48-(物化作业答案)---第三章__热力学第二定律

②可逆相变
Q2 H2 Vap Hm 30878J
W2 p2 Vl Vg p2Vg nRT1 1 8.314 353.3 2937.34 J
U2 Q2 W2 30878 2937.34 27940.7 J
S2 H 2 30878 87.40 J K 1 T1 353.3
5、已知苯在101325Pa下于80.1℃沸腾,vapHm=30.878kJ/mol。液体苯的Cp,m=142.7Jmol-1K-1。 今将40.53kPa，80.1℃的苯蒸气1mol，先恒温可逆压缩至101.325kPa，并凝结成液态苯， 再在恒压下将其冷至60℃。求整个过程的Q、W、U、H及S。
p3V3 1 1 9 p0V0 nRT nRT nRT 10 10 10
1
∴ 9 10 8.314 298.15 22313 J 10
S环,3
Q 22313 74.83J K 1 T 298.15
S隔,3 S系,3 S环,3 191.4 74.83 116.6J K 1
五、指出下列各过程中Q、W、U、H、S、A、G等热力学函数 哪些为零？ （1）理想气体绝热向真空膨胀； （2）理想气体恒温可逆膨胀； （3）理想气体不可逆恒温压缩； （4）理想气体节流膨胀； （5）真实气体节流膨胀过程。
Q
① ② ③ ④ ⑤
W
ΔU
ΔH
ΔS
ΔA
ΔG
0 + 0 +
0 + 0 -
①恒温可逆
W1 nRT1 ln
因为恒温， U1 0
H1 0
Q1 W1 2691.45 J
p1 40.53 1 8.314 353.3ln 2691.45 J p2 101.325 p 40.53 S1 nR ln 1 1 8.314ln 7.618 J K 1 p2 101.325
③恒压降温
Q3 H 3 nC p , m T2 T1 1 142.7 333.2 353.3 2868.3J W2 0 凝聚系统，dV 0 U 3 Q3 W3 2868.3J S3 nC p , m ln T2 333.2 1 142.7ln 8.36 J K 1 T1 353.3
T1 80.10C 353.3K T1 353.3K T1 T2 =60 0C 333.2 K 恒温可逆 可逆相变 恒压降温 解：p1 40.53KPa p 101.325 KPa p p 2 2 2 ① ② ③ g g l l
∵理想气体的等温可逆膨胀，
Q W nRT ln p1 p2
U 0
S环， 1
Q p nR ln 1 191.4 J K 1 T p2
S隔， 1 0 1 S系， 1 S环，
【方法二】 ∵理想气体的等温可逆膨胀，
S隔， 1 0
1 S环， S S 191.4 J K 1 隔， 1 系， 1
4、计算向绝热容器内1mol、-20℃的冰块上加入1mol、80℃水后的S。 已知，0℃时冰的熔化焓fusH=6009Jmol-1。水与冰的平均热容分别为： Cp,m(l)=75.3 JK-1mol-1，Cp,m(s)=36.0 JK-1mol-1。
解：1mol，T1=-20℃=253K的冰变为T2=0℃=273K的冰需吸热：
1 36.0 273-253 x 6009 1 75.3 273-353 0
x 0.8827mol
S S1 +S2 +S3 nC p , m 冰 ln 1 36.0ln H T2 T x fus m nC p , m 水 ln 3 T1 T2 T2
第三章
热力学第二定律
一、选择题 1.B ； 2. C；Leabharlann Baidu3.B； 4.D。
三、判断题
1、 ×； 2、 √ ； 3、 × ； 4、 √ 。
第三章
热力学第二定律
二、填空题 1、 = ；> ； = ；> ； 2 、 = ；> ； 3、封闭系统、 Wf=0 、等压的过程； 4、封闭系统、 Wf=0 、等温等压的过程； 5、20% 6、 > ； > ； < ； = 。 7、 < ； < ； > ； > 。 8 、 = ；= ； = 。
整个过程： Q Q1 Q2 Q3 2691.45 30878 2868.3 36.437 KJ
W W1 W2 W3 2691.45 2937.34 0 5.628 KJ U U1 U 2 U 3 0 27940 2868.3 30.809 KJ H H1 H 2 H 3 0 30878 2868.3 33.746 KJ S S1 S2 S3 7.618 87.40 8.36 103.08 J K 1
3、有10molCO2（视为理想气体）由25℃、1013.25KPa膨胀到25℃、 101.325KPa。计算下列过程中的S系，S环及S隔。假定过程是：（1）可逆 膨胀； （2）自由膨胀；（3）对抗外压101.325KPa膨胀。
解：（1）可逆膨胀 p1 1013.25 ∵等温可逆膨胀，∴ S系， nR ln 10 8.314 ln 191.4 J K 1 1 p2 101.325
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
+ + + 0
+ 0
+ 0
1、1mol单原子理想气体从273K、22.4dm3的始态变到202.65KPa、303K 的终态，已知系统始态的规定熵为83.68J· K-1，Cv,m=12.471 J· K-1· mol-1， 求此过程的U、H、S、A及G。
273 6009 273 0.8827 1 75.3ln 2.82 J K 1 253 273 353
5、已知苯在101325Pa下于80.1℃沸腾,vapHm=30.878kJ/mol。液体苯的Cp,m=142.7Jmol-1K-1。 今将40.53kPa，80.1℃的苯蒸气1mol，先恒温可逆压缩至101.325kPa，并凝结成液态苯， 再在恒压下将其冷至60℃。求整个过程的Q、W、U、H及S。
H1 nC p , m 冰 T2 T1 1 36.0 273-253 =720J
1mol，T2=0℃=273K的冰变为T2=0℃=273K的水需吸热：
H2 n fus Hm 1 6009 6009J
1mol，T3=80℃=353K的水变为T2=0℃=273K的水需放热： ∵ H 3 nC p , m 水 T2 T3 1 75.3 273-353 =-6024J
3、有10molCO2（视为理想气体）由25℃、1013.25KPa膨胀到25℃、 101.325KPa。计算下列过程中的S系，S环及S隔。假定过程是：（1）可逆 膨胀； （2）自由膨胀；（3）对抗外压101.325KPa膨胀。
解：（2）自由膨胀 1 与（1）始末态相同，∴ S系,2 S系， 191.4 J K 1
设有x mol的冰融化，则实际过程为： 1mol，T1=-20℃=253K的冰变为T2=0℃=273K的冰； x mol，T2=0℃=273K的冰变为T2=0℃=273K的水； 1mol，T3=80℃=353K的水变为T2=0℃=273K的水。
H1 +H 2 +H 3 nC p , m 冰 T2 T1 x fus H m nC p , m 水 T2 T3 0
A U S2T2 S1T1 374.13 80.08 303 83.68 274 1045 J A H S2T2 S1T1 623.55 80.08 303 83.68 274 796.05 J
H 0
2V 2V S nO2 R ln nN2 R ln nO2 R ln 2 nN2 R ln 2 V V 1 8.314 ln 2 1 8.314 ln 2 11.53 J K 1
A U T S T S 298.15 11.53 3438 J G H T S T S 298.15 11.53 3438 J
H1 +H2 +H3 0
∴冰为完全融化。最后为冰水混合物。
4、计算向绝热容器内1mol、-20℃的冰块上加入1mol、80℃水后的S。 已知，0℃时冰的熔化焓fusH=6009Jmol-1。水与冰的平均热容分别为： Cp,m(l)=75.3 JK-1mol-1，Cp,m(s)=36.0 JK-1mol-1。
2、两个体积相等的玻璃球以旋塞隔开，分别储有1molO2和1molN2，温度均为298.15K， 压力均为100KPa。在绝热条件下，打开旋塞，使两种气体混合。取两种气体为系统，求 混合过程的Q、W、U、H、S、A、G。（设O2和N2均为理想气体）
解：∵绝热，∴Q=0， 又∵混合过程温度不变，∴ U 0 ∴W=0
T1 80.10C 353.3K T1 353.3K T1 T2 =60 0C 333.2 K 恒温可逆 可逆相变 恒压降温 解：p1 40.53KPa p 101.325 KPa p p 2 2 2 ① ② ③ g g l l
∵理想气体的自由膨胀，Q=0，
S环,2
Q 0 T
S隔,2 S系,2 S环,2 191.4J K 1
3、有10molCO2（视为理想气体）由25℃、1013.25KPa膨胀到25℃、 101.325KPa。计算下列过程中的S系，S环及S隔。假定过程是：（1）可逆 膨胀； （2）自由膨胀；（3）对抗外压101.325KPa膨胀。 解：（3）对抗外压101.325KPa膨胀 ∵与（1）始末态相同，∴ S系,3 S系， 1 191.4J K ∵恒外压101.325KPa下膨胀 ∴ Q W p V3 V0 p3 V3 V0 p3V3 p3V0 外
T2 p nR ln 1 T p2
S nC p , m ln
∵单原子分子的理想气体，
p1 nRT1 1 8.314 273 101.327 KPa 3 V1 22.4 10
5 303 101.327 1 8.314ln 1 8.314ln 2 273 202.65 3.60 J K 1 S 2 S1 S 83.68 3.60 80.08 J K 1
CV , m
3 R 2
C p,m
U nCV , m T2 T1
5 R 2
3 1 8.314 303 273 374.13 J 2 H nC p , m T2 T1 5 1 8.314 303 273 623.55 J 2