程兰征版物理化学习题解答2.doc

PAGE 第二章 热力学第二定律 1、2.0mol理想气体在27℃、20.0dm3下等温膨胀到50.0dm3，试计算下述各过程的 Q、W、ΔU、ΔH、Δ （1）可逆膨胀；（2）自由膨胀；（3）对抗恒外压101kPa膨胀。 解：（1）ΔU=ΔH=0； Q=-W= SKIPIF 1 0 =2.0×8.314×300× SKIPIF 1 0 =4571(J); ΔS= SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 =15.24(J·K-1) （2）Q=0；W=0；ΔU=0；ΔH=0；ΔS= SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 =15.24(J·K-1) （3）ΔU=ΔH=0； Q=-W=101×(50-20) =3030(J)；ΔS= SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 =15.24(J·K-1) 2、1.0molα-Fe由25℃加热到850℃，求ΔS。已知Cp,m=30.30J·mol-1· 解：ΔS= SKIPIF 1 0 =30.30× SKIPIF 1 0 =40.20(J·K-1) 3、2.0mol理想气体由5.00MPa、50℃加热至10.00MPa、100℃，试计算该过程的ΔS。已知Cp,m=29.10 J·mol-1·K 解：属于pTV都改变的过程。 ΔS= SKIPIF 1 0 =8.38-11.53=-3.15(J·K-1) 4、N2从20.0dm3、2.00MPa、474K恒外压1.00MPa绝热膨胀到平衡，试计算过程的ΔS。已知N2可看成理想气体。 解：Q=0; ΔU=W,即 nCV,m(T2-T1)=-pe(V2-V1) 将n= SKIPIF 1 0 =10.15(mol); CV,m=2.5R; V2= SKIPIF 1 0 =84.39×10-6代入上式 得：10.15×2.5R×(T2-474)=-1.0×106×(84.39×10-6T2-20×10-3) 解得 T2=406.2K 该过程属于pTV都改变的过程，所以 ΔS= SKIPIF 1 0 =-45.59+58.49=12.9(J·K-1) 5、计算下列各物质在不同状态时熵的差值。 （1）1.00g水(273K,101325Pa)与1.00g冰(273K,101325Pa)。已知冰的熔化焓为335J/g。 （2）1.00mol水蒸气(373K,101325Pa)与1.00mol水(373K,101325Pa)。已知水的蒸发焓为2258J/g。 （3）1.00mol水(373K,0.10MPa)与1.00mol水(298K,0.10MPa)。已知水的质量热容为4.184J/(gK)。 （4）1.00mol水蒸气(373K,0.10MPa)与1.00mol水蒸气(373K,1.00MPa)。假定水蒸气看作理想气体。 解：（1）可逆相变；ΔS=Qr/T=335/273=1.23 (J·K-1) （2）可逆相变；ΔS=Qr/T=2258×18/373=108.9 (J·K-1) （3）等压加热；ΔS=ΔS= SKIPIF 1 0 =4.184×18× SKIPIF 1 0 =16.91(J·K-1) （4）等温膨胀；ΔS= SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 = SKIPIF 1 0 =19.14(J·K-1) 6、将1.00g、273K的冰加入到10.0g沸腾的水中，求最后温度及此过程的ΔS。已知冰的质量熔化焓是335J/g，水的质量热容是4.184J/(gK)。 解：1.0×335+1.0×4.184×(T-273)=10.0×4.184×(373-T) ;T=357K ΔS= SKIPIF 1 0 =1.23+1.12-1.83=0.52(J·K-1) 7、铁制铸件质量为75g，温度为700K，浸入293K的300g油中。已知铁制铸件的质量热容Cp=0.502J·K-1·g-1, 油的质量热容Cp=2.51J·K-1·g-1,设无热量传给环境，求铸件、油及整个隔离系统的熵变。 解：75×0.502×(700-T)=300×2.51×(T-293) ; T=312.4K ΔS(铸件)= 75×0.502× SKIPIF 1 0 =-30.38(J·K-1) ΔS(油)=300×2.51× SKIPIF 1 0 =48.28(J·K-1) ΔS(隔离)=-30.38+48.28=17.9(J·K