第二定律习题解.ppt

2020 3 18 1 由 W Q1 Q2可知向低温热源放热Q2 W Q1 100 200 kJ 100kJ 卡诺热机在T1 600K的高温热源和T2 300K的低温热源间工作 求 1 热机效率 2 当向环境做功 W 100kJ时 系统从高温热源吸收的热Q1及向低温热源放出的热Q2 习题3 1 2020 3 18 2 W Q1 Q2 300 100 200kJ 卡诺热机在T1 900K的高温热源和T2 300K的低温热源间工作 求 1 热机效率 2 当向低温热原放热 Q2 100kJ时 系统从高温热源吸热Q1及对环境所作的功 W 习题3 3 2020 3 18 3 高温热源温度T1 600K 低温热源温度T2 300K 今有120kJ的热直接从高温热源吸传给低温热源 求此过程的 S 习题3 5 2020 3 18 4 始态为T1 300K p1 200kPa的某双原子理想气体1mol 经下列不同途径变化到T2 300K p2 100kPa的末态 求各不同途径各步骤的Q S 1 恒温可逆膨胀 2 先恒容冷却至使压力降至100kPa 再恒压加热至T2 3 先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa 再恒压加热至T2 习题3 9 1mol理想气体T1 300Kp1 200kPa 1mol理想气体T2 300Kp2 100kPa 解 1 恒温可逆 1mol理想气体T p 100kPa 1mol理想气体T P 100kPa 2 3 恒容 恒压 恒压 绝热可逆 2020 3 18 5 1mol理想气体T1 300Kp1 200kPa 1mol理想气体T2 300Kp2 100kPa 解 1 恒温可逆 1 理想气体恒温可逆膨胀 U 0 2020 3 18 6 1mol理想气体T1 300Kp1 200kPa 1mol理想气体T2 300Kp2 100kPa 1mol理想气体T p 100kPa 2 恒容 恒压 S1 S2 2 T T1p p1 300 100 200 150K 2020 3 18 7 1mol理想气体T1 300Kp1 200kPa 1mol理想气体T2 300Kp2 100kPa 1mol理想气体T P 100kPa 3 绝热可逆 恒压 S1 S2 3 绝热可逆过程Q1 0 S1 0 2020 3 18 8 1mol理想气体在T 300K下 从始态100kPa经下列各过程 求Q S Siso 1 可逆膨胀到末态压力50kPa 2 反抗恒定外压50kPa不可逆膨胀至平衡 3 向真空自由膨胀至原体积的2倍 习题3 10 1mol理想气体p1 100kPaT1 300KV1 1mol理想气体p2 50kPaT2 T1 300KV2 2V1 1 恒温可逆T环 300K 2 恒外压p环 50kPa 3 向真空自由膨胀 理想气体恒温膨胀 U 0 H 0 Q w 2020 3 18 9 1 可逆膨胀 2020 3 18 10 2 Q W p环 V2 V1 V1p环 nRTp环 p1 8 314 300 50 100 1247 1J过程 2 的始终态与过程 1 相同 S 5 763J K 1 Samb Q T 1247 1 300 4 157J K 1 Siso S Samb 5 763 4 157 1 606J K 1 2020 3 18 11 3 向真空自由膨胀 理想气体向真空自由膨胀Q 0 过程 3 的始终态与过程 1 2 相同 S 5 763J K 1 2020 3 18 12 2mol双原子理想气体从始态300K 50dm3 先恒容加热至400K 再恒压加热使体积增大到100dm3 求整个过程的Q W U H S 习题3 11 解 2mol理想气体T1 300KV1 50dm3 2mol理想气体T3 V3 100dm3 2mol理想气体T2 400KV2 50dm3 恒容 恒压 W1 0 W2 解 2020 3 18 13 2020 3 18 14 某双原子理想气体从T1 300K p1 100kPa V1 100dm3的始态 经不同过程变化到下述状态 求各过程的 S A和 G 已知300K时该气体的规定熵Sm 32 43JK 1mol 1 1 T2 600K V2 50dm3 2 T2 600K p2 50kPa 3 p2 150kPa V2 200dm3 习题3 11 第四版 nmol理想气体p1 100kPaT1 300KV1 100dm3S1 nSm nmol理想气体T2 600KV2 50dm3 解 1 nmol理想气体T2 600Kp2 50kPa nmol理想气体p2 150kPaV2 200dm3 2 3 2020 3 18 15 2020 3 18 16 2020 3 18 17 始态300K 1MPa的单原子理想气体 反抗0 2MPa的恒定外压绝热不可逆膨胀至平衡 求过程的W U H和 S 习题3 16 2mol理想气体p1 MPaT1 300K 解 2mol理想气体T2 p2 0 2MPa 恒外压p环 50kPa 绝热 Q 0W U p环 V2 V1 nCV m T2 T1 nR T2 p2T1 p1 3 2nR T2 T1 T2 5 2 3 2 p2 p1 T1 5 2 3 2 0 2 T1 17 25T1T2 204K 2020 3 18 18 将装有0 1mol乙醚 C2H5 2O l 的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭的真空容器中 并在35 51 的恒温槽中恒温 35 51 为101 325kPa下乙醚的沸点 已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓 vapHm 25 104kJ mol 1 今将小玻璃瓶打破 乙醚蒸发至平衡态 求 1 乙醚蒸汽的压力 2 过程的Q U H及 S 习题3 28 0 1mol C2H5 2O l p1 101 325kPaT 308 66KV1 p环 0 S 可逆相变 S1 S2 0 1mol C2H5 2O g p2T 308 66KV2 10dm3 0 1mol C2H5 2O g p 101 325kPaT 308 66K 2020 3 18 19 可编辑 2020 3 18 20 2020 3 18 21 100 的恒温槽中有一带活塞的导热圆筒 痛筒中为2molN2 g 及装于小玻璃瓶中的3molH2O l 环境的压力即系统的压力维持120kPa不变 今将小玻璃瓶打碎 液态水蒸发至平衡态 求过程的Q W U H S A和 G 已知300K时该气体的规定熵Sm 32 43JK 1mol 1 已知 水在100 时的饱和蒸汽压为ps 101 325kPa 在此条件下水的摩尔蒸发焓 vapHm 40 668kJ mol 1 习题3 34 恒温100 恒压120kPa 3molH2O g 2molN2 g P p H2O g p N2 g 120kPa 2020 3 18 22 恒温100 恒压120kPa 3molH2O l p1 120kPa 2molN2 g p1 120kPa 3molH2O g p H2O g 72kPa 3molH2O l ps 101 325kPa 3molH2O g ps 101 325kPa 可逆相变 H2 S2 H1 S1 H3 S3 2molN2 g p N2 g 48kPa 恒温100 恒压120kPa 2020 3 18 23 2020 3 18 24 2020 3 18 25 已知100 水的饱和蒸汽压为101 325kPa 此条件下水的摩尔蒸发焓 vapHm 40 668kJ mol 1 在置于100 恒温槽中的容积为100dm3的密闭恒容容器中 有压力120kPa的过饱和蒸汽 此状态为亚稳态 今过饱和蒸汽失稳 部分凝结成液态水达到热力学的平衡态 求过程的Q U H S A及 G 习题3 35 nmolH2O g p1 120kPaT 373 15KV1 100dm3 V 0 S 气体恒温变化 S1 可逆相变 S2 nLmolH2O l nGH2O g p2 101 325kPaT 373 15KV2 100dm3 nmolH2O g p 101 325kPaT 373 15K 2020 3 18 26 2020 3 18 27 2020 3 18 28 化学反应如下 CH4 g CO2 g 2CO g 2H2 g 1 利用附录中各物质的Sm fHm 数据 求上述反应在25 时的 rSm rGm 2 利用附录中各物质的 fGm 数据 计算上述反应在25 时的 rGm 3 25 若始态CH4 g 和CO2 g 的分压均为150kPa 末态CO g 和H2 g 的分压均为50kPa 求反应的 rSm和 rGm 习题3 40 2020 3 18 29 3 解 CH4 g 150kPa CO2 g 150kPa 2CO g 50kPa 2H2 g 50kPa CH4 g p CO2 g p 2CO g p 2H2 g p rSm rGm rSm rGm S1 G1 S2 G2 rSm S1 rSm S2 rGm G1 rGm G2 或 rGm rHm T rSm 2020 3 18 30 返回 2020 3 18 31 已知水在77 时的饱和蒸气压为41 891kPa 水在101 325kPa下的正常沸点为100 求 下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中的A和B值 2 在此范围内水的摩尔蒸发焓 3 在多大压力下水的沸点为105 1 3 48 解得 A 2179 133B 10 84555 2020 3 18 32 2 比较得 vapHm 2 303AR 2 303 2179 133 8 314 41724J mol 1 3 43 续 2020 3 18 33 3 3 43 续 2020 3