当前位置:文档之家› 物理化学答案 第三章 热力学第二定律

物理化学答案 第三章 热力学第二定律

物理化学答案 第三章 热力学第二定律
物理化学答案 第三章 热力学第二定律

第三章热力学第二定律

3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。求

(1)热机效率;

(2)当向环境作功时,系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的

热。

解:卡诺热机的效率为

根据定义

3.5 高温热源温度,低温热源。今有120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源,龟此过程的。

解:将热源看作无限大,因此,传热过程对热源来说是可逆过程

3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。求下列三种情况下,当热机从高温热源吸热时,两热源的总熵变。

(1)可逆热机效率。

(2)不可逆热机效率。

(3)不可逆热机效率。

解:设热机向低温热源放热,根据热机效率的定义

因此,上面三种过程的总熵变分别为。

3.7 已知水的比定压热容。今有1 kg,10 °C的水经下列三种不

同过程加热成100 °C的水,求过程的。

(1)系统与100 °C的热源接触。

(2)系统先与55 °C的热源接触至热平衡,再与100 °C的热源接触。

(3)系统先与40 °C,70 °C的热源接触至热平衡,再与100 °C的热源接触。

解:熵为状态函数,在三种情况下系统的熵变相同

在过程中系统所得到的热为热源所放出的热,因此

3.8 已知氮(N2, g)的摩尔定压热容与温度的函数关系为

将始态为300 K,100 kPa下1 mol的N2(g)置于1000 K的热源中,求下列过程(1)经恒压过程;(2)经恒容过程达到平衡态时的。

解:在恒压的情况下

在恒容情况下,将氮(N2, g)看作理想气体

将代替上面各式中的,即可求得所需各量

3.9 始态为,的某双原子理想气体1 mol,经下列不同途径变

化到,的末态。求各步骤及途径的。

(1)恒温可逆膨胀;

(2)先恒容冷却至使压力降至100 kPa,再恒压加热至;

(3)先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa,再恒压加热至。

解:(1)对理想气体恒温可逆膨胀,D U = 0,因此

(2)先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa,系统的温度T:

(3)同理,先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:

根据理想气体绝热过程状态方程,

各热力学量计算如下

2.12 2 mol双原子理想气体从始态300 K,50 dm3,先恒容加热至400 K,再恒压加热至体积增大到100 dm3,求整个过程的。

解:过程图示如下

先求出末态的温度

因此,

两个重要公式

对理想气体

3.17 组成为的单原子气体A与双原子气体B的理想气体混合物共10 mol,从始态,绝热可逆压缩至的平衡态。求过程的

解:过程图示如下

混合理想气体的绝热可逆状态方程推导如下

容易得到

3.18 单原子气体A与双原子气体B的理想气体混合物共8 mol,组成为,

始态。今绝热反抗恒定外压不可逆膨胀至末态体积

的平衡态。求过程的。

解:过程图示如下

先确定末态温度,绝热过程,因此

3.19 常压下将100 g,27 °C的水与200 g,72 °C的水在绝热容器中混合,求最终水温t

及过程的熵变。已知水的比定压热容。

解:过程图解如下

321 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板,隔板一侧为2 mol的200 K,50 dm3的单原子理想气体A,另一侧为3 mol的400 K,100 dm3的双原子理想气体B。今将容器中的绝热隔板

撤去,气体A与气体B混合达到平衡。求过程的。

解:过程图示如下

系统的末态温度T可求解如下

系统的熵变

注:对理想气体,一种组分的存在不影响另外组分。即A和B的末态体

积均为容器的体积。

322 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板,隔板两侧均为N2(g)。一侧容积50 dm3,内有200 K的N2(g) 2 mol;另一侧容积为75 dm3, 内有500 K的N2(g) 4 mol;N2(g)可认为理想气体。

今将容器中的绝热隔板撤去,使系统达到平衡态。求过程的。

解:过程图示如下

同上题,末态温度T确定如下

经过第一步变化,两部分的体积和为

即,除了隔板外,状态2与末态相同,因此

注意21与22题的比较。

3.23 常压下冰的熔点为0 °C,比熔化焓,水的比定压热熔

。在一绝热容器中有1 kg,25 °C的水,现向容器中加入0.5 kg,0 °C 的病,这是系统的始态。求系统达到平衡后,过程的。

解:过程图示如下

将过程看作恒压绝热过程。由于1 kg,25 °C的水降温至0 °C为

只能导致克冰融化,因此

3.27 已知常压下冰的熔点为0 °C,摩尔熔化焓,苯的熔点为5.5 1°C,摩尔熔化焓。液态水和固态苯的摩尔定压热容分别为及

。今有两个用绝热层包围的容器,一容器中为0 °C 的8 mol H2O(s)与2 mol H2O(l)成平衡,另一容器中为5.51 °C的5 mol C6H6(l)与5 mol C6H6(s)成平衡。现将两容器接触,去掉两容器间的绝热层,使两容器达到新的平衡态。求过程的。

解:粗略估算表明,5 mol C6H6(l) 完全凝固将使8 mol H2O(s)完全熔化,因

此,过程图示如下

总的过程为恒压绝热过程,,因此

3.28 将装有0.1 mol乙醚(C2H5)2O(l)的小玻璃瓶放入容积为10 dm3的恒容密闭的真空容器中,并在35.51 °C的恒温槽中恒温。35.51 °C为在101.325 kPa下乙醚的沸点。已知在此条

件下乙醚的摩尔蒸发焓。今将小玻璃瓶打破,乙醚蒸发至平衡态。求

(1)乙醚蒸气的压力;

(2)过程的。

解:将乙醚蒸气看作理想气体,由于恒温

各状态函数的变化计算如下

忽略液态乙醚的体积

3.30. 容积为20 dm3的密闭容器中共有2 mol H2O成气液平衡。已知80 °C,100 °C下水的饱和蒸气压分别为及,25 °C水的摩尔蒸发焓

;水和水蒸气在25 ~ 100 °C间的平均定压摩尔热容分别为

和。今将系统

从80 °C的平衡态恒容加热到100°C。求过程的。

解:先估算100 °C时,系统中是否存在液态水。设终态只存在水蒸气,其物

质量为n, 则

显然,只有一部分水蒸发,末态仍为气液平衡。因此有以下过程:

设立如下途径

第一步和第四步为可逆相变,第二步为液态水的恒温变压,第三步为液态水的恒压变温。先求80 °C和100 °C时水的摩尔蒸发热

3.31. O2(g)的摩尔定压热容与温度的函数关系为

已知25 °C下O2(g)的标准摩尔熵。求O2(g)

在100 °C,50 kPa下的摩尔规定熵值。

解:由公式知

3.32. 若参加化学反应的各物质的摩尔定压热容可表示为

试推导化学反应的标准摩尔反应熵与温度T的函数

关系式,并说明积分常数如何确定。

解:对于标准摩尔反应熵,有

式中

3.33. 已知25 °C时液态水的标准摩尔生成吉布斯函

,水在25 °C时的饱和蒸气压。求25 °C时水

蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。

解:恒温下

对凝聚相恒温过程,因此

3.3

4. 100 °C的恒温槽中有一带有活塞的导热圆筒,筒中为2 mol N2(g)及装与小玻璃瓶中的3 mol H2O(l)。环境的压力即系统的压力维持120 kPa不变。今将小玻璃瓶打碎,液态水蒸发

至平衡态。求过程的。

已知:水在100 °C时的饱和蒸气压为,在此条件下水

的摩尔蒸发焓。

解:将气相看作理想气体。系统终态H2O(g)的摩尔分数为3/5 = 0.6,因此H2O(g)的分压为

3.35. 已知100 °C水的饱和蒸气压为101.325 kPa,此条件下水的摩尔蒸发焓

。在置于100 °C恒温槽中的容积为100 dm3的密闭容器中,有

压力120 kPa的过饱和蒸气。此状态为亚稳态。今过饱和蒸气失稳,部分凝结成液态水达到热力学稳定的平衡态。求过程的。

解:凝结蒸气的物质量为

热力学各量计算如下

3.36 已知在101.325 kPa下,水的沸点为100 °C,其比蒸发焓

。已知液态水和水蒸气在100 ~ 120 °C范围内的平均比定压热容分别为

及。今有101.325 kPa 下120 °C的1 kg过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。设计可逆途径,并按可逆途径分别求过程的及。

解:设计可逆途径如下

3.36. 已知在100 kPa下水的凝固点为0 °C,在-5 °C,过冷水的比凝固焓,

过冷水和冰的饱和蒸气压分别为,。今在100 kPa下,有-5 °C 1 kg的过冷水变为同样温度、压力下的冰,设计可逆途径,分别按可逆途径计算过程的及。

解:设计可逆途径如下

第二步、第四步为可逆相变,,第一步、第五步为凝聚相的恒温变压过程,,因此

该类题也可以用化学势来作,

对于凝聚相,通常压力下,可认为化学势不随压力改变,即

因此,

3.37. 已知在-5 °C,水和冰的密度分别为和

。在-5 °C,水和冰的相平衡压力为59.8 MPa。今有-5 °C的1 kg水在100 kPa 下凝固成同样温度下的冰,求过程的。假设,水和冰的密度不随压力改变。

解:相平衡点为,由于温度不变,因此

3.38. 若在某温度范围内,一液体及其蒸气的摩尔定压热容均可表示成

的形式,则液体的摩尔蒸发焓为

其中,为积分常数。试应用克劳修斯-克拉佩龙方程的微分式,推导出该温度范围内液体的饱和蒸气压p的对数ln p与热力学温度T的函数关系式,积分常数为I。

解:设置一下途径

设液态水的摩尔体积与气态水的摩尔体积可忽略不计,且气态水可看作理想

气体,则,

对于克劳修斯-克拉佩龙方程

3.40 化学反应如下:

(1)利用附录中各物质的数据,求上述反应在25 °C时的;

(2)利用附录中各物质的数据,计算上述反应在25 °C时的;

(3)25 °C,若始态CH4(g)和H2(g)的分压均为150 kPa,末态CO(g)和H2(g)的分压均为50 kPa,

求反应的。

解:(1)

(2)

第四章 第2节 热力学第一定律

第2节热力学第一定律 一、改变物体内能的两种方式 1.改变内能的两种方式:做功和热传递。 2.做功:外力对物体做功,可以使物体的内能增加。 3.热传递:没有做功而使物体内能改变的物理过程。 4.做功和热传递对物体内能的改变是等效的,但本质不同。 二、热力学第一定律 1.定义:功、热量跟内能改变之间的定量关系。 2.数学表达式:ΔU=Q+W。 1.判断:(1)物体吸收热量,内能一定增大。() (2)物体对外做功,内能一定减小。() (3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变。() (4)物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变。() 答案:(1)×(2)×(3)√(4)× 2.思考:运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么? 提示:“钻木取火”即人对木头做功,使木头的内能增大,温度升高,当温度达到木头的着火点时,木头便开始燃烧,即利用做功的方式改变木头的内能。 1.

内能是由系统的状态决定的,状态确定,系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化,可以通过热传递或做功两种方式来完成。热量是热传递过程中的特征物理量,和功一样,热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量,是用来衡量物体内能变化的。有过程,才有变化,离开过程则毫无意义。就某一状态而言,只有“内能”,不能谈到“热量”或“功”。 (1)内能是状态量,热量、功是过程量。 (2)热量、功、内能本质是不同的。 1.物体的内能增加了20 J,下列说法中正确的是() A.一定是外界对物体做了20 J的功 B.一定是物体吸收了20 J的热量 C.一定是物体分子动能增加了20 J D.物体分子的平均动能可能不变 解析:选D做功和热传递都可以改变物体内能,物体内能改变20 J,其方式是不确定的,因此A、B错误;物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能,内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定,故C错误。 1. (1)对ΔU=Q+W的理解:热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况,既有做功又有热传递的过程,其中ΔU表示内能改变的数量,W表示做功的数量,Q表示外界与物体间传递的热量。 (2)与热力学第一定律相对应的符号法则:

第二章 热力学第二定律

第二章热力学第二定律 一、单选题 1) 理想气体绝热向真空膨胀,则() A. ?S = 0,?W = 0 B. ?H = 0,?U = 0 C. ?G = 0,?H = 0 D. ?U =0,?G =0 2) 对于孤立体系中发生的实际过程,下式中不正确的是() A. W = 0 B. Q = 0 C. ?S > 0 D. ?H = 0 3) 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程,则() A. 可以从同一始态出发达到同一终态。 B. 不可以达到同一终态。 C. 不能确定以上A、B中哪一种正确。 D. 可以达到同一终态,视绝热膨胀还是绝热压缩而定。 4) 1mol,100℃及p?下的水向真空蒸发为p?,373K的水蒸汽,过程的△A为( )K J A. 0 B. 0.109 C.-3.101 D.40.67 5) 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) A > U; (B) A < U; (C) G < U; (D) H < A。 6) 将氧气分装在同一气缸的两个气室内,其中左气室内氧气状态为p1=101.3kPa,V1=1dm3,T1=273.2K;右气室内状态为p2=101.3kPa,V2=1dm3,T2=273.2K;现将气室中间的隔板抽掉,使两部分气体充分混合。此过程中氧气的熵变为: ( ) A. ?S >0 B. ?S <0 C. ?S =0 D. 都不一定 7)1mol理想气体向真空膨胀,若其体积增加到原来的10倍,则体系、环境和孤立体系的熵变分别为( )J·K-1 A. 19.14, -19.14, 0 B. -19.14, 19.14, 0 C. 19.14, 0, 19.14 D. 0 , 0 , 0 8) 1 mol,373 K,p?下的水经下列两个不同过程变成373 K,p?下的水蒸汽,(1) 等温等压可逆蒸发,(2) 真空蒸发,这两个过程中功和热的关系为:( ) (A) W1> W2Q1> Q2(B) W1< W2Q1> Q2 (C) W1= W2Q1= Q2(D) W1> W2Q1< Q2 9)封闭系统中, W'= 0,恒温恒压下的化学反应可用( )计算系统的熵变. A. ΔS=Q/T; B. ΔS=ΔH/T; C. ΔS=(ΔH-ΔG)/T D. ΔS=nRln( V2/V1) 10) 理想气体经历等温可逆过程,其熵变的计算公式是:( ) A. ?S =nRT ln(p1/p2) B. ?S =nRT ln(V2/V1) C. ?S =nR ln(p2/p1) D. ?S =nR ln(V2/V1) 11) 固体碘化银(AgI)有α和β两种晶型,这两种晶型的平衡转化温度为419.7K,由α型转化为β型时,转化热等于6462J·mol-1,由α型转化为β型时的熵变?S 应为:( ) J·K-1 A. 44.1 B. 15.4 C. -44.1 D. -15.4 12) dA= -SdT-PdV适用的过程是()。 A.理想气体向真空膨胀B.-10℃,100KPa下水凝固为冰 C.N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g)未达平衡D.电解水制取氧 13) 封闭系统中发生等温等压过程时,系统的吉布斯函数改变量△G等于() A.系统对外所做的最大体积功, B. 可逆条件下系统对外所做的最大非体积功, C.系统对外所做的最大总功, D. 可逆条件下系统对外做的最大总功. 14) 在p?下,373K的水变为同温下的水蒸汽。对于该变化过程,下列各式中哪个正确:( ) A.?S体+?S环> 0 B. ?S体+?S环 < 0 C.?S体+?S环 = 0 D. ?S体+?S环的值无法确定 15) 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) ?A与温度无关;(D) ?G与温度无关。 16) 1mol理想气体从p1,V1,T1分别经:(1) 绝热可逆膨胀到p2,V2,T2;(2) 绝热恒外压下膨胀到p2′,V2′,T2′,若p2 = p2′ 则:( ) A.T2′= T2, V2′= V2, S2′= S2 B.T2′> T2, V2′< V2, S2′< S2 C.T2′> T2, V2′> V2, S2′> S2 D.T2′< T2, V2′< V2, S2′< S2

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问 A U , Q,W为正为负还是为零? (1) 以电炉丝为系统; (2 )以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,AJ, Q, W为正为负还是为零?(2) 如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,A U, Q , W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量,如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热? [答案:放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干? [答案:9441J] 5在25C下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2X106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀; (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题? [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习

大学物理化学2-热力学第二定律课后习题及答案

热力学第二定律课后习题答案 习题1 在300 K ,100 kPa 压力下,2 mol A 和2 mol B 的理想气体定温、定压混合后,再定容加热到600 K 。求整个过程的?S 为若干?已知C V ,m ,A = 1.5 R ,C V ,m ,B = 2.5 R [题解] ?? ? ??B(g)2mol A(g)2mol ,,纯态 3001001K kPa ,() ?→???? 混合态 ,,2mol A 2mol B 100kPa 300K 1 +==?? ? ????p T 定容() ?→??2 混合态 ,,2mol A 2mol B 600K 2 +=??? ??T ?S = ?S 1 + ?S 2,n = 2 mol ?S 1 = 2nR ln ( 2V / V ) = 2nR ln2 ?S 2 = ( 1.5nR + 2.5nR ) ln (T 2 / T 1)= 4nR ln2 所以?S = 6nR ln2= ( 6 ? 2 mol ? 8.314 J ·K -1·mol -1 ) ln2 = 69.15 J ·K -1 [导引]本题第一步为理想气体定温定压下的混合熵,相当于发生混合的气体分别在定温条件下的降压过程,第二步可视为两种理想气体分别进行定容降温过程,计算本题的关键是掌握理想气体各种变化过程熵变的计算公式。 习题2 2 mol 某理想气体,其定容摩尔热容C v ,m =1.5R ,由500 K ,405.2 kPa 的始态,依次经历下列过程: (1)恒外压202.6 kPa 下,绝热膨胀至平衡态; (2)再可逆绝热膨胀至101.3 kPa ; (3)最后定容加热至500 K 的终态。 试求整个过程的Q ,W ,?U ,?H 及?S 。 [题解] (1)Q 1 = 0,?U 1 = W 1, nC V ,m (T 2-T 1))( 1 1 22su p nRT p nRT p --=, K 4005 4 6.2022.405)(5.1122121 1 212====-= -T T kPa p kPa p T p T p T T ,得,代入,

物理化学第二章 热力学第一定律

第二章 热力学第一定律 一.基本要求 1.掌握热力学的一些基本概念,如:各种系统、环境、热力学状态、系 统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2.能熟练运用热力学第一定律,掌握功与热的取号,会计算常见过程中 的, , Q W U ?和H ?的值。 3.了解为什么要定义焓,记住公式, V p U Q H Q ?=?=的适用条件。 4.掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数,能熟练地运用热力学 第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中, , , , U H W Q ??的计算。 二.把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中,能量守恒与转换的问题,所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事,要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做 习题等反反复复地加深印象,才能建立热力学的概念,并能准确运用这些概念。 例如,功和热,它们都是系统与环境之间被传递的能量,要强调“传递”这 个概念,还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变 化的过程联系在一起。譬如,什么叫雨?雨就是从天而降的水,水在天上称为云, 降到地上称为雨水,水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨,也就是说, “雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中,还可以列举出其他与过程有关的 名词,如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式,但是,它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热,除热以外, 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之 间,系统内部传递的能量既不能称为功,也不能称为热,仅仅是热力学能从一种 形式变为另一种形式。同样,在环境内部传递的能量,也是不能称为功(或热) 的。例如在不考虑非膨胀功的前提下,在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化,由于与环境之间没有热的交换,也没有功的交换,所 以0, 0, 0Q W U ==?=。这个变化只是在系统内部,热力学能从一种形式变为

第二章热力学第一定律练习题及答案

第一章热力学第一定律练习题 一、判断题(说法对否): 1.当系统的状态一定时,所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时,所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统,该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体,当热力学能与温度确定之后,则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热,系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态,则Q和W的值一般不同,Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH,Q V = ΔU,所以Q P与Q V都是状态函数。 7.体积是广度性质的状态函数;在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中,当温度、压力一定时;系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9.在101.325kPa下,1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体,那么由于过程等温,所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。 11.1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃,其ΔH= ∑C P,m d T。12.因焓是温度、压力的函数,即H = f(T,p),所以在恒温、恒压下发生相变时,由于d T = 0,d p = 0,故可得ΔH = 0。 13.因Q p = ΔH,Q V = ΔU,所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14.卡诺循环是可逆循环,当系统经一个卡诺循环后,不仅系统复原了,环境也会复原。 15.若一个过程中每一步都无限接近平衡态,则此过程一定是可逆过程。16.(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17.一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡,则末态温度不变。 18.当系统向环境传热(Q < 0)时,系统的热力学能一定减少。

工程热力学第四章思考题答案

第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P A、T A,B为真空。现将隔板抽去,气体作绝热自由膨胀,终压将为P2,试问终了温 度T2是否可用下式计算?为什么? 1 2 2 () k k A A p T T p -= 答:气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程,因此终了温度T2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b,b-c,b、c两点在同一定熵线上,如图所示。试问:Δuab、Δuac哪个大?再设b、c 两点在同一条定温线上,结果又如何? 答:由题可知,因b、c两点在同一定熵 线上T b>T c, ub>uc. Δuab>Δuac。若b、 c两点在同一条定温线上,T b=T c, ub=u c. Δuab=Δuac。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上(工质为空气)。

(1)工质又升压、又升温、又放热;(2)工质又膨胀、又降温、又放热; (3)n=1.6的膨胀过程,判 断q,w,Δu的正负; 答:n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s图上表示为1→2 过程。在此过程中q>0, w<0,Δu>0 (4)n=1.3的压缩过程,判断q,w,Δu的正负。

答:n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1→2过程。在此过程中q<0,w<0,Δu>0 4-4将p-v图表示的循环,如图所示,表示在T-s图上。图中:2-3,5-1,为定容过程;1-2,4-5为定熵过程;3-4为定压过程。 答:T-s图如图 所示

4-5 以空气为工质进行的某过程中,加热量的一半转变为功,试问过程的多变指数n 为多少?试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置(比热容比可视为定值)。 答:多变过程中,遵循热力学第一定律q u w =?+,由题可知12q u =?,由于v 21()1n -k q c T T n =--,所以() v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即: () 121n -k n =-,0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后,使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩,这时是否还需要采用多级压缩?为什么?(6分) 答:还需要采用多级压缩,由余隙效率可知, 12111n v p c p λ??????=-- ????????? ,余隙使一部分气缸容积不能被有效利用,压力比越大越不利。因此,当需要获得较高压力时,必须采用多级压缩。

南京大学《物理化学》练习 第二章 热力学第二定律

第二章热力学第二定律 返回上一页 1. 5 mol He(g)从273.15 K和标准压力变到298.15K和压力p=10×, 求过程的ΔS(已知 。C(V,m)=3/2 R) 。 2. 0.10 kg 28 3.2 K的水与0.20 kg 313.2 K 的水混合,求ΔS设水的平均比热为 4.184kJ/(K·kg)。 。3. 实验室中有一大恒温槽(例如是油浴)的温度为400 K,室温为300 K因恒温槽绝热不良而有4000 J的热传给空气,用计算说明这一过程是否为可逆? 。0.2 4. 在298.15K的等温情况下,两个瓶子中间有旋塞连通开始时,一放 mol O2,压力为0.2×101.325kPa,另一放0.8 mol N2,压力为0.8×101.325 kPa,打开旋塞后,两气体互相混合计算: 。 (1)终了时瓶中的压力。 (2)混合过程中的Q,W,ΔU,ΔS,ΔG; (3)如果等温下可逆地使气体回到原状,计算过程中的Q和W。

5. (1)在298.2 K时,将1mol O2从101.325 kPa 等温可逆压缩到 6×101.325 kPa,求Q,W,ΔU m,ΔH m,ΔF m,ΔG m,ΔS m,ΔS iso (2)若自始至终用6×101.325 kPa的外压等温压缩到终态,求上述各热力学量的变化值。 。β6. 在中等的压力下,气体的物态方程可以写作p V(1-βp)=nRT式中系数 与气体的本性和温度有关今若在 。273K时,将0.5 mol O2由1013.25kPa的压力减到101.325 kPa,试求ΔG已知氧的 。β=-0.00094。 7. 在298K及下,一摩尔过冷水蒸汽变为同温同压下的水,求此过程的 。298.15K时水的蒸汽压为3167Pa。 ΔG m已知 8. 将298.15K 1 mol O2从绝热可逆压缩到6×,试求Q,W,ΔU m, ΔH m, 。(298K,O2)=205.03 ΔF m, ΔG m, ΔS m和ΔS iso(C(p,m)=7/2 R)已知 J/(K·mol) 。 9. 在298.15K和时,反应H2(g)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) 的为195.8 。 J/mol若设计为电池,在电池

第3章 热力学第一定律

第3章 热力学第一定律 3.1 基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念,深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀(压缩)功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 3.2 本章重点 1.必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法,步骤如下: 1)根据需要求解的问题,选取热力系统。 2)列出相应系统的能量方程 3)利用已知条件简化方程并求解 4)判断结果的正确性 2.深入理解热力学第一定律的实质,并掌握其各种表达式(能量方程)的使用对象和应用条件。 3.切实理解热力学中功的定义,掌握各种功量的含义和计算,以及它们之间的区别和联系,切实理解热力系能量的概念,掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。 4.在本章学习中,要更多注意在稳态稳定流动情况下,适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与应用。 3.3 例 题 例1.门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解:按题意,以门窗禁闭的房间为分析对象,可看成绝热的闭口系统,与外界无热量交换,Q =0,如图3.1所示,当安置在系统内部的电冰箱运转时,将有电功输入系统,根据热力学规定:W <0,由热力学第一定律W U Q +?=可知, 0>?U ,即系统的内能增加,也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理 想气体,其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加,可见此种想法不但不能达到降温目的,反而使室内温度有所升高。 若以电冰箱为系统进行分析,其工作原理如图3.1所示。耗功W 后连同从冰室内取出的冷量0Q 一同通过散热片排放到室内,使室内温度升高。

第五章热力学第一定律

第四章热力学第一定律 4-1 0.020Kg的氦气温度由升为,若在升温过程中:(1)体积保持不变;(2)压强保持不变;(3)不与外界交换热量,试分别求出气体内能的改 变,吸收的热量,外界对气体所作的功,设氦气可看作理想气体,且, 解:理想气体内能是温度的单值函数,一过程中气体温度的改变相同,所以内能的改变也相同,为: 热量和功因过程而异,分别求之如下: (1)等容过程: V=常量A=0 由热力学第一定律, (2)等压过程: 由热力学第一定律, 负号表示气体对外作功, (3)绝热过程 Q=0 由热力学第一定律 4-2分别通过下列过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半;(1)等温过程;(2)绝热过程;(3)等压过程,试分别求出在这些过程中气体内能的改变,传递的热量和外界对气体所作的功,设氮气可看作理想气体,且 ,

解:把上述三过程分别表示在P-V图上, (1)等温过程 理想气体内能是温度的单值函数,过程中温度不变,故 由热一、 负号表示系统向外界放热 (2)绝热过程 由或 得 由热力学第一定律 另外,也可以由 及 先求得A

(3)等压过程,有 或 而 所以= = = 由热力学第一定律, 求之 也可以由 另外,由计算结果可见,等压压缩过程,外界作功,系统放热,内能减少,数量关系为,系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。 4-3 在标准状态下的0.016Kg的氧气,分别经过下列过程从外界吸收了80cal 的热量。(1)若为等温过程,求终态体积。(2)若为等容过程,求终态压强。 (3)若为等压过程,求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体,且 解:(1)等温过程

热学(秦允豪编)习题解答第四章-热力学第一定律

普通物理学教程《热学》(秦允豪编) 习题解答 第四章 热力学第一定律 4.2.1 解: ?-=21V V PdV W C T = (1)()RT b v P =- b v RT P -= ???? ??---=--=?b v b v dv b v RT W i f v v f i ln (2) ??? ??-=v B RT Pv 1 ??? ??-=v B RT P 1 ???? ??-+-=??? ??--=? i f i f v v v v BRT v v RT dv v B RT W f i 11ln 1 4.2.2 应用(4.3)式 ?-=21V V PdV W 且 k PiV PV i ==γγ γγ-=V V P P i i 故有:f i f v v i i V Vi i i V V P dV V V P W γ γ γγγ----=-=? 111 () ()i i f f i f i i V P V P V V V P --=--=--111 111γγγγγ (应用了γγf f i i V P V P =) 4.4.2 (1) 2v a b v RT P --= ???+--=-=dv v a dv b v RT Pdv W 2 a V V b V b V RT ???? ??--???? ??---=121211ln (2)d v a cT u +-=2当C V =时, V V V dt du dT dQ C ??? ??=??? ??= ∴C C V = T C CdT Q T T ?==?21 4.4.3 水蒸气的凝结热即为定压状况下单位质量物质相变时吸收(或释放)的热量,在等压下此值即为比焓变化,即: ()kJ h m H l V 4.244459.1000.2545-=--=?-=?= (系统放热)

大学热力学第二定律(李琳丽)

第二章 热力学第二定律与化学平衡 1. 1mol 理想气体由298 K 、0.5 dm 3膨胀到5 dm 3。假定过程为 (1) 恒温可逆膨胀; (2) 向真空膨胀。 计算各过程系统的熵变?S 及总熵变孤立S ?。由此得到怎样结论? 解:(1) 恒温可逆过程 12ln V V nR S =?=3.385 .05ln 314.82=?? J .K -1 3.38ln ln 1 2 1 2 -=-=- =- == ?V V nR T V V nRT T Q T Q S 环 系统环 环境环境 J .K -1 0=???环境孤立+=S S S 说明过程是可逆的。 (2) S ?只决定于始、终态,与过程的具体途径无关,过程(2)的熵变与过程(1)的相同,因此有S ?=38.3 J .K -1。 理想气体在向真空膨胀过程中,0=外p ,W =0,Q =0,说明系统与环境无热量交换,所以 0=?环境S 3.38=???环境孤立+=S S S J .K -1 >0 由于0>?孤立S ,说明向真空膨胀过程是自发过程。 2. 1 mol 某理想气体(11m ,mol K J 10.29--??=p C ),从始态(400 K 、200kPa )分别经下列不同过程达到指定的终态。试计算各过程的Q 、W 、?U 、?H 、及?S 。 (1) 恒压冷却至300 K ; (2) 恒容加热至600 K ; (3) 绝热可逆膨胀至100 kPa ;

解:(1) == 111p nRT V L 63.16m 1063.1610 200400314.813 33=?=???- 1 122V T V T = 47.1263.16400 3001122=?=?= V T T V L 832)63.1647.12102003-=-??=?=(外V P W kJ )400300()314.810.29(1m ,-?-?=?=?T nC U V kJ 08.2-= )400300(314.810.291m ,-???=?=?T nC H p kJ 2.24-= kJ 830=-?=W U Q ? =?2 1 d T T P T T C S =37.810.29300 400-=??T dT J ?K -1 (2) 0=W )400600()314.810.29(1m ,-?-?=?=?T nC U V kJ 16.4= )400600(314.810.291m ,-???=?=?T nC H p kJ 4.48= kJ 16.4=-?=W U Q ? =?2 1 d T T V T T C S =43.8)314.810.29(600 400=?-?T dT J ?K -1 (3) 40.1314 .810.2910.29,,=-= = m V m P C C γ,γ γγγ--=122111P T P T 40.1140 .12 40.1140.1100200400--=T 3282=T K 0=Q )400328()314.810.29(1m ,-?-?-=?-=?-=T nC U W V

物理化学答案——第二章-热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 一、基本公式和基本概念 基本公式 1. 热力学第二定律的数学表达式----克劳修斯不等式 () A B A B Q S T δ→→?-≥∑ 2. 熵函数的定义 ()R Q dS T δ=, ln S k =Ω 3. 熵变的计算 理想气体单纯,,p V T 变化 22,1122,11 22,,1 1 ln ln ln ln ln ln V m p m p m V m T V S C R T V T p S C R T p V p S C C V p ?=+?=-?=+ 理想气体定温定压混合过程 ln i i i S R n x ?=-∑ 封闭系统的定压过程 2 1 ,d T p m T C S n T T ?=? 封闭系统定容过程 2 1 ,d T V m T C S n T T ?=? 可逆相变 m n H S T ??= 标准状态下的化学反应 ,()r m B m B B S S T θ θ ν ?= ∑ 定压下由1T 温度下的化学反应熵变求2T 温度下的熵变 2 1 ,21()()d T p m r m r m T C S T S T T T ??=?+ ? 4. 亥姆霍兹函数 A U T S ≡- 5. 吉布斯函数 G H T S ≡- 6. G ?和A ?的计算(A ?的计算原则与G ?相同,做相应的变换即可)

定温过程 G H T S ?=?-? 组成不变的均相封闭系统的定温过程 21 d p p G V p ?= ? 理想气体定温过程 21 ln p G nRT p ?= 7. 热力学判据 熵判据:,()0U V dS ≥ 亥姆霍兹函数判据:,,'0(d )0T V W A =≤ 吉布斯函数判据:,,'0(d )0T p W G =≤ 8. 热力学函数之间的关系 组成不变,不做非体积功的封闭系统的基本方程 d d d d d d d d d d d d U T S p V H T S V p A S T p V G S T V p =- =+=--=-+ 麦克斯韦关系 S V p S T V p T T p V S T V p S S p V T S V p T ?????? =- ? ? ???????????? = ? ? ???????????? = ? ? ???????????? =- ? ? ?????? 9. 吉布斯-亥姆霍兹方程 2 ()p G H T T T ??? ????=-??????? 基本概念 1. 热力学第二定律 在研究化学或物理变化驱动力来源的过程中,人们注意到了热功交换的规律,抓住了事物的共性,提出了具有普遍意义的熵函数。根据熵函数以及由此导出的其他热力学函数,可

(完整word版)第 二 章 热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确,并简述判断的依据 (1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。 答:是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 (2)状态改变后,状态函数一定都改变。 答:是错的。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得变。 (3)因为ΔU=Q V ,ΔH=Q p ,所以Q V ,Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是错的。?U ,?H 本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与Q V ,Q p 的数值相等,所以Q V ,Q p 不是状态函数。 (4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从外界吸收热量。 答:是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+,它不仅说明热力学能(ΔU )、热(Q )和功(W )之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热,也可转化为热力学能系。 (5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Q p =0 答:是错的。这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即W f ≠0,所以ΔH≠Q p 。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q 1,焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q 2,焓变为ΔH 2,则ΔH 1=ΔH 2。 答:是对的。Q 是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q 值不同,焓(H )是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题,并说明原因 (1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火车的速度加快? 答?不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。

第四章 热力学第一定律

华北科技学院
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第四章 热力学第一定律

4.1 闭系非流动过程的能量平衡
能量平衡式 体系能量的变化=体系与环境交换的净能量。 即:
(能量)入 ? (能量)出 = (能量)存
封闭体系非流动过程的热力学第一定律:
ΔU = Q + W
4.2 开系通用的能量平衡方程

4.3 稳流过程的能量平衡
1. 开系稳流过程的能量平衡
状态是稳定的 稳流过程 流动是稳定的 1)外部环境对流体提供的能量(对于1kg流体): ①外功(ws)—净功或有效功,J/kg; 规定:外界提供给流体功, ws为正; 流体传递给外界功,ws为负。 ②热量(q)—获得的热量,J/kg;

4.3 稳流过程的能量平衡
2) 流体在流动过程中本身所具有的能量(对于1kg流体): ① 内能 U: J/kg; ② 位能: ③ 动能: ④ 静压能(压强能) m kg: 动能 = mu2/2, J 1 kg: 动能 = u2/2 , J/kg m kg: 位能 = mgZ, J 1 kg: 位能 = gZ, J/kg
m kg-V m3 : 静压能 = pV , J 1
V kg- m3 m
:静压能
=
pV p = m ρ
, J/kg

4.3 稳流过程的能量平衡
衡算范围:1-1′至2-2′截面 衡算基准:1kg不可压缩流体 基准水平面:0-0′平面
流动系统
依据: 输入总能量=输出总能量
1 2 p1 1 2 p2 U 1 + gz1 + u1 + + we + q = U 2 + gz2 + u2 + 2 ρ 2 ρ
总能量衡算式

第二章热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 ;选择题 1.ΔG=0 的过程应满足的条件是 (A) 等温等压且非体积功为零的可逆过程 (B) 等温等压且非体积功为零的过程 (C) 等温等容且非体积功为零的过程 (D) 可逆绝热过程 答案:A 2.在一定温度下,发生变化的孤立体系,其总熵 (A )不变 (B)可能增大或减小(C)总是减小(D)总是增大答案:D 。因孤立系发生的变化必为自发过程,根据熵增原理其熵必增加。 3.对任一过程,与反应途径无关的是 (A) 体系的内能变化 (B) 体系对外作的功 (C) 体系得到的功 (D) 体系吸收的热 答案:A 。只有内能为状态函数与途径无关,仅取决于始态和终态。 4.下列各式哪个表示了偏摩尔量: (A),,j i T p n U n ??? ???? (B) ,,j i T V n H n ??? ???? (C) ,,j i T V n A n ??? ???? (D) ,,j i i T p n n μ?? ? ? ??? 答案:A 。首先根据偏摩尔量的定义,偏导数的下标应为恒温、恒压、恒组成。只有A 和D 符合此条件。但D 中的i μ不是容量函数,故只有A 是偏摩尔量。 5.氮气进行绝热可逆膨胀 ΔU=0 (B) ΔS=0 (C) ΔA =0 (D) ΔG=0 答案:B 。绝热系统的可逆过程熵变为零。 6.关于吉布斯函数G, 下面的说法中不正确的是 (A)ΔG ≤W'在做非体积功的各种热力学过程中都成立 (B)在等温等压且不做非体积功的条件下, 对于各种可能的变动, 系统在平衡态的吉氏函数最小 (C)在等温等压且不做非体积功时, 吉氏函数增加的过程不可能发生 (D)在等温等压下,一个系统的吉氏函数减少值大于非体积功的过程不可能发生。答案:A 。因只有在恒温恒压过程中ΔG ≤W'才成立。 7.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 。正确的说法应该是,热不可能全部转化为功而不引起其它变化 8.关于克劳修斯-克拉佩龙方程下列说法错误的是 (A) 该方程仅适用于液-气平衡 (B) 该方程既适用于液-气平衡又适用于固-气平衡 (C) 该方程假定气体的体积远大于液体或固体的体积(D) 该方程假定与固相或液相平衡的气体为理想气体 答案:A 9.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 。(A )熵变的定义/r dS Q T δ=? 其中的热应为可逆热;(B )与(C )均在绝热

热力学第二定律的演变历程及其在生活中的应用

热力学第二定律的演变历程及其在生活中的应用 张俊地信一班1009010125 摘要:热力学第二定律是热力学的基本定律之一,是指热永远都只是由热处转到冷处(自然状态下)。它是关于在有限空间和时间内,一切和热运动有关的物理化学过程具有不可逆性的经验总结。 关键词:热力学第二定律,演变历程,生活应用 引言:热力学第二定律是人们在生活实践,生产实践和科学实验的经验总结,他们既不涉及物质的微观结构,也不能用数学家易推倒和证明,但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。而且,从热力学严格的推导出的结论都是非常精确和可靠的。有关该定律额发现和演变历程是本文讨论的重点。热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向和限度的规律,进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。 1.热力学第二定律的建立 19 世纪初,巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进,已广泛应用于工厂、矿山、交通运输,但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下,逐步被发现的,并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。1824 年,法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”,找到了提高热机效率的根本途径。但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。从1840 年到1847 年间,在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下,热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。“热动说”的正确观点也普遍为人们所接受。1848 年,开尔文爵士(威廉·汤姆生) 根据卡诺定理,建立了热力学温标(绝对温标)。它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性,从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。这些为热力学第二定律的建立准备了条件。 1850 年,克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作,考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实,得出了热力学第二定律的初次表述。后来历经多次简练和修改,逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”。与此同时,开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述,后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述” 。上述对热力学第二定律的两种表述是等价的,由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。他们都是指明了自然界宏观过程的方向性,或不可逆性。克劳修斯的说法是从热传递方向上说的,即热量只能自发地从

热力学第二定律

第二章 热力学第二定律 §2–1 引言 (一) 热力学第一定律的局限性:凡是违背第一定律的过程一定不能实现,但是不违背第一定律的过程并不是都能自动实现的。例如: 1.两块不同温度的铁相接触,究竟热从哪一块流向哪一块呢?按热力学第一定律,只要一块铁流出的热量等于另一块铁吸收的热量就可以了,但实际上,热必须温度从较高的一块流向温度较低的那块,最后两块温度相等,至于反过来的情况,热从较冷的一块流向热的一块,永远不会自动发生。 2.对于化学反应: 以上化学反应计量方程告诉我们,在上述条件下,反应生成1mol NO 2,则放热57.0KJ, 若1mol NO 2分解,吸热57.0KJ ,均未违反热力学第一定律,但热力学第一定律不能告诉我们,在上述条件下的混合物中,究竟是发生NO 2的分解反应,还是NO 2的生成反应?假定是生成NO 2的反应能自动进行,那么进行到什么程度呢? 这些就是过程进行的方向和限度问题,第一定律无法解决,要由第二定律解决。 (二) 热力学第二定律的研究对象及其意义: 1. 研究对象:在指定条件下,过程自发进行的方向和限度:当条件改变后,方向和限度有何变化。 2. 意义:过程自发进行的方向和限度是生产和科研中所关心和要解决的重要问题。 例如:在化工及制药生产中,不断提出新工艺,或使用新材料,或合成新药品这一类的科学研究课题,有的为了综合利用,减少环境污染,有的为了改善劳动条件不使用剧毒药品,……等。 这些方法能否成功?也就是在指定条件下,所需要的化学反应能否自动进行?以及在什么条件下,能获得更多新产品的问题。 当然,我们可以进行各种实验来解决这一问题,但若能事先通过计算作出正确判断,就可以大大节省人力,物力。理论计算认为某条件下根本不可能进行的反应,就不要在该条件下去进行实验了。 3. 研究方法:以自然界已知的大量事实为基础,从中抽象出它们的共性,进而导出几个新的状态函数:熵(s),亥姆霉兹自由能(F)和吉布斯自由能(G),用来判断过程的方向和限度,以达到问题的解决。 §2–2 自发过程的共同特征 (一) 事实: 自然界过程内容 自发过程方向 推动力 有作功能力 过程终点 (二) 自发过程举例: 1. 理想气体自由膨胀 2. 热量由高温物体传向低温物体 3. 锌投入硫酸铜溶液中发生置换反应: Zn + CnSO 4 → Cu + ZnSO 4 (三) 自发过程的共同特征: 由上述例子可以分析,所有自发变化是否可逆的问题,最终都可归结为“热能否全部转变为功而没有其他变化”这样一个问题。但经验告诉我们:功可自发地全部变为热,但热不能全部变为功而不引起其他变化。由此可知:一切自发过程都是不可逆的。这就是自发过程的共同特征。 §2–3 热力学第二定律的经典表述 (一) 不同表述方法: 1. 克劳修斯(Clausius )说法:热不能自动地从低温物体传至高温物体。 2. 开尔文(Kelvin )说法:不可能从单一热源吸收热量,使之全部转变为功,而不发生其他影响。 NO(g)+12O 2(g)2(g) KJ H m r 0.57298..=? KJ H m r 0.57298..-=? NO(g)+12O 2(g)NO 2(g)

相关主题
相关文档 最新文档