热力学课后习题02答案

（完整版）哈⼯⼤⼯程热⼒学习题答案——杨⽟顺版第⼆章热⼒学第⼀定律思考题1. 热量和热⼒学能有什么区别？有什么联系？答：热量和热⼒学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热⼒系通过界⾯与外界进⾏的热能交换量，是与热⼒过程有关的过程量。

热⼒系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；⽽热⼒学能指的是热⼒系内部⼤量微观粒⼦本⾝所具有的能量的总合，是与热⼒过程⽆关⽽与热⼒系所处的热⼒状态有关的状态量。

简⾔之，热量是热能的传输量，热⼒学能是能量？的储存量。

⼆者的联系可由热⼒学第⼀定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热⼒学能的变化。

2. 如果将能量⽅程写为d d q u p v δ=+或d d q h v p δ=-那么它们的适⽤范围如何？答：⼆式均适⽤于任意⼯质组成的闭⼝系所进⾏的⽆摩擦的内部平衡过程。

因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭⼝系将 du 代⼊第⼀式得q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。

3. 能量⽅程δq u p v =+d d （变⼤）与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变⼤）很相像，为什么热量 q 不是状态参数，⽽焓 h 是状态参数？答：尽管能量⽅程 q du pdv δ=+与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变⼤）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，⽽后者是全微分的形式。

是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。

对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+蜒? 因为0du =??，()0d pv =??所以0dh =??，因此焓是状态参数。

⽽对于能量⽅程来说，其循环积分：q du pdv δ=+蜒?虽然： 0du =?? 但是： 0pdv ≠?? 所以： 0q δ≠?? 因此热量q 不是状态参数。

⼯程热⼒学第三版曾丹苓第⼆章习题及答案热⼒学第⼆章习题及答案⼀、是⾮题1、任意过程只要知道其始末状态即可确定过程与外界的热交换（ｘ）、功交换（ｘ）及系统热⼒学能的变化（√）。

2、简单可压缩系统任意过程中对外所作膨胀功均可⽤计算（√）。

pdV计算（ｘ），⽤?dWpsurr3、流动功Δ（pdV）只有在开⼝系统中研究⽓体流动时才需要考虑（√）。

4、q和w是状态参数（ｘ）⼆、选择题1、表达式δQ=dU+δW c 。

（a）适⽤于任意热⼒过程；（b）仅适⽤于准静态过程；（c）仅适⽤于闭⼝系统中的热⼒过程。

2、表达式δQ=dU+pdV适⽤ a1中的 a2。

（a1）闭⼝系；（b1）开⼝系；（c1）闭⼝及开⼝系；（a2）准静过程；（b2）任意热⼒过程；（c2）⾮准静过程。

3、任意准静或⾮准静过程中⽓体的膨胀功均可⽤ b 计算。

（a）pdV；（b）p surr dV；（c）d(pv)。

4、在正循环中?Qδa零，同时?Wδa零。

在逆循环中?Qδ c 零，且?Wδ c 零（a）⼤于；（b）等于；（c）⼩于。

三、习题2－1 0.5kg 的⽓体，在汽缸活塞机构中由初态p 1=0.7MPa 、V 1=0.02m 3,准静膨胀到V 2=0.04m 3。

试确定在下列各过程中⽓体完成的功量及⽐功量；（1）定压过程；（2） pV 2＝常数。

解：（1）由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时:W=p △V=0.7×106×0.02=14000 J=14 kJ ⽐功量 w= p △v=W/m=14000/0.5=28000 J=28 kJ（2）pV 2=0.7×106×0.022=280 J 〃m 3由准平衡过程体积变化功的表达式W=dV V pdv v v ??=04.002.0228021=7000 J=7 kJ⽐功量 w= p △v=W/m=7000/0.5=14000 J=14 kJ 2－2为了确定⾼压下稠密⽓体的性质，取2kg ⽓体在25MPa 下从350K 定压加热到370K ，⽓体初终状态下的容器分别为0.03 m3及0.035 m 3，加⼊⽓体的热量为700kJ ，试确定初终状态下的热⼒学能之差。

热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。

1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。

( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。

( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。

( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。

( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。

( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。

（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。

2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。

( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。

3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。

4. 在隔离系统内：( )。

( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。

5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。

( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。

6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。

( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。

7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。

第三章热力学第二定律【复习题】【1】指出下列公式的适用范围。

（1）min ln BB BS Rnx ∆=-∑;（2）12222111lnln ln ln P v p T V T S nR C nR C p T V T ∆=+=+; （3）dU TdS pdV =-； （4）G Vdp ∆=⎰（5）,,S A G ∆∆∆作为判据时必须满足的条件。

【解】（1）封闭体系平衡态，理想气体的等温混合，混合前后每种气体单独存在时的压力都相等，且等于混合后气体的总压力。

（2）非等温过程中熵的变化过程，对一定量的理想气体由状态A （P 1、V 1、T 1）改变到状态A （P 2、V 2、T 2）时，可由两种可逆过程的加和而求得。

（3）均相单组分（或组成一定的多组分）封闭体系，非体积功为0的任何过程；或组成可变的多相多组分封闭体系，非体积功为0的可逆过程。

（4）非体积功为0，组成不变的均相封闭体系的等温过程。

（5）S ∆：封闭体系的绝热过程，可判定过程的可逆与否； 隔离体系，可判定过程的自发与平衡。

A ∆：封闭体系非体积功为0的等温等容过程，可判断过程的平衡与否；G ∆：封闭体系非体积功为0的等温等压过程，可判断过程的平衡与否；【2】判断下列说法是否正确，并说明原因。

（1）不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的； （2）凡熵增加过程都是自发过程； （3）不可逆过程的熵永不减少；（4）系统达平衡时，熵值最大，Gibbs 自由能最小；（5）当某系统的热力学能和体积恒定时，S ∆<0的过程不可能发生；（6）某系统从始态经过一个绝热不可逆过程到达终态，先在要在相同的始、终态之间设计一个绝热可逆过程；（7）在一个绝热系统中，发生了一个不可逆过程，系统从状态1变到了状态2，不论用什么方法，系统再也回不到原来状态了；（8）理想气体的等温膨胀过程，0U ∆=，系统所吸的热全部变成了功，这与Kelvin 的说法不符；（9）冷冻机可以从低温热源吸热放给高温热源，这与Clausius 的说法不符； （10）p C 恒大于V C 。

第二章 热力学第二定律 一、基本公式和基本概念 （一）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 (0A B A B QS Tδ→→∆−≥∑2. 熵函数的定义 (R QdS Tδ=，ln S k =Ω3. 熵变的计算理想气体单纯,,p V T 变化22,1122,1122,,11ln ln ln ln lnln 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 iS R n x ∆=−∑封闭系统的定压过程21, T p m T C S n dT T∆=∫封闭系统定容过程 21, T V m T C S n dT T∆=∫可逆相变 m n H S T∆∆=标准状态下的化学反应 ,()r m Bm B BS S T θθν∆=∑定压下由1T 温度下的化学反应熵变求2T 温度下的熵变 21,21 ()()T p m r m r m T C S T S T dT T∆∆=∆+∫4. 亥姆霍兹函数 A U TS ≡−5. 吉布斯函数 G H TS ≡−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 21p p G Vdp ∆=∫理想气体定温过程 21ln 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()0T V W dA =≤ 吉布斯函数判据：,,'0()0T p W dG =≤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dU TdS pdV dH TdS Vdp dA SdT pdV dG SdT Vdp=−=+=−−=−+麦克斯韦关系S VpS T Vp TT 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()pG 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。

第二章 热力学第二定律思考题答案一、是非题1 × 2√ 3× 4× 5× 6× 7× 8√ 9√ 10× 11× 12× 13× 14× 15× 16× 17× 18× 二、选择题1．C 2．D 3．C 4．C 5．D 6．A 7．B 8．D 9．A 10．A 11．A习 题1. 2mol 理想气体由500kPa ，323K 加热到1000kPa ，373K 。

试计算此气体的熵变。

（已知该气体的C V ,m =25R ） 解：由于实际过程不可逆，要求此过程的熵变，设计定压可逆与定温可逆两途径实现此过程，如下图所示：1212,,,ln ln 1121212121p pR T T C dp p RT T T dT C Vdp TTdT C TVdpdH T pdV Vdp pdV dH T pdV dpV dH TpdVdU T Q S m p p p T T m p p p T T m p rm -=-=-=-=+--=+-=+==∆⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰δ11212,1212,64.65001000ln 2323373ln 272ln ln )(ln ln -⋅=⨯-⨯=-+=-=∆K J kPakPa R mol K K R mol p pnR T T R C n p p nR T T nC S m V m p2. 在20℃时，有1molN 2和1molHe 分别放在一容器的两边，当将中间隔板抽去以后，两种气体自动混合。

在此过程中系统的温度不变，与环境没有热交换，试求此混合过程的△S ，并与实际过程的热温商比较之。

解：分别考虑假设N 2由V A 定温可逆膨胀至2V A ，同理He 由V A 定温可逆膨胀至2V A△S 1 = n (N 2)R ln2 △S 2 = n (He)R ln2所以系统的 △S = △S 1+△S 2 = n (N 2) R ln2 + n (He) R ln2= 2×1mol×8.314 J ·mol -1·K -1×ln2 = 11.52J.K -1而实际过程系统没有与环境交换热和功，则 TQ= 0 即 △S >TQ 3. 1 mol 双原子理想气体，温度为298.15 K ，压强为p θ，分别进行：(1)绝热可逆膨胀至体积增加1倍；(2)绝热自由膨胀至体积增加1倍。

第二章热力学第二定律练习题答案一、判断题答案：1．对。

自然界发生的过程是以一定速率进行的，都是不可逆的，但不一定都是自发的，例如人们用电解水法制备氢气。

2．错。

例如，理想气体绝热不可逆压缩，就不是自发的。

3．错。

只有在孤立体系才成立。

非孤立体系不成立，例如电解水熵增加，但不自发的。

4．第1，2个结论正确，第3个结论错。

绝热不可逆压缩过程。

∆S > 0。

5．错。

系统由同一始态出发，经绝热可逆和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态。

经绝热可逆，∆S = 0；绝热不可逆过程，∆S > 0。

6．错。

系统经循环过程后回到始态，状态函数都不改变，但不能依此来判断过程的性质，可逆循环与不循环都可以回到始态。

7．错。

正确说法是隔离系统平衡态的熵最大。

8．错。

正确的是绝热可逆过程中∆S = 0，绝热不可逆过程中∆S > 09．不矛盾。

理想气体经等温膨胀后，是的，吸的热全部转化为功，因气体的状态变化了，体积增大了，发生了其他变化。

10．错。

例如过冷水结冰，自发过程，但熵减少。

只有孤立体系或绝热体系，自发变化过程，∆S > 0。

11．错。

必须可逆相变才能用此公式。

12．错。

系统的熵除热熵外，还有构型熵。

例如NaOH固体溶于水，或C在氧气中燃烧，都是放热，但熵都是增加。

13．对。

固体、液体变成气体，熵是增加的。

14．错。

冰在0℃，pө下转变为液态水，不能认为是自发方程；同样在0℃，pө下液态水也可以变成冰，只能说是可逆过程（或平衡状态）。

15．错。

只有孤立体系才成立，非孤立体系不成立，例如过冷水结冰，ΔS< 0，混乱度减小，自发过程的方向就不是混乱度增加的方向。

16．错，必须在等温、等压的条件下才有此结论。

17．错。

若有非体积功存在，则可能进行，如电解水，吉布斯函数变化大于零。

18．错。

此说法的条件不完善，如在等温条件下，做的功（绝对值）才最多。

19．错。

基本方程对不可逆相变不适用。

20．错。