2011-09-化工期中考试卷答案(2)

过程为非恒温过程，不能用?G来判断过程的方向。

-1

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?

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(2) 恒外压绝热膨胀过程，利用Q=0，?U=W建立方程求出T2。

?U = n CV,m (T2 - T1) = n(1.5×R)×(T2 - T1)

W= - p外(V2 - V1)= - p2(V2 - V1)= - nR[T2 - (T1/ p1) p2] = - nR(T2 - T1/2)

∴ n(1.5×R)×(T2 - T1) = - nR(T2 - T1/2) T2 = 0.8T1 = 0.8×273K = 218.4 K

W=?U=nCV,m(T2 - T1) =1mol×(1.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(218.4K-273K) =-681.0 J

利用公式?S?nCp,mlnT2T1?nRlnp1p2得 ?S = 1.125 J·K-1

?H=nCp,m(T2 - T1) =1mol× (2.5×8.3145J·K-1·mol-1)×(218.4K- 273K)= -1135J ?G= ?H - ?(TS) =?H - [T2 ?S -+ (T2-T1)S1]

= -1135 J - [218.4K×1.125J·K-1 +(218.4K - 273K)×100J·K-1] = 4079 J

过程为非恒温过程，不能用?G来判断过程的方向。

例2： 苯在正常沸点353K时摩尔汽化焓为30.75kJmol-1，今将353K，101.325kPa下的1mol液态苯向真空定温蒸发变为同温同压的苯蒸气（设为理想气体）． (1)求此过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA和ΔG。 (2)应用有关原理，判断此过程是否为不可逆过程．

例3: 有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示：

金刚石 －395.3 2.43 3.513

??

石墨 －393.4 5.69 2.260

??cHm??/(kJ·mol-1) Sm/(J·K·mol) 密度/kg·dm

-3

??-1-1

求：(1) 298K时，由石墨转化为金刚石的?rGm；

(2) 298Ｋ时，由石墨转化为金刚石的最小压力。已知碳的摩尔质量为12g·mol-1 解：?rSm=－3.26 J·K·mol

?rHm=1.9 kJ·mol

?rGm? =?rHm?－T?rSm? =1.9-298×10-3×(－3.26)=2.871 kJ·mol-1=2871J·mol-1 ?G1 =V (石墨)?P=m (石墨)/? (石墨)×?P=12×10-6/2.26×(100000-p) ?G2 ==V (金刚石)?P=m (金刚石)/? (金刚石)×?P= 12×10-6/3.513×(p-100000)

?G = ?G1 + ?rGm? + ?G2 ≤0 p≥1.62×109Pa

? -1

? -1-1

例3: 有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示：

金刚石 －395.3 2.43 3.513

??

石墨 －393.4 5.69 2.260

??cHm??/(kJ·mol-1) Sm/(J·K·mol) 密度/kg·dm

-3

??-1-1

求：(1) 298K时，由石墨转化为金刚石的?rGm；

(2) 298Ｋ时，由石墨转化为金刚石的最小压力。已知碳的摩尔质量为12g·mol-1 解：?rSm=－3.26 J·K·mol

?rHm=1.9 kJ·mol

?rGm? =?rHm?－T?rSm? =1.9-298×10-3×(－3.26)=2.871 kJ·mol-1=2871J·mol-1 ?G1 =V (石墨)?P=m (石墨)/? (石墨)×?P=12×10-6/2.26×(100000-p) ?G2 ==V (金刚石)?P=m (金刚石)/? (金刚石)×?P= 12×10-6/3.513×(p-100000)

?G = ?G1 + ?rGm? + ?G2 ≤0 p≥1.62×109Pa

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