物化试题- 热力学第二定律.docx

第二章热力学第二定律 一、思考题 指出下列公式适用范围： 1 △ S=nRlnp/pjC lnT^/T= nRlnV/^,+C InT/T, (1) ^1^2 p 2 1 2 1V 2 1 答：封闭体系平衡态，不作非体积功，理想气体单纯状态变化的可逆过程。 dU=TdS-pdV 答：组成不变的封闭体系平衡态，不作非体积功的一切过程。 dG=Vdp 答：组成不变的封闭体系平衡态，不作非体积功的定温过程。 判断下列各题说法是否正确，并说明原因。 不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的。(后者说法正确，前者 错误。例如不可逆压缩就不是自发过程) 凡熵增加过程都是自发过程。(必须是孤立体系。) 不可逆过程的熵永不减少。(必须是孤立体系。) 体系达平衡时熵值最大，吉布斯函数最小。(绝热体系或孤立体系达平衡时熵最 大，定温定压不作非体积功的条件下，体系达平衡时吉布斯函数最小) 某体系当内能、体积恒定时，△ SV0的过程则不能发生。(必须限制在组成不变 的封闭体系中，且不作非体积功的条件下，即公式dU=TdS-pdV的适用范围。当dU=0， dV=0时，dS=0，不可能发生dS<0的过程) 某体系从始态经历一个绝热不可逆过程到达终态，为了计算某些状态函数的变量， 可以设计一绝热可逆过程，从同一始态出发到达同一终态。(根据熵增原理，绝热不可 逆过程△ S>0，而绝热可逆过程的^ S=0。从同一始态出发，经历绝热不可逆和绝热可 逆两条不同途径，不可能达到同一终态) 在绝热体系中，发生一个不可逆过程从状态A到达状态B，不论用什么方法，体 系再也回不到原来状态。(在绝热体系中，发生一个不可逆过程，从状态A到状态B， △ S>0，SB>SA。仍在绝热体系中，从状态B出发，无论经历什么过程，体系熵值有 增无减，所以回不到原来状态。) 绝热循环过程一定是个可逆循环过程。(对的。因为绝热体系中如果发生一个可 逆变化，△ S=0，发生一个不可逆变M S>0，如果在循环过程中有一步不可逆，体系 熵值就增加，便回不到原来状态。只有步步可逆，△ S=0体系才能回到原态。) 将下列不可逆过程设计为可逆过程： 理想气体从压力p1向真空膨胀至p2。 答：可设计定温可逆膨胀。 两块温度分别为T］、T2的铁块(T］>T2)相接触，最后终态温度为T。 答：在T］和T2之间设置无数个温差为dT的热源，使铁块T］和T「dT、T「2dT…的热 源接触，无限缓慢地达到终态温度T，使铁块T2与T2+dT、T2+2dT…的热源接触，无限缓 慢地趋近于终态温度T。 30°C、1大气压下的H2O(l)向真空蒸发为30°C、1大气压下的H2O(g)。 答：可以设计两条可逆途径：一条是定压可逆，另一条是定温可逆。 理想气体从状态I(p］、V］、T1)经绝热不可逆变化到状态II(p2、V2、T2)。 答：可设计下列四条途径①从状态I定容可逆或压到状态A后，再定温可逆膨胀至状 态II；②从状态I定压可逆膨胀至状态B后，再定温可逆膨胀至状态II；③从状态I 定温可逆膨胀至状态C后，再定压可逆膨胀至状态II；④从状态I定温可逆膨胀至状 态D,再定容膨胀至状态II。 回答下列问题： 欲提高卡诺机效率，可以增加两个热源的温差，若增加温差为△「问是保持T1 不变、升高T2有利，还是保持T2不变，降低T1有利？ 答：(1)在变化温差相同时保持T2不变，降低T「对提高热机效率有利。 (a)有人想利用地球内部和表面温差来制造地热发电机。 有人想利用赤道和地球二级的温差来制造热机。 也有人想利用大气层中不同高度的不同压力来作功。 以上三种设想有道理吗？ 答：(a)和(b)二者从理论上分析是可行的。(c)的设想是错误的，因为压力随高度 分布，服从Boltzman平衡分布，所以无推动力可言。 1摩尔温度为TK的理想气体，经绝热不可逆膨胀，体积增加1倍，没有对外作 功，试问：(a)该气体的温度会不会改变？ (b)该气体的熵增量为多少？ (c)环境熵 有没有变化？ 答：(a) Q=0，W=0，则U=0。理想气体的内能是温度的函数，内能恒定，则膨胀后温 度不变。(b)绝热膨胀对外不作功，只能是向真空膨胀。现设计定温可逆膨胀，△ SFy/VSmjg (c) △ S 环=。”=°。 指出下列各过程中，Q、W、△ U、△ H、△ S、△ G等热力学函数哪些为零，哪 些相等(指绝对值)： 理想气体向真空膨胀。 绝热可逆膨胀。 可逆相变。 理想气体定温可逆膨胀。 下述气相反应在定温定压下可逆进行： A (g) + B (g—2C (g) 若上述反应为不可逆化学变化，情况又将如何？ 答：(a)Q、W、△ U、△ H 均为零 Qr=0，△ S=0，△ U=-W。 Q =A H，△ G=0，△ A=-Wr。 △ U=0，△ H=0