物理化学热力学段考及答案.doc

物理化学热力学段考及答案
姓名:________________ 学号:_______________
2010级《物理化学》上 阶段考试 (2011.11)
考试类型: 闭卷 考试时量: 120分钟

一、单项选择题 ( 每小题2分, 共计48分 )
1. 在下述热力学变量中, 哪一组均为容量性质? （C）
(A) H, Gm (B) T, p (C) U, Cp (D) G, CV,m
2. 公式△H = Qp 适用于下述哪一过程? （C）
(A) 理想气体的等温可逆膨胀过程; (B) 实际气体从p1反抗恒外压pe 的膨胀过程
(C) 373.15 K,101.3 kPa下水蒸发为水蒸汽; (D) 298 K,101.3 kPa下电解CuSO4 水溶液
3. 利用节流膨胀制冷的条件是 （B）
(A) ; (B) ; (C) ; (D)
4. 1 mol液体苯在298 K时置于弹式量热计（体积不变）中完全燃烧, 生成液态水和二氧化碳气体, 同时放热3264 kJ·mol-1, 则其燃烧焓为 （D）
(A) 3268 kJ·mol-1；(B) –3264 kJ·mol-1；(C) 3264 kJ·mol-1； (D) –3268 kJ·mol-1
5. 已知在298.15K、101.325 kPa下, C (s)、H2 (g)和 CH3OH (l)的燃烧焓分别
为–393.5 kJ·mol-1, –285.8 kJ·mol-1和 –726 kJ·mol-1, 则在该温度和压力下, CH3OH (l)的生成焓为 （B）
(A) –151.1 kJ·mol-1；(B) –239.1 kJ·mol-1；(C) –726 kJ·mol-1 ； (D) 46.66 kJ·mol-1
6. 某单原子理想气体在温度为298 K、1013.25 kPa下经绝热可逆膨胀到终态压力为101.325 kPa, 试问终态温度为多少? （A）
(A) 118.6 K (B) 400 K (C) 200 K (D) 154.4 K
7. 一定量的理想气体从同一始态出发经历三种不同途径达到同一终态压力, 途径1为等温可逆膨胀过程, 途径2为绝热可逆膨胀过程, 途径3为绝热不可逆膨胀过程, 则三种途径的终态间有 （B）
(A) V1 > V2 > V3 , T1 > T2 > T3 , S1 > S2 > S3
(B) V1 > V3 > V2 , T1 > T3 > T2 , S1 > S3 > S2
(C) V3 > V2 > V1 , T3 > T2 > T1 , S3 > S2 > S1
(D) V2 > V3 > V1 , T2 > T3 > T1 , S2 > S3 > S1
8. 对热力学第二定律的数学表达式,下列说法不正确的是（B）
(A) 实际过程（不可逆过程）只能沿着热温商之和小于系统熵变的方向进行；
(B) 仅适用于隔离系统；
(C) 及 的差值越大，过程的不可逆程度越大；
(D) 是过程量，而仅决定于始态、终态。
9. 理想气体等温膨胀 （A）
(A) ΔU = 0, ΔH = 0, ΔG < 0, ΔS > 0 (B) ΔU = 0, ΔH = 0, ΔG > 0, ΔS < 0
(C) ΔU < 0, ΔH = 0, ΔG < 0, ΔS < 0 (D) ΔU > 0, ΔH = 0, ΔG < 0, ΔS > 0
A

B

D

C

T

S

(A)

10. 理想气体的卡诺循环, 图示为 (B)
B

C

A

D

T

S

(B)

B

C

A

D

T

S

(C)

B

C

A

D

T

S

(D)

11. 下面哪一个过程不可能发生 （C）

12. 在等温、等压下，用铅蓄电池点亮一个灯泡，一定时间后测得做的电功为Wf，热效应为Q，焓变为ΔH，Gibbs自由能变为ΔG，则熵变的计算式为： （C）

13. 由热力学基本公式,不能得出下面的哪个结果 （D）

14. 在263.15 K、101.325 kPa下过冷水凝结为冰的过程，可用如下哪些判据判断其为自发过程 （A）
①熵判据 ②吉布斯自由能判据 ③亥姆霍兹自由能判据
(A) ①和②；(B) ①和③； (C) ②和③； (D) ①,②和③
15. 某气体的状态方程为pVm = RT + bp (b为大于零的常数), 此气体向真空绝热膨胀后的温度 （A）
(A) 不变 (B) 上升 (C) 下降 (D) 不确定
16. T，V相同的两个容器中各装有1 mol CO2气体，打开连通两容器的活塞前后，有 （D）
(A) ΔS > 0, ΔG < 0 ; (B) ΔS > 0, ΔG = 0 ;
(C) ΔS = 0, ΔG < 0 ; (D) ΔS = 0, ΔG = 0 ;
17. 关于熵的概念, 下述哪种说法不正确 （B）
(A) 熵的绝对值是无法计算的, 令完整晶体或处于内平衡态的纯物质在
0 K时的熵值为零, 以此为基准算出的熵值称为规定熵, 是相对值。
(B) 绝热过程系统的熵值不变。
(C) 在等温可逆过程, 熵变等于热温商。
(D) 任何一个过程的熵变不能小于该过程的热温商之和。
18. 某一化学反应若在等温等压下( 300 K, 101.325 kPa )进行, 放热60.0 kJ, 若使该反应通过可逆电池来完成, 则吸热6.0 kJ。则该反应的熵变ΔS系统 和系统及环境的总熵变ΔS总为 （A）
(A) ΔS系统 = 20 J·K-1, ΔS总 = 220 J·K-1
(B) ΔS系统 = –20 J·K-1, ΔS总 = –180 J·K-1
(C) ΔS系统 = –20 J·K-1, ΔS总 = –220 J·K-1
(D) ΔS系统 = 20 J·K-1, ΔS总 = 180 J·K-1
19. 理想气体及温度为T 的大热源接触作等温膨胀吸热Q, 所作的功是变到相同终态的最大功的20%, 则系统的熵变为 （C）

20. 对于一定量的理想气体, 有可能发生的过程是 （A）
(1) 对外作功且放出热量
(2) 恒容绝热升温、无非膨胀功
(3) 恒压绝热膨胀、无非膨胀功
(4) 等温绝热膨胀、无非膨胀功
(A) (1) 、(4)； (B) (2) 、(3)； (C) (3) 、(4)； (D) (1) 、(2)
21. 在一刚性绝热反应器中进行某化学反应, 反应系统内温度升高, 则对于该反应系统, 有 （D）
(A) Q = 0, W > 0, △U > 0 (B) 不确定
(C) Q > 0, W < 0, △U = 0 (D) Q = 0, W = 0, △U = 0
22. 在374K、标准压力下,1 mol水蒸发成水蒸汽,则系统、环境及总的熵变 （C）
(A) △S系统 < 0 △S环境 < 0 △S总 < 0
(B) △S系统 < 0 △S环境 > 0 △S总 > 0
(C) △S系统 > 0 △S环境 < 0 △S总 > 0
(D) △S系统 < 0 △S环境 > 0 △S总 < 0
23. 有一真空绝热瓶子, 通过阀门和大气相隔。当阀门打开时, 大气(视为理想气体)进入瓶内, 此时瓶内气体的温度将 （A）
(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不确定
24. 热力学基本方程dA = – SdT – pdV 可适用下述哪一个过程 （B）
(A) 298 K, 101.325 kPa 的水蒸发过程; (B)理想气体真空膨胀
(C) 电解水制氢; (D) N2 + 3 H2→ 2NH3 未达平衡
二、多项选择题 (每小题 3分, 共计12分) （正确选项为2个）
25. 实际气体进行绝热自由膨胀后，下述答案中，哪些不正确 （D）（E）
(A) Q = 0 (B) W = 0 (C) △U = 0 (D) △H = 0 (E) △S = 0
26. 对于理想气体A和B在等温等压下的混合有 （B）（D）
27. 在373.15 K, 101.325 kPa时, 1 mol的水完全汽化, 该过程发生后（B）（C）
(A) W > 0; (B) W < 0; (C) ΔG = 0; (D) ΔH = ΔU; (E) ΔH < ΔU
28. 下述哪个过程的ΔG = ΔA （B）（E）
(A) H2O (l, 373 K, 101.3 kPa) → H2O (g, 373 K, 101.3 kPa)
(B) 理想气体等温变压
(C) 等温等压下理想气体反应 1/2 N2 (g) + 3/2 H2 (g) → NH3 (g)
(D) 理想气体等压变温
(E) 理想气体绝热自由膨胀
三、证明题 (10分)
29. 证明 。 并证明对于理想气体
证法（1）

∵ dU = TdS – pdV
∴
∵
∴
∴ 得证。
证法（2）：

∵
∴ 得证。
对于理想气体
；
得证。

四、计算题 (每小题10分, 共计30分)
30. 在298 K的等温情况下，在一个中间有导热隔板分开的盒子中，一边放0.2 mol O2 (g)，压力为20 kPa，另一边放0.8 mol N2 (g)，压力为80 kPa。抽去隔板使两种气体混合，试求混合过程的Q, W, ΔU, ΔS和ΔG。
解： 理想气体在等温等容下混合
Q = 0， W = 0，ΔU = 0，ΔH = 0。

计算ΔS须设计可逆过程：

298 K,
50 kPa
0.2mol O2
VO2 ′
298 K, 50 kPa
0.8 mol N2
VN2′
ΔS1

ΔS2
298 K, 20 kPa
0.2 mol O2
298 K, 80 kPa
0.8 mol N2
298 K, 50 kPa
0.2 mol O2 + 0.8 mol N2
ΔS

= 5.76 J·K -1
ΔG = ΔH – TΔS = 0 – 298 K × 5.76 J·K -1 = –1176.5 J
31. 设计可逆途径，计算在298.15K及101.325kPa下, 一摩尔水变为同温同压下水蒸汽的相变过程的ΔH，ΔS和ΔG。并用相应热力学判据判断该过程能否自发进行。已知水在正常沸点下的汽化焓为40.66 kJ·mol-1, ; ; ( Cp,m单位均为 J·K –1 ·mol –1 )。
解：此为不可逆相变过程，需设计可逆途径进行相关计算：
298.15 K, 101.325 kPa
H2O (l)
298.15 K, 101.325 kPa
H2O (g)
ΔH

373.15 K, 101.325 kPa
H2O (l)
373.15 K, 101.325 kPa
H2O (g)
ΔH1
ΔH2
ΔH3

= 5.6445 kJ + 40.66 kJ – 2.250 kJ – 0.2696 kJ
= 43.78 kJ

= 16.89 J·K –1 + 108.96 J·K –1 – 6.73 J·K –1 – 0.80 J·K –1
= 118.32 J·K –1
ΔG = ΔH – TΔS = 43.78 kJ – 298.15 K × 118.32 J·K -1 ×10-3
= 8.50 kJ > 0
对于等温等压无非膨胀功的封闭系统，自发过程的方向为系统的Gibbs自由能减小的方向，所以，此过程不能自发进行。
32. 在温度454 K到475 K间，反应2C2H5OH (g) = CH3COOC2H5 (g) + 2 H2 (g)的= 40208.9 – 89.23 T（单位：J·mol-1），若乙醇的为–2 36.0 kJ·mol-1, 试计算：(1) CH3COOC2H5的； (2) 473 K时，反应的。
解：根据Gibbs-Helmholtz方程
∵
∴

12 / 12