJ，△S=△S2=5.76J·K-1；7、1mol理想气体在T=300K下，从始态100kPa经下列各过程，求Q，△S及isoS。（1）可逆膨胀到末态压力50kPa；（2）反抗恒定外压50kPa不可逆膨胀至平衡态；（3）向真空自由膨胀至原体积的2倍。答：（1）Q=1.729kJ，△S=5.763J·K-1，isoS=0；（2）Q=1.247kJ，△S=5.763J·K-1，isoS=1.606J·K-1；（3）Q=0，△S=5.763J·K-1，isoS=5.763J·K-18、2mol双原子理想气体从始态300K，50dm3，先恒容加热至400K，再恒压加热至体积增大到100dm3，求整个过程的Q，W，△U，△H及△S。答：Q=27.44kJ；W=－6.625kJ；△U=20.79kJ；△H=29.10kJ；△S=52.30J·K-19、4mol单原子理想气体从始态750K，150kPa，先恒容冷却使压力降至50kPa，再恒温可逆压缩至100kPa。求整个过程的Q，W，△U，△H及△S。答：Q=－30.71kJ；W=5.763kJ；△U=－24.94kJ；△H=41.57kJ；△S=－