东北林业大学化学应化2011-物理化学A1阶段测验2-2012-2013-2-及参考答案

二、选择题（在每个小题的备选答案中选出正确答案，填入下面表格相应题号下；本大
题共10小题，每小题1.5分，总计15分。

）
1. 在N2和O2混合气体的绝热可逆压缩过程中，体系的热力学函数变化值在下列结论中
正确的是
A. ΔU = 0
B. ΔA = 0
C. ΔS = 0
D. ΔG =0
2. H2和O2在绝热钢瓶中生成水的过程中
A. ΔH = 0
B. ΔA> 0
C. ΔS > 0
D. ΔG = 0
3. 理想气体自状态（p1,V1,T）等温膨胀到（p2,V2,T），此过程的ΔA与ΔG的关系是
A. ΔA>ΔG
B. ΔA<ΔG
C. ΔA=ΔG
D. 无确定关系
4.等温下，一个反应aA + bB = dD + eE的∆r C p = 0，那么
A. ∆H 与T无关，∆S 与T无关，∆G 与T无关
B. ∆H 与T无关，∆S 与T无关，∆G 与T有关
C. ∆H 与T无关，∆S 与T有关，∆G 与T有关
D. ∆H 与T无关，∆S 与T有关，∆G 与T无关
5. 理想气体卡诺循环的图为下列四种情况中的
A. B.
C.
D.
东北林业大学Array 2012－2013学年第二学期阶段考试题2
6. 在一简单的（单组分，单相，流体）封闭体系中，恒压只做膨胀功的条件下，吉布斯自由能值随温度升高如何变化？
A. （∂G/∂T）p> 0
B. （∂G/∂T）p< 0
C. （∂G/∂T）p= 0
D. 视具体体系而定
7.在隔离体系中发生一个自发过程，则ΔG应该为
A. ΔG < 0
B. ΔG > 0
C. ΔG = 0
D. 不能确定
8.下列关于热力学基本方程的表述，正确的是
A. d G = -S d T + V d p
B. d A = -S d T + p d V
C. d H = T d S + p d V
D. d U = T d S + p d V
9. 1mol理想气体（1）经定温自由膨胀使体积增加1倍；（2）经定温可逆膨胀使体积增加1倍；（3）经绝热自由膨胀使体积增加1倍；（4）经绝热可逆膨胀使体积增加1倍。

在下列结论中何者正确？
A. ∆S1= ∆S2= ∆S3= ∆S4
B. ∆S1= ∆S2，∆S3= ∆S4=0
C. ∆S1= ∆S4，∆S2= ∆S3
D. ∆S1= ∆S2= ∆S3，∆S4=0
10. 在无外界做功的条件下，下列说法正确的是
A．△G<0的过程自发；B. △S总>0的过程自发；
C. △S>0的过程自发；
D. △H<0的过程自发；
三、 填空题（在每个括号中填上答案；本大题共5小题，10个
括号，每个括号1分，总计10分。

）
1．在绝热钢瓶中发生氢气与氯气生成氯化氢爆炸式化学反应，使系统的温度及压力皆明
显升高，则该系统的
∆ S （ > ）0； ∆ U （ = ）0；∆H （> ）0； ∆ A （ < ）0。

2．298K 下，将氮气和氧气分别取1mol 进行恒温恒压的混合，则混合前后热力学性质
的变化情况为：∆U ( = )0，∆S ( > )0，∆G ( < )0。

3．定温下，改变压力可以改变石墨合成金刚石反应的吉布斯自由能，从而实现人造金刚
石的生产，该反应的吉布斯自由能随变压力变化的关系是为
（)(121,2,p p V G G m r m r -∆=∆-∆ 或11
,2p M M G p C
C m r +-
∆-=
石
金ρρ ）。

4．1 mol 理想气体从 p 1=0.5 MPa 节流膨胀到 p 2=0.1 MPa 时的熵变为
∆ S (> )0。

5．在263 K 的过冷水凝结成263 K 的冰,则ΔS ( < ) 0。

东北林业大学
五、计算题（本大题共2个小题，总计48分。

）
1．计算题(本题36分) （1）将 1 mol 液态甲苯在 101.325 kPa ，110 ℃（正常沸点）下，向真空容器蒸发为同温同压下的甲苯蒸气。

请计算过程的Q ，W ，ΔU ，ΔH ，ΔS ，ΔA ，ΔG 和ΔS 总。

并通过ΔS 总或ΔA 说明过程是否可逆。

（2）若过程（1）的甲苯蒸气从110℃, p 1=101.325kPa 的状态变为p 2= 2p 1， T 2= 2 T 1的气态甲苯；请计算过程的ΔU ，ΔH ，ΔS ，ΔA ，ΔG 。

（假设气态甲苯可以视为理想气体，且V g >>V l ， ，已知110℃，101.325kPa, 甲苯的蒸发热35..90kJ.mol -1，气态甲苯的C p ，m （g ）=103.76 J ·K -1·mol -1，S 1=353.26 J ·K -1·mol -1）。

【解】
(1) 液态甲苯在 101.325 kPa ，110 ℃（正常沸点）下，向真空容器蒸发为同温同压下的甲苯蒸气。

其与定温可逆蒸发的始末态相同，故状态函数变化可以用相同始末态的可逆相变来代替向真空容器蒸发的计算。

向真空蒸发，外压为零，W =0，Q=ΔU kJ 90.35=∆H 1-K J 70.9315
.3831000
90.35⋅=⨯=∆=
∆T H S kJ nRT H pV H U 72.3215.383314.811090.35)(3
=⨯⨯-⨯=-∆=∆-∆=∆ kJ 00.0=∆G kJ 19.315.383314.81-=⨯⨯-=-==∆nRT W A r 1-K J 40.8515
.383100072.32⋅-=⨯-=∆-
=-
=∆T U T
Q S 环 过程不可逆。

环总,0K J 3.840.8570.93-1
>⋅=-=∆+∆=∆S S S
东北林业大学
2012－2013学年第二学期阶段考试题2
（2）此过程为理想气体的简单PVT 变化过程，所以
kJ
57.3615.383)314.876.103(1)2()(1)(11,12,=⨯-⨯=-⨯-⨯=-=∆T T R C T T nC U m p m V
kJ 76.3915.38376.1031)2(1)(11,12,=⨯⨯=-⨯⨯=-=∆T T C T T nC H m p m p 1
-1
1112
112,K J 16.6676.592.7128.314ln 12ln
76.1031ln ln
⋅=-=⨯+⨯=+=∆p p
T T p p nR T T nC S m p 112K J 42.41926.35316.66-⋅=+=+∆=S S S
kJ
38.3605.186100057.36)26.35315.38342.4193.766(57.36)(1122=-⨯=⨯-⨯-=--∆=∆S T S T U A
kJ
57.3905.186100076.39)26.35315.38342.4193.766(76.39)(1122=-⨯=⨯-⨯-=--∆=∆S T S T H G
2.计算题(本题12分)
1mol 水蒸气在25℃ 、100kPa 下自发地凝结为液态水。

(1) 请设计始末态与该不可逆过程相同的可逆过程； (2) 由（1）的设计，计算该不可逆过程的ΔG 。

（3）由(2)的计算结果的说明ΔG 与自发过程的关系。

（假定液态水在25 ℃ 时的饱和蒸汽压为3.168kPa ，摩尔体积为 V m =18.0×10-6m 3,mol -1，水蒸汽可以视为理气。

） 【解】
（1）设计始末态与该不可逆过程相同的可逆过程
（2）
kJ p p V p p nRT G G G G 702.280018.0700.28)100168.3(106.180100
168
.3ln
15.298314.81)(0ln
6121
2
321-≈--=-⨯⨯++⨯⨯⨯=-++=∆+∆+∆=∆-
（3）由计算得知，,0<∆G 该等温等压下的相变自发进行。

即298.15K,100kPa 下，水蒸
气可以自发变为液态水。