衡水學(xué)院物理化學(xué)熱力學(xué)第二定律作業(yè)及答案

1、143-1 卡諾熱機(jī)在T1 = 600 K的高溫?zé)嵩春蚑2 = 300 K的低溫?zé)嵩撮g工作。求：熱機(jī)效率；當(dāng)向環(huán)境作功 W = 100 kJ時(shí)，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次盏臒?Q1 及向低溫?zé)嵩捶懦龅臒?- Q2。解：Q2 + Q1 = - WQ2 + 200 = 100-Q2 = 100 (kJ)143-2 某地?zé)崴臏囟葹?5，大氣溫度為20。若分別利用一可逆熱機(jī)和一不可逆熱機(jī)從地?zé)崴腥〕?000 J的熱量。分別計(jì)算兩熱機(jī)對(duì)外所做的功，已知不可逆熱機(jī)是可逆熱機(jī)效率的80%；分別計(jì)算兩熱機(jī)向大氣中所放出的熱。解：Wir = 80% Wr= 80% × (-133) = - 106.5 (

2、J) Q2 + Q1 = - WQ r,2 + 1000 = 133Q r,2 = - 867 (J)Q ir,2 + 1000 = 106.5Qir,2 = - 893.5 (J)143-3 卡諾熱機(jī)在T1 = 900 K的高溫?zé)嵩春蚑2 = 300 K的低溫?zé)嵩撮g工作。求：熱機(jī)效率；當(dāng)向低溫?zé)嵩捶艧?- Q2 = 100 kJ時(shí)，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次鼰酫1及對(duì)環(huán)境所作的功 W。解：Q2 + Q1 = - W-100 + 300 = - W- W = 200 (kJ)143-4 冬季利用熱泵從室外0的環(huán)境吸熱，向室內(nèi)18的房間供熱。若每分鐘用100 kJ的功開(kāi)動(dòng)熱泵，試估算熱泵每分鐘最多能向室內(nèi)

3、供熱多少？解：從室外吸熱Q1，向室內(nèi)供熱Q2，室外溫度定為T(mén)1，室內(nèi)溫度定為T(mén)2。Q2 + Q1 = - WQ 2 + 1517.5 = -100Q 2 = - 1617.5 (J)143-5 高溫?zé)嵩礈囟萒1 = 600 K，低溫?zé)嵩礈囟萒2 = 300 K。今有120 kJ的熱直接從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩矗蟠诉^(guò)程兩熱源的總熵變S。解：120 kJ的熱直接從高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩矗?Q1 = Q2 = 120 kJ144-7 已知水的比定壓熱容cp = 4.184 J·g-1·K-1。今有1kg，10的水經(jīng)下列三種不同過(guò)程加熱成100的水求各過(guò)程的Ssys、Samb、Sis

4、o。系統(tǒng)與100的熱源接觸；系統(tǒng)先與55的熱源接觸至熱平衡，再與100的熱源接觸；系統(tǒng)依次與40，70的熱源接觸至熱平衡，再與100的熱源接觸；解：0，過(guò)程自發(fā)因S為狀態(tài)函數(shù)，故0，過(guò)程自發(fā)同理0，過(guò)程自發(fā) 144-10 1 mol理想氣體在T = 300 K下，從始態(tài)100 kPa經(jīng)歷下列各過(guò)程達(dá)到各自的平衡態(tài)。求過(guò)程的Q，S，Siso?？赡媾蛎浿聊B(tài)壓力50 kPa；反抗恒定外壓50 kPa不可逆膨脹致平衡態(tài)向真空自由膨脹至原體積的2倍。解：理想氣體恒溫過(guò)程：，S為狀態(tài)函數(shù)，理想氣體恒溫過(guò)程：，S為狀態(tài)函數(shù)，理想氣體向真空膨脹：Q = 0結(jié)論:系統(tǒng)反抗的 p越小，不可逆程度越大。145-1

5、9 常壓下將100g，27的水與200g，72的水在絕熱容器中混合，求最終水溫t及過(guò)程的熵變S。已知水的比定壓熱容cp = 4.184 J·g-1·K-1。解：145-20 將溫度均為300 K，壓力均為100 kPa的100dm3的H2(g)與50dm3的CH4(g)恒溫恒壓下混合，求過(guò)程的S。假定H2(g)和CH4(g)均可認(rèn)為是理想氣體。解： 146-25 常壓下冰的熔點(diǎn)為273.15 K，比熔化焓fush = 333.3 J·g-1，水的比定壓熱容cp = 4.184 J·g-1·K-1。系統(tǒng)的始態(tài)為一絕熱容器中1kg，353.15 K

6、的水及0.5kg，273.15 K的冰。求系統(tǒng)達(dá)到平衡后，過(guò)程的S。解：DH水 = m水cp(T - T水) DH冰 = DH冰1 + DH冰2 = m冰D fush + m冰cp(T - T冰) DH水 + DH冰 = 0即：1000 ´ 4.184 ´ (T 353.15) + 500 ´ 333.3 + 500 ´ 4.184 ´ (T 273.15) = 0T = 299.93 K146-27 已知常壓下冰的熔點(diǎn)為0，摩爾熔化焓DfusHm(H2O) = 6.004 kJ·mol-1，苯的熔點(diǎn)為5.51，摩爾熔化焓DfusHm

7、(C6H6) = 9.832 kJ·mol-1。液態(tài)水合固態(tài)苯的摩爾定壓熱容分別為Cp,m(H2O, l) = 75.37 J·mol-1·K-1及Cp,m(C6H6, l) = 122.59 J·mol-1·K-1，今有兩個(gè)用絕熱層包圍的容器，一容器中為0的8 mol H2O(s)與2 mol H2O (l)成平衡，另一容器中為5.51的5 mol C6H6 (l)與2 mol C6H6 (s)成平衡?，F(xiàn)將兩容器接觸，去掉兩容器間的絕熱層，使兩容器達(dá)到新的平衡態(tài)。求過(guò)程的S。解：DH1 = nDfusH m = 8 ´ 6004 =

8、 48032 (J)DH2 = nCp,m (水)(T 273.15) = 10 ´ 75.37 (T 273.15) = 753.7 (T 273.15)DH3 = - nDfusHm = - 5 ´ 9832 = - 49160 (J)DH4 = nCp,m(苯, s) (T 278.66) = 10 ´ 122.59 ´ (T 278.66)48032 + 753.7 (T 273.15) + (- 49160) + 10 ´ 122.59 ´ (T 278.66)= 0T = 277.13 K146-28 將裝有0.1 mol

9、乙醚(C2H5)2O(l)的小玻璃瓶放入容積為10 dm3的恒容密閉真空容器中，并在35.51的恒溫槽中恒溫。已知乙醚的正常沸點(diǎn)為35.51，此條件下乙醚的摩爾蒸發(fā)焓DvapHm = 25.104 kJ·mol-1。今將小玻璃瓶打碎，乙醚蒸發(fā)至平衡態(tài)。求：乙醚蒸氣的壓力；過(guò)程的Q，U，H及S。解：DH = nDvapH m = 0.1 ´ 25104 = 2510.4 (J)恒容W = 0Q = U = DH - DngRT = 2510.4 0.1 ´ 8.3114 ´ 308.66 = 2253.8 (J) 147-33 已知25時(shí)，液態(tài)水的標(biāo)準(zhǔn)生成

10、吉布斯函數(shù)(H2O, l) = -237.129 kJ·mol-1，飽和蒸氣壓p* = 3.1663 kPa。求25時(shí)水蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)。解： H2(g) + 0.5 O2(g) pH2O(l) pH2O(l) 3166.3PaH2O(g) 3166.3PaH2O(g) p148-37 已知在100 kPa下水的凝固點(diǎn)為0，在-5時(shí)，過(guò)冷水的比凝固焓，過(guò)冷水和冰的飽和蒸氣壓分別為及。今在100 kPa下，有-5 1 kg的過(guò)冷水變?yōu)橥瑯訙囟?、壓力下的冰，設(shè)計(jì)可逆途徑，分別按可逆途徑計(jì)算過(guò)程的G及S。解： H2O(l) p = 100 kPaH2O(l) p* (l) =

11、0.422 kPaH2O(g) p* (l) = 0.422 kPaH2O(g) p* (s) = 0.414 kPaH2O(s) p* (s) = 0.414 kPaH2O(s) p* (s) = 100 kPa 148-38 已知在-5，水和冰的密度分別為和。在-5，水和冰的相平衡壓力為59.8 MPa。今有-5的1 kg水在100 kPa下凝結(jié)成同樣溫度下的冰，求過(guò)程的G。假設(shè)，水和冰的密度不隨壓力改變。解：H2O(l) p1 = 100 kPaH2O(l) p2 = 59.8 MPaH2O(s) p2 = 59.8 MPaH2O(s) p1 = 100 kPa149-47 汞(Hg)在

12、100 kPa下的熔點(diǎn)為-38.87，此時(shí)比融化焓fush = 9.75 J·g-1；液體汞和固態(tài)汞的密度分別為和。求：壓力為10 MPa下汞的熔點(diǎn)；若要汞的熔點(diǎn)為-35，壓力需增大至多少？已知: p1 = 1 ´ 105 Pa T1 = 234.28 KfusH = 9.75 J.g-1 (1)p2=10 MPaT2 = 238.15 K解：(1)解得：T2 = 234.9 K解得：p2 = 61.5 MPa150-48 已知水在77時(shí)的飽和蒸氣壓為41.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸點(diǎn)為100。求：下面表示水的蒸氣壓與溫度的關(guān)系的方程式中的A和B值：在此溫度范圍內(nèi)水的摩爾蒸發(fā)焓；在多大壓力下水的沸點(diǎn)為15。已知：T1 = 273.15 + 77 = 350.15K p1 = 41891 Pa T2 = 373.15 K p2 = 101325 Pa 解： -得：代入數(shù)據(jù)解得：A = 2179.133 代入解得：B = 10.84555將A