МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.А. КУЛЕШОВА»

А.В. Клебанов

М.А. Бандюк

ЗАДАЧНИК ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Методическая разработка

МОГИЛЕВ 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ..ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ………………………………………………..3

2. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ………………………………………………...26

3. ВАРИАНТЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ………………….49

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………50

Тема 1. Второй закон термодинамики.

ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ

1. Энтальпия плавления льда при 0⁰С равна 6012 Дж/моль. Чему равна энтропия плавления льда? Найти энтропию льда при 0⁰С, если энтропия воды при этой температуре равна 63,34 Дж/моль∙К.

Ответ: 41,33 Дж/моль∙К

2. Энтропия жидкого ацетона при температуре кипения 56,2⁰С равна 213,31 Дж/моль∙К. Энтальпия испарения ацетона 29090 Дж/моль. Найти энтропию парообразного ацетона при температуре 56,2⁰С и давлении 1 атм.

Ответ:

3. Диоксид углерода CO₂ сублимирует при температуре -78,5⁰С и давлении 1 атм. Энтальпия сублимации 25230 Дж/моль. Чему равна энтропия сублимации?

Ответ:

4. Серое олово при температуре 13⁰С обратимо превращается в белое олова. Энтальпия превращения 20,92 Дж/моль. Чему равна энтропия превращения?

Ответ:

5. При температуре 95,5⁰С и давлении 1 атм. Ромбическая сера обратимо превращается в моноклинную. Энтальпия превращения 450 Дж/моль. Чему равна энтропия моноклинной серы, если энтропия ромбической серы при этой температуре 36,73 Дж/моль∙К

Ответ: 1,22 Дж/моль∙К

6. Молярная энтропия водорода при 25⁰С и 1 атм. Равна 130,62 Дж/моль∙К. Чему равна энтропия водорода при 100⁰С и 1 атм. , если теплоёмкость С_р(г)=28,85 Дж/моль∙К?

Ответ: 136,99 Дж/моль∙К

7. Энтропия CO при 25 и 1атм. равна 197,55 Дж/моль∙К. Чему равна энтропия CO при 200 и 50 атм., предполагая, что CO является идеальным газом?

Ответ: 207,1 Дж/моль∙К

8. Один моля кислорода расширяется до десятикратного увеличения объёма и одновременно охлаждается от 127 до 27 Чему равно изменение энтропии, если теплоёмкость С_р(г)=29,2 Дж/моль∙К

Ответ: 8,39 Дж/моль∙К

9. Энтропия NH₃ при 25 и 1 атм. равна 192,66 Дж/моль∙К. Зависимость теплоёмкости С_р от температуры выражается уравнением: С_р(г)= 29,80+25,48∙10^-3T-1,67∙10⁵T^-2 Дж/моль∙К. Чему равна энтропия аммиака при 500 и 10 атм.?

Ответ: 213,21 Дж/моль∙К

10. Найти изменение энтропии при переходе двух молей кислорода от объёма 30 л под давлением 3 атм. к объёму 15 л под давлением2 атм. Считать кислород идеальным газом.

Ответ: -23,49 Дж/моль∙К

11. Один моль идеального газа, занимающий объём 26 л, подвергается изотермическому расширению. Изменение энтропии 40 Дж/моль∙К. Каков конечный объём газа?

Ответ: 3191 л

12. 11,2 л азота нагревают от 0 до 100 и одновременно уменьшают давление от 1 до 0,01 атм. Найти изменение энтропии, считая азот идеальным газом.

Ответ: Дж/моль∙К

13. Один моль двухатомного идеального газа находится при 200 и 5 атм. В результате нагревания и сжатия газа температура стала 500, давление равно 10 атм. Найти изменение энтропии газа.

Ответ: Дж/моль∙К

14. При охлаждении 12 л кислорода от 200 до -40 °С давление повышается от до 6,0H/. Рассчитать изменение энтропии, если = 29,2 Дж/мольК (считать кислород идеальным газом).

Ответ: Дж/моль∙К

15. Определить изменение энтропии при превращении 2 г воды в пар при изменении температуры от 0 до 150°С и давлении I ат, если скрытая удельная теплота парообразования воды 2,255 кДж/г, мольная теплоемкость пара при постоянном давлении

Ср=30,13+11,3 10³Т, Дж/мольК. жидкой воды 75,30 Дж/мольК

Ответ:

16. Вычислить изменение энтропии при нагревании одного моля CdS от -120 до 0°С, если зависимость мольной теплоемкости от температуры выражается уравнением С_р=54,0+3,8,Дж/моль∙К

Ответ:

17. Найти изменение энтропии при нагревании 1 моля кадмия от 25 до 727⁰С, если температура плавления 321⁰С и энтальпия плавления 6109 Дж/моль. Теплоёмкость кристаллического и жидкого кадмия С_р(кр)=22,22+0,0123T Дж/моль∙К, С_р(ж)=29,83 Дж/моль∙К

Ответ: 44,78 Дж/моль∙К

18. Энтропия кристаллического хлорида натрия равна 72,13 Дж/моль∙К при Т=298,15 К и Р=1 атм. Найти энтропию расплавленной соли при температуре 850, если температура плавления 800а энтальпия плавления 31,0 Дж/моль∙К. Теплоёмкость NaCl в твёрдом и жидком состоянии равна:

С_р(кр)= 49,94+16,32∙10^-3T Дж/моль∙К

С_р(ж)=66,53 Дж/моль∙К

Ответ: 175,53 Дж/моль∙К

19. Вычислите изменение энтропии при нагревании 1 моля твёрдого брома от температуры плавления -7,32 до 100, если энтальпия плавления 10544 Дж/моль, энтальпия испарения 30710 Дж/моль, температура кипения 59. Теплоёмкость брома в жидком и парообразном состоянии равна:

С_р(ж)= 75,71 Дж/моль∙К

С_р(г)= 37,20+0,71∙10^-3T-1,19∙10⁵T^-2Дж/моль∙К

Ответ: 113,51 Дж/моль∙К

20. Энтропия жидкого бензола при 25 и 1 атм. равна 173,26 Дж/моль∙К. Найти энтропию газообразного бензола при 500 и 1 атм. , если энтальпия испарения бензола при температуре кипения 80,1 равна 30752 Дж/моль. Теплоёмкость жидкого и газообразного бензола выражается уравнениями:

С_р(ж)= 59,50+255,0 ∙10^-3T Дж/моль∙К

С_р(г)= -21,09+400,1∙10^-3T-169,9∙10^-6T^-2 Дж/моль∙К

Ответ: 395,752 Дж/моль∙ К

21. Вычислить изменение энтропии системы и окружающей среды при изотермическом затвердевании 1 моля меди, переохлаждённой ниже температуры плавления на 180 градусов. Температура плавления меди 1356 К, энтальпия плавления Δ_пл.H_{1356 K}=12970 Дж/моль. Теплоёмкость твердой и жидкой меди: С_р=22.64+6,28∙, Дж/моль∙ К

С_р= 31,38 Дж/моль∙ К

Ответ: 1,46 Дж/моль∙ К

22. Рассчитать разность между мольными энтропиями твёрдой и жидкой ртути при температуре -50. Температура плавления ртути -39, энтальпия плавления при этой температуре 2340 Дж/моль. Теплоёмкость жидкой и твёрдой ртути равна: С_р(кр)=29,71+6,69∙, Дж/моль∙ К

С_р(ж)= 26,9 Дж/моль∙ К

Ответ: -10,20 Дж/моль∙ К

23. Два сосуда объёмом 1 л каждый соединены трубкой с краном. В одном находится водород при 1 атм. и 20, в другом – гелий при 3 атм. и 100 . Найти изменение энтропии системы после открытия крана и достижения равновесной температуры, если стенки сосудов и трубки теплоизолированные от окружающей среды, Газы считать идеальными.

Ответ:

24. Вычислите изменение энтропии при плавлении 5 молей бензола, если температура плавления бензола равна 278.68 К, а теплота плавления 2,351 ккал/моль.

Ответ:

25. Определите изменение энтропии при превращении 2 г воды в пар при изменении температуры от 0 до 100 и давлении 1 атм., если скрытая удельная теплота парообразования воды равна 2,255 кДж/г. Мольная изобарическая теплоемкость жидкой воды в рассматриваемом температурном интервале постоянна и равна 75,30Дж/(моль К).

Ответ:

26. Определите изменение энтропии при нагреве I моля Аl от 25 до 600 , если для него в этом интервале теплоёмкость зависит от температуры следующим образом: С_р = 20,945 + 0,010728Т. (Дж/(моль К)).

Ответ:

27. Определите изменение энтропии при плавлении меди массой 63,5 г, если теплота плавления меди равна 12980 Дж/моль. а температура плавления меди 1083 °С.

Ответ: 9,57 Дж

28. Вычислите изменение энтропии при плавлении свинца массой 100 г, если температура плавления свинца 327,4 °С, а теплота плавления 5485 Дж/моль.

Ответ:

29. В двух сосудах одинаковой вместимости находится: в первом - азот массой 2,8 г, во втором аргон массой 4 г. Определите изменение энтропии при диффузии, возникающей в результате соединения сосудов с газами. Температура и давление постоянны.

Ответ:

30. Найдите изменение энтропии в процессе обратимого изотермического сжатия 1 моля кислорода от 1,013 10⁵до 10,1310⁵Па.

Ответ:

31. Вода массой 100 г при 25 °С превращена в пар с температурой 150 °С и давлением 1,01310⁵ Па. Вычислите изменение энтропии этого перехода, если удельная теплота испарения воды при 100 равна 2257 Дж/ г, удельная теплоемкость воды - 4,187 Дж/(гК), а удельная теплоемкость водяного пара при давлении 1,013 10⁵ Па равна 1,968 Дж/(гК).

Ответ:

32. Найдите изменение энтропии при переходе 3 молей кислорода от объема 0,0336 м³ под давлением 2,02610⁵ Па к объему 0,0672 м³ под давлением 1,013 10⁵ Па. Молярная теплоемкость кислорода С_р равна 29,37 Дж/(мольК), температура постоянна.

Ответ:

33. Определите разность энтропии 1г воды при 0 и 100 (давление нормальное), считая теплоемкость воды постоянной и равной 4,19 Дж/(гК).

Ответ:

34. Определите изменение энтропии при охлаждении 5 молей алюминия от 0 до -100 °С. Средняя массовая

теплоемкость алюминия в указанном интервале температур 0,8129 Дж/(гК).

Ответ:

35. Чему равно изменение энтропии 1 моля нафталина при нагревании от 0 до 80,4 °С (температура плавления), если теплота плавления 149,6 Дж/г, а средняя массовая теплоемкость кристаллического нафталина 1,315 Дж/(гК).

Ответ:

36. Рассчитайте суммарное изменение энтропии при нагревании 1 моля бензола от температуры плавления (5,49 °С) до полного испарения при температуре кипения (80,2 °С). Теплота плавления бензола 126,54 Дж/г, теплота парообразования 396 Дж/г, массовая теплоемкость бензола 1,94 Дж/(гК).

Ответ: 159,2 Дж/(мольК)

37. В 0,30 кг жидкого ацетона поместили серебряную ложку массой 53 г. Определите энтропию системы при 25.

Ответ: Дж/К

38. Вычислите изменение энтропии в процессе затвердения 1 моль переохлажденного бензола при 268 К, если при 278 К , , , , P=const=1,01∙ Па

Ответ:

39. Вычислить энтропию хлорид серебра при 870 К.

Ответ:

40. В одном из сосудов одинаковой вместимости 3 м³ находится 28 кг азота, а в другом 32 кг кислорода при одной и той же температу­ре. Вычислите изменение энтропии при диффузии в результате сопри­косновения содержимого этих сосудов. Принять кислород и азот иде­альными газами.

Ответ: Дж/моль

41. Определите ΔS для изобарического нагревания 1 моля азота от 300 до 1000⁰ К. С_р = 6,4492 + 1,4125 · 10^-3 Т – 0,807 · 10^-7 Т².

Ответ: кал·⁰К^-1·моль^-1.

42. Нормальная температура кипения бензола равно . Оцените мольную теплоту испарения бензола при этой температуре.

Ответ: 7400

43. Найти изменение энтропии при превращении двух молей льда, взятых при О°С р = 1 атм, в пар при 200 °С и 3 атм. Теплота плавления льда равна 332,2 Дж∙г^-1, теплота парообразования при 100 °С равна 2259 Дж∙г^-1. Удельная теплоемкость пара равна 1,87 Дж∙г^-1 ∙К^-1, воды - 4,184 Дж∙г^-1 ∙К^-1 .

Ответ: S= 306,32 Дж∙К^-1.

44. В одном из сосудов емкостью 0,1м³ находится кисло­род, в другом емкостью 0.4 м³ .В обоих сосудах температура 17^е С и давление 1,013∙10⁵ н/м². Найти изменение энтропии при вза­имной диффузии газов из одного сосуда в другой при Р и Т=const. Считать оба газа идеальными.

Ответ:

45. Вычислить изменение энтропии в процессе изотермного расширения 2 моль метана от =101,3∙до =1,013∙ Газ считать идеальным.

Ответ:

46. Рассчитать мольную энтропию окиси углерода при 200° С и 50,67∙10⁵ н/м², если энтропия при 25° С и 1,013∙10⁵ н/м² равна 197,9 дж/град∙моль, а зависимость мольной теплоемкости от температуры выражается урав­нением

С_Р = 28,41+4,10∙10^-3T — 0,46∙10⁵T² дж/моль∙ град.

Ответ: Дж/моль∙К

47. Найти изменение энтропии при нагревании I г∙атом кадмия от 25 до 727°С, если температура плавления 321°С и теплота плавления равна 6109 дж/г∙атом

= 22,22+ 12,30∙T дж/моль∙град;

= = 29,83 дж/моль∙град.

Ответ: 44,78 Дж/моль∙К

48. Какому конечному объему отвечает изменение эн­тропии, равное 38,28 дж/моль∙град, если 1 моль идеаль­ного газа, занимающий в данных условиях 0,02 м³, изо­термически расширяется.

Ответ: 2 м³

49. Насколько изменится энтропия в процессе изотер­мического расширения

10 г криптона от объема 0,05 м³ и давления 1,013∙10⁵ н/м² до объема 0,2 м³ и давления 0,2133∙10⁵ н/м² ?.

Ответ:

50. Найти изменение энтропии при изотермическом сжа­тии 1 моль паров бензола при 80°С от 0,4053∙10⁵ до 1,013∙10⁵ н/м² с последующей конденсацией в охлаждени­ем жидкого бензола до 60°С. Нормальная температура кипения бензола 80°С; мольная теплота испарения бен­зола 30,88 кдж/моль; удельная теплоемкость жидкого бензола 1,799 дж/г∙град.

Ответ: Дж/моль∙град

51. Определить изменение энтропии в процессе сжиже­ния 1 моль метана, если начальная температура равна 25°С, а конечная 111,8° К. Мольная теплота испарения метана при 111,8° К равна 8234,0 дж/моль и мольная теп­лоемкость =35,79 дж/моль∙град. Вычислить ра­боту сжижения метана, приняв к. п. д. равным 10%.

Ответ:-108,75; -143,11

52. Рассчитать изменение энтропии 1 моль бензола при переходе из жидкого состояния при 25°С в пар при 100°С, если теплота испарения бензола 393,3 дж/г и тем­пература кипения бензола 80,2°С, мольная теплоемкость жидкого бензола равна С_р (ж) = 136,1 дж/моль∙град, а мольная теплоемкость паров бензола Ср(г) = - 33,90 + 471,87∙ -298,34∙ + 70,84∙ дж/моль∙град.

Ответ: 107

53. Вычислить возрастание энтропии 1 моль брома Вr₂. взятого при температуре плавления —7,32°С, и переходе его из твердого состояния в пар при температуре кипения 61,55°С; мольная теплоемкость жидкого брома

Ср(ж) = 0,4477 дж/г∙град; теплота плавления 67,72 дж/г; теплота испарения 182,8 дж/г.

Ответ:

54. Определить увеличение энтропии 1 моля кристаллического магния при нагревании от 300 до 800 К при постоянном давлении, если теплоёмкость магния равна С_р(кр)= 22,3+10,64∙10^-3T-0,42∙10⁵T^-2, Дж/моль∙К

Ответ: Дж/моль∙К

55. Определить увеличение энтропии 1 моля азота при нагревании от 25 до 1000⁰С: а) при постоянном давлении; б) при постоянном объёме. Зависимость теплоёмкости от температуры выражается уравнением С_р=27,88+4,27∙10^-3T Дж/моль∙К

Ответ: 44,64 Дж/моль∙К; 32,56 Дж/моль∙К

56. Как изменится энтропия 1 моля гелия при нагревании его от 20 до 70 °С, если объем газа при этом изменится от 24 до 28,1 л?

Ответ:

57. Средняя массовая теплоемкость железа в пределах температур 0 - 200 °С равна 0.486 Дж/(гК). Определите изменение энтропии при нагревании 1 кг железа oт 100 до 150 °С.

Ответ:

58. Вычислите изменение энтропии при нагревании 1 кг свинца от температуры его плавления (327,4 °С) до 800 . Теплота плавления свинца 24,8 кДж/кг, а теплоемкость жидкого свинца в интервале температур 327 - 1000 °С равна 0,1415 кДж/(кгК).

Ответ:

59. Вычислите изменение энтропии при нагревании 16кг О₂ от 273 до 373К:

1) при постоянном объёме;

2) при постоянном давлении.

Считать кислород идеальным газом

Ответ: 3243,6; 4539,4 Дж/К.

60. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 58,82 кг В₂О₃ от 298 до 700К, теплоемкость В₂О₃ С_р⁰=36,5525+106,345*10^-3Т Дж/(моль*К).

Ответ: 62153,7 Дж/К.

61. Бромбензол кипит при 429,8К, его теплота парообразования при этой температуре 241,9∙10³ Дж/кг. Рассчитайте изменение энтропии при испарении 10 кг бромбензола.

Ответ: 6993,4 (Дж/К)

62. Вычислите изменение энтропии при охлаждении 12∙10^-3 кг (12 г) кислорода от 290 до 233К и одновременном повышении давления от 1,01∙10⁵ до 60,6∙10⁵ Па, если Ср=32,9 Дж/(моль∙К).

Ответ: 47,81 Дж/(моль∙К).

63. Рассчитать изменение энтропии в процессе нагревания 1 моля ртути от -77°С до 25 °С. Теплота плавления ртути при t = -38,9 °С равна 11,58 Джг^-1; удельная теплоемкость твердой ртути С_т = 0,138 Джг^-1К^-1, жидкой ртути

С_ж = 0,140 - 2,8610 ^-6Т Джг^-1 К^-1 .Атомный вес ртути равен 200,6.

Ответ: S = 21,56 Джмоль^-1К^-1.

64. Определить изменение энтропии, если 0,0112 м³ азо­та нагреваются от 0 до 50°С. Одновременно давление уменьшается от 1,013∙10⁵ до 1,013∙10³ н/м². Теплоемкость равна 29,29 дж/моль∙град.

Ответ:

65. Как изменится энтропия при нагревании 1 моль хлорида натрия от 25°С до 1073° К, если температура его плавления 800°С, удельная теплота плавления 516,7 дж/г. Мольная теплоемкость (т) = 45,96+ 16,32∙ дж/моль∙град.

Ответ:

66. Найти изменение энтропии при нагревании 1 моль ацетона от 25 до 100°С, если удельная теплоту испарения ацетона равна 514,6 дж/г, температура кипения равна 56°С, мольные теплоемкости жидкого ацетона

С_Р(ж)= 125 дж/моль∙град, паров ацетона Ср(г) = 22,47 + 201,8∙63,5∙дж/моль∙град.

Ответ:

67. Рассчитать изменение энтропии при нагревании 2 моль метанола от 25 до 100°С, если удельная теплота испарения СН₃ОН 1100,4 дж/г, температура кипения 64,7° С, мольные теплоемкости жидкого метанола С_Р(ж) = 81,56 дж/моль∙град и паров метанола

С_Р(г)= 15,28+ 105,2∙10 ^-3T—31,04∙ дж/моль∙град.

Ответ: дж/моль∙град.

68. Определить изменение энтропии при нагревании 1 моль этанола от 25 до 100°С, если удельная теплота ис­парения С₂Н₅ОН 863,6 дж/г, температура кипения 78,3°С, мольные теплоемкости жидкого этанола С_Р(ж)= 111,4 дж/моль∙град, и паров этанола Ср(г)= 19,07 + 212,7∙10^-3T-108,6∙10^-6 + 21,9∙ дж/моль∙град.

Ответ:

69. Найти изменение энтропии при нагревании 1 моль толуола от 25 до 150°С, если удельная теплота испарения толуола 347,3 дж/г, температура кипения 110,6°С, моль­ные теплоемкости жидкого толуола С_Р(ж) = 166 дж/моль∙град и паров толуола С_Р (г) = - 33,88 +557,0∙10^-3T-342,4∙10^-6+79,87∙10^-9 дж/моль∙град.

Ответ:

70. Как изменится энтропия при нагревании I моль мо­ноклинной серы от 25 до 200°С, если удельная тепло­та плавления моноклинной серы 45,19 дж/г, темпера­тура плавления 119,3°С, мольные теплоемкости жидкой серы

С_Р (ж) = 35,73 +1,17∙ — 3,305 • 10⁵ дж/моль∙град и твердой серы

С_Р(т) = 23,64 дж/моль∙град.

Ответ:

71. Определить изменение энтропии 1 моль хлорида натрия при нагревании от 20 до 850° С, если известно, что мольная теплоемкость твердого хлорида натрия со­ставляет Ср(т) = 45,94+ 16,32∙10^-3T дж/моль∙град и для жидкого соединения С_Р(ж) = 66,53 дж/моль∙град; теплота плавления 31,0 кдж/моль; температура плавле­ния 800° С.

Ответ:

72. Рассчитать прирост энтропии при смешении 250 см³ азота с 500 см³ кислорода при 1067 гПа и 27. Чему равнялась бы работа при обратном смешении газов?

Ответ: 0,17 Дж/моль

73. Вычислить изменение энтропии при смешении 10 л водорода с 5 л метана, если исходные газы и образующаяся смесь газов находятся при 25 и 100 гПа.

Ответ: 0,32 Дж/моль

74. Вычислить изменение энтропии при разделения 1 моль воздуха при 1 атм. на чистые кислород и азот. Принять, что в воздухе 21% об. Кислорода и 79% об. азота.

Ответ: -4,27 Дж/моль∙ К

75. Рассчитайте изменение энтропии при смешивании 1 моля водорода с 1 молем азота при н.у.

Ответ:

76. В двух сообщающихся сосудах, разделенных перегородкой, находится 1 моль азота и 2 моль кислорода. Перегородку вынимают, газы смешиваются. Рассчитайте изменение энтропии, если исходные температуры и давления одинаковы, а объёмы различны; ; .Конечное давление смеси равно исходному давлению газа.

Ответ:

77. Смешали 1 моль аргона, взятого при , с 2 моль азота, взятого при . Исходные давления компонентов и конечное давление смеси одинаковы. Вычислите температурную составляющую энтропии смешения. Теплоёмкость аргона =20,8 Дж/моль и азота

Ответ:

78. Рассчитайте изменение энтропии в процессе смешения 5 кг воды Т₁=353К с 10 кг воды при Т₂=290К. теплоемкость воды считать постоянной и равной 4,2 Дж/(моль∙К).

Ответ: 15,3 Дж/(моль∙К).

79. Определите изменение энтропии при смешении 1 моль аргона, взятого при T_Ar = 293 К и = 1,0133 • 10⁵ Па с 2 моль азота, нахо­дящегося при = 1,013310⁵ Па и = 323 К. Давление смеси равно Р_см = 1,0133∙10⁵ Па. Принять аргон и азот идеальными газа­ми, а теплоемкость каждого газа — величиной, постоянной в указан­ном интервале температур и равной для азота С_v = 20,935 Дж/(моль∙К), для аргона С_v= 12,561 Дж/(моль∙К).

Ответ: 15,341 Дж/моль

80. Определить для смешивания 1 моля азота с 3 молями кислорода при и общем конечном давлении 1 атм. Начальное давление каждого газа 1 атм.

Ответ:

81. Найти изменение энтропии при расширении 2 молей водорода, которые при давлении 2 атм занимают объем 30 л, до давления 1 атм и объема 100 л. Изобарная теплоемкость водорода С_р при этих условиях равна 29,3 Дж∙моль¹∙К^-1.

Ответ: ΔS = 41,74 Дж∙К^-1

82. 2 моля N₂ и 1 моль O₂, находящиеся при 27 °С и 1 атм, смешиваются. После этого газовая смесь нагревается до 827 °С и сжимается до 5 атм. Найти изменение энтропии системы, если средние мольные теплоемкости (С_p) N₂ и 0₂ равны, соответственно, 29,58 и 32,97 Дж∙моль^-1∙К^-1.

Ответ: ΔS = 95,40 Дж ∙К^-1

83. Вычислить изменение энтропии при смешении 0,0001 м³ кислорода с 0,0004 м³ азота при постоянной температуре 17° С и давлении 1,013∙10⁵ н/м².

Ответ:

84. Смешаны 0,002 м³ гелия и 0,002 м³ аргона при 27°С и 1,013∙10⁵ н/м² каждый. После изотермного смеше­ния полученная газовая смесь нагрета до 327°С при по­стоянном объеме. Вычислить общее возрастание энтро­пии, учитывая, что мольная теплоемкость обоих газов одинакова и равна

C_v(г)= 12,55 дж/моль∙град.

Ответ: 2,3

85. Вычислить изменение энтропии при разделении I моль воздуха при 1,013∙10⁵ н/м² на чистые кислород и азот (принять состав воздуха 21 об. % кислорода и 79 об. % азота).

Ответ:

86. Рассчитать энтропию реакции 2H₂(г)+CO(г)→CH₃OH(г) при температурах 298,15 и 1000К, используя абсолютные энтропии соединений при Т=298,15 и р=1атм.:S⁰_сн3OH=239,76 Дж/моль∙ К, S⁰_H2=130,52 Дж/моль∙ К, S⁰_СО=197,55 Дж/моль∙ К.

Зависимость теплоёмкости от температры выражается уравнениями:

С_р(CH₃OH)=Дж/моль

С_р(H₂)=Дж/моль

С_р(CO)=Дж/моль

Ответ:; -218,83 Дж/ К

87. Рассчитайте энтропию реакции CaCO₃(кр)→CaO(кр)+CO₂(г) при температурах 298,15 и 1200 К, используя абсолютные энтропии соединений при Т=298,15 и р=1атм.: S⁰_CaO=38,07 Дж/моль∙К, S⁰_CO2=213,66 Дж/моль∙К, S⁰_CaCO3=91,71 Дж/моль∙К. Зависимость теплоёмкости соединений от температуры следующая:

С_р(CaO)=Дж/моль

С_р(_CO2)=Дж/моль

С_р(_CaCO3)=Дж/моль

Ответ: 160,02Дж/К;

88. Рассчитать энтропию реакции 2NaHCO₃(кр)→Na₂CO₃(кр)+H₂O(г)+CO₂(г) при температурах 298,15 и 500К на основании абсолютных энтропий веществ при Т=298,15К и р=1атм.: S⁰_Na2CO3=138,80 Дж/моль∙К, S⁰_H2O=188,72 Дж/моль∙К, S⁰_CO2=213,66 Дж/моль∙К, S⁰_NaHCO3=102,10 Дж/моль∙К. Теплоёкость участников реакции равна: С_р(Na₂CO₃)=Дж/моль

С_р(H₂O)=Дж/моль

С_р(CO₂)=Дж/моль

С_р(NaHCO₃)=T Дж/моль

Ответ: 336,98Дж/К;

89. Энтальпия плавления льда при 0 равна -6013 Дж/моль. Теплоёмкость С_р льда и воды соответственно равна 37,24 и 75,30 Дж/моль∙ К. Найти изменение энтальпии и энтропии для процесса:

H₂O (ж; -10; 1 атм.) H₂O (кр; -10; 1 атм.)

Ответ: -20,59 Дж/моль∙ К; -5632

90. Вычислите изменение энтропии для реакции С₂Н₂+ 2Н₂ = C₂H₆ в стандартных условиях при температуре 298 К.

Ответ:

91. Вычислите изменение энтропии S° при стандартных условиях для реакций:

2H₂S+S0₂=2H₂O_(ж) + 3S;

Zn + H₂S0₄ = ZnS0₄ + Н₂;

СН₄ + 20₂ = СО₂ + 2Н₂0_(пар)

Ответ: (-423,82; 56,71; -5,17 (Дж/К)

92. Вычислите изменение энтропии S° при стандартных условиях для реакций:

2С₂Н₅С1 + 2Na = С₄Н₁₀ + 2NaCI,

2CH₃OH = CH₃-O-CH₃ + Н₂0_(ж),

С₂Н₅ОН + СНзСООН = Н₃СООС₂Н₅ + Н₂0_(ж).

Ответ: (-197,72; 8,40 (Дж/К))

93. Газообразные водород и хлор при 25 поступают в реактор синтеза хлороводорода, где взаимодействуют при 725 по реакции: . Определите изменение энтропии системы, начиная с момента поступления газов в реактор, если их объёмный расход одинаков.

Ответ: Дж/К

94. Определите изменение энтропии для реакции

Cd+2AgCl=CdCl₂+2Ag

Если проводить её в гальваническом элементе при 1,0133 Па и 298,2 К, ЭДС элемента компенсируется приложенной извне и равной 0,6753 В. Стандартные теплоты образования хлоридов кадмия и серебра соответственно равны -389,0 и -126,8 кДж/моль

Ответ:

95. Определите стандартное изменение энтропии при 298 К для следующих реакций:

MgO+H₂=H₂O_ж+ Mg (1)

C+CO₂=2CO (2)

2SO₂+O₂=2SO₃ (3)

FeO + CO=Fe+CO₂ (4)

Ответ: -54,96Дж/моль∙К; 23,45 Дж/моль∙К; -140,45 Дж/моль∙К; -17,39 Дж/моль∙К

96. Определите стандартное изменение энтропии при 298К для следующих реакций:

MgO+ Н₂ = Н₂О_(ж) +Mg (1)

C + CО₂= 2CO (2)

2SО₂ + О₂ = 2 SО₃ (3)

FeO+CO=Fe + CО₂ (4)

Ответ: -54,64; 181,4; -16,4; -17,46 Дж/(моль∙К).

97. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу 80 кДж. Температура термостатов соответственно равна 100 и 0⁰С. Найти : а) количество теплоты, получаемым рабочим телом за один цикл от нагревателя; б) количество теплоты, передаваемое за каждый цикл холодильнику; в) КПД цикла.

Ответ: 298,4 кДж; 218,4 кДж; 0,2681

98. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Определить КПД цикла, если известно, что за один цикл произведена работа 5 кДж и холодильнику передано 25 кДж тепла.

Ответ: 0,167

99. Идеальная холодильная машина Карно передаёт тепло от холодильника с водой при 0⁰С к холодильнику при 100⁰С. Какое количество воды надо заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар 3 кг воды в кипятильнике? Энтальпия плавления льда и испарения воды соответственно равны 6,02 и 40,30 кДж/моль.

Ответ: 14699,2 г.

100. Тепловой насос (холодильная машина) работает обратимо между 0⁰С и температурой t. Она потребляет энергию 1000 Дж и отдаёт в окружающую среду 10 000 Дж. Чему равна температура t ? Определить теплоту, которую отнимает холодильная машина от охлаждаемого тела при температуре 0⁰С.

Ответ: 303,5 К; 9000 Дж

101. Холодильная машина по производству льда работает между температурами 0 и 25⁰С. Она замораживает воду. Взятую при 0⁰С. За 8 часов работы было получено 100 кг льда и при этом в окружающую среду при 25⁰С выделилось 40 000 кДж. Какое количество электроэнергии необходимо для работы холодильной машины? Сколько электроэнергии понадобилось бы для работы идеальной холодильной машины для получения такого же количества льда? Энтальпия плавления льда 6013 Дж/моль.

Ответ: 3059,1 кДж; 40000 кДж

102. На рис.(а) дано классическое изображение цикла Карно в координатах P-V. Цикл Карно можно также представить в координатах S-T рис.(б).а) Какие процессы отражают кривые А, В, С, D на рис. (а). Указать соответствующие этим процессам отрезки прямых на рис. (б). б) Предположим, что идеальная тепловая машина работает между температурами T₁ и T₂, причём T₂=300 К. за один цикл совершает работу 5000 Дж. Изменение энтропии газа для отдельных стадий цикла показано на рис. (б). Рассчитать теплоту Q₁, которая поступает к машине от нагревателя, и теплоту Q₂, которую машина отдаёт холодильнику. Чему равна температура нагревателя T₁?

Ответ:;

103. Определите максимальную работу, которую можно получить, если к воде при 100°С подводится 4000 Дж теплоты, а температура конденсата 20 °С.

Ответ: 858 Дж

104. В термостате поддерживается температура 96,6 °С. Температура воздуха в комнате 26,9 °С. Потеря теплоты через изоляцию термостата за некоторый промежуток времени составляет 4187 Дж. Найдите общее изменение энтропии.

Ответ:

105. Рассчитайте КПД идеальной машины Карно, получающей пар при 140 °С и выпускающей его при 105 °С.

Ответ:

106. Максимальная температура в двигателе внутреннего сгорания 1800 °С, а минимальная, с которой газы выходят из цилиндра машины, 300 °С. Определите максимально возможный термический КПД, если двигатель будет работать по циклу Карно.

Ответ:

107. К газу при круговом процессе подведено 270 кДж теплоты. Термический КПД равен 0,48. Определите работу цикла и количество теплоты, отданное теплоприемнику.

Ответ: 129,6 кДж; 140,4 кДж

108. В результате осуществления кругового процесса получена работа, равная 70 кДж, а отдано теплоприемнику 47 кДж теплоты. Определите термический КПД цикла и количество теплоты, сообщенное рабочему телу от теплоотдатчика.

Ответ: 59,82 %; 117кДж

109. Идеальная машина Карно, работающая в интервале между 350 и 50 °С, дает 33,52 кДж работы за цикл. Какое количество теплоты сообщается машине и отдается теплоприемнику за этот же цикл?

Ответ: 69,61 кДж; 36,09 кДж

110. В обратном цикле Карно от теплоотдатчика при 0 °С отнимается 419 кДж теплоты и передается теплоприемнику с температурой 77 °С. Определите работу, расходуемую на осуществление этого цикла.

Ответ: -118,1 кДж

111. В цикле Карно 1кг воздуха в пределах температур 800-273 К совершает работу, равную 50,28 кДж. Определите КПД цикла и количество отведенной теплоты.

Ответ: 65,88 %; 26,05 кДж

112. Сравните термодинамическую эффективность паровой машины и машины, работающей на ртутном паре, если котел первой имеет температуру 200 °С, второй 460 °С, а холодильник каждой из машин имеет температуру 30 °С.

Ответ: 1,6

113. Практический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя внутреннего сгорания равен 28%. Насколько можно повысить КПД этого двигателя, если температура газов сгорания в его цилиндрах равна 1200 К, а температура выхлопных газов - 400 К?

Ответ: 38,7 %

114. Спиральный электронагреватель за сутки расходует на обогрев помещения 86,4 кВт∙ч электроэнергии. Сколько энергии может быть сэкономлено, если этот нагреватель заменить тепловым нососом? Температуру обогреваемого помещения принять равной 18, а температуру уличного воздуха принять равной минус 25.

Ответ: кВт∙ч/сут.

115. Идеальная машина Карно, работающая в интервале температур от 200 до 300К, превращает в работу теплоту, равную 83,8 Дж. Какое количество теплоты отдано резервуару при 200К?

Ответ: -167,6 Дж

116. Какое количество теплоты будет превращено в работу идеальной машины Карно, работающей при температуре между 200 и 100 К, если она получит при 200 К сколько же теплоты, сколько получает машина в задаче 1 при 300 К?

Ответ:-129,7 Дж

117. При начальной температуре 348К 1 моль Н₂ по циклу Карно сначала расширяется до двойного объёма изотермически, затем расширяется до учетверенного первоначального объёма адиабатически, затем сжимается изотермически до такого объёма, чтобы при последующем адиабатическом сжатии вернутся в исходное положение. Вычислите работу каждой части цикла и КТД цикла γ=1,4.

Ответ: 2005,5; 1519,83; -1751,6; 1751,6 (Дж)

118. Вычислите максимальный теоретический коэффициент полезного действия обратимой тепловой машины, работающей между 25 и 100⁰К.

Ответ:

119. Рассчитайте стандартную энтропию этилена, если температуры и теплоты фазовых превращений этилена соответственно равны:, , , . Зависимость теплоёмкости от температуры см. в таблице

Ответ:

120. Установите, осуществима ли при V=const и 298 К реакция Ag+nAgCl(тв)+(n-, использовав свойства энтропии.

121. Рассчитайте давления, при которых графит и алмаз находятся в равновесии для интервала температур 298—4000 К. При расчете ис­пользуйте следующие данные для равновесия С (графит) С (алмаз):

T,K	Дж/моль	Дж/(г	Дж/моль	Дж/(г			,см3
298 1400	18 967,3	—3,364 —4,853	2903,7	2,602 0.418			—1,92 —1.90

122. 2 моля идеального одноатомного газа при начальном давлении 1 атм и были проведены через следующий цикл, все стадии которого обратимы: изотермическое сжатие до 2 атм ( I ); изобарическое нагревание до ( II ), возвращение в начальное состояние по пути (a и b - постоянные) ( III ). Изобразите цикл на диаграмме P – T и вычислите рабочего тела для каждой стадии цикла.

Ответ:;

123. 1 г жидкой воды при 100 и исходном давлении 1 атм. ограничен объёмом, в котором отсутствует пар. Затем был открыт клапан и вода испарилась в эвакуированное пространство, причём конечное давление равно 0,10 атм. Вся аппаратура находилась в тепловом резервуаре при 100. испарения воды при 100. Составляет 540 . Примите, что пар является идеальным газом и что объём жидкости незначителен в сравнении с объёмом пара. Найдите q и для а) воды; б) резервуара; в) и всей системы; г) опишите обратимый процесс, в котором вода может быть приведена к тому же конечному состоянию. Покажите, почему конечное состояние системы после обратимого процесса будет отличаться от неё состояния после действительно проведенного процесса.

Ответ: ;

124. При начальной температуре 373 К 1 моль кислорода совершает цикл в идеальной машине Карно. Сначала он расширяется изотермически до двукратного объёма, затем расширяется адиабатически до трёхкратного объёма (по сравнению с первоначальным), затем сжимается изотермически до такого объёма, чтобы в результате последующего адиабатического сжатия вернуться к первоначальному состоянию. Приняв , рассчитайте работу, совершенную газом в каждом части цикла; работу, произведенную за счёт теплоты в цикле, и КПД цикла.

Ответ:;;; 321,2 Дж;

125. Для реакции Ag+ вычислите теплоту обратимого процесса. Сведя данные справочника и результаты вычислений в таблицу, покажите что и не зависят от пути процесса, а и количество выделяющейся теплоты Q зависят. Максимальная полезная

Ответ:

126. 200г олова [теплоемкость 6,1 кал ·(г∙атом)^-1] с исходной температурой 100⁰С и 100г воды (теплоемкость 18 кал·моль^-1) с исходной температурой 25⁰С погружены вместе в калориметр. Приняв, что теплоемкость постоянна и что тепло не было потеряно или получено от окружающей среды или калориметра, найдите а) конечную температуру системы, б) изменение энтропии для олова, для воды и для олова и воды вмести.

Ответ: 31,9⁰C; 8,95

127. Коэффициент полезного действия цикла холодильной установки

где Т₁ и Т₂ – температуры холодильных камер и окружающей среды соответственно, q₁-теплота, отводимая от холодильных камер, w-потребляемая работа. а) Определите максимальную величину ω для холодильной установки, которая работает между 25 и -5⁰С в окружающую среду с температурой 25⁰С.

Ответ:;кал.

128. Тепловой насос является, в сущности, обратным холодильником, т.е. он использует тепло окружающей среды при низкой температуре Т₁ на нагревание системы при высокой температуре (перекачивает тепло). Таким образом, этот тепловой насос может использоваться для обогрева помещений путем передачи тепла от холодного открытого воздуха к теплому внутреннему помещению. Преимущество этого метода перед обычным методом нагревания состоит в том, что максимальный коэффициент полезного действия холодильника намного больше, чем в случае обычных методов нагревания.

Ответ: в 6 раз

129. Процесс А: 1 моль одноатомного идеального газа расширяется изотермически в вакуум при 300 К от начального объёма 10 л до конечного объёма 20л.

Процесс Б: 1 моль этого газа расширяется изотермически и обратимо при 300 К от объёма 10 л до объёма 20 л. А) Для каждого процесса рассчитайте q, w,,, и . б) Опишите процесс, благодаря которому газ мог бы возвратиться в исходное состояние после каждого из процесса А и Б. Покажите, как окружающая среда может быть возвращена в исходное состояние после одного из процессов и почему она не может быть возвращена в исходное состояние после другого процесса.

Ответ: А- ; Б-;

130.Вычислите энтропии CO₂ при стандартных условиях (T=298,15K;1атм.) на основании следующих данных:

T,K 15 25 50 75 100 125 150

C_p,Дж/моль∙К 2,928 9,205 25,94 34,73 39,33 44,35 48,12

T,K 175 200  225 250 275 300

C_p,Дж/моль∙К 51,04 25,00 29,30 32,74 35,33 37,28

Температура сублимации диоксида углерода при р=1атм. равна 194,7К, энтальпия сублимации 25 230 Дж/моль.

131.Вычислите энтропию аммиака при стандартных условиях (T=298,15K,р=1атм.) на основании следующих данных:

T,K 15 25 50 75 100 125 150

C_p,Дж/моль∙К 0,836 3,347 11,30 18,41 25,94 32,64 38,49

T,K 175  200  225  235  243  253  263  273

C_p,Дж/моль∙К 44,77 52,30 53,97 54,81 34,39 34,60 34,81 35,02

T,K 283  293  303

C_p,Дж/моль∙К 35,27 35,52 35,77

Аммиак плавится при Т=195,4К, энтальпия плавления 5657 Дж/моль. Температура кипения аммиака 239,7К, энтальпия испарения 23351 Дж/моль.

132. Вычислить энтропию воды при стандартных условиях (T=298,15K;1атм.) на основании следующих данных:

Т,К 10 40 80 120 160 200  240

C_p,Дж/моль∙К 1,674 6,276 13,39 19,25 23,01 28,03 33,05

Т,К 260 293 313

C_p,Дж/моль∙К 36,82 75,73 75,31

Лёд плавится при Т=273,15К. энтальпия плавления льда 6015 Дж/моль.

133.Вычислите энтропию метана при стандартных условиях (T=298,15K;1атм.) на основании следующих данных:

Т,К 15 20 30 40 50 60 70 80

C_p,Дж/моль∙К 9,832 43,93 24,48 29,08 32,64 35,56 38,07 40,79

Т,К 90  100  110  203 223  263 303

C_p,Дж/моль∙К 43,30 56,48 56,90 29,46 30,92 33,72 36,36

У твёрдого метана имеется фазовое превращение при Т=20,4 К, энтальпия которого равна 76 Дж/моль. При 90,6 К метана плавится, энтальпия плавления 937Дж/моль. Температура кипения метана 111,8 К, энтальпия испарения 8234 Дж/моль.

134. Вычислите энтропию азота при стандартных условиях (T=298,15K;1атм.) на основании следующих данных:

Т,К 15 20 25 30 35 40 50

C_p,Дж/моль∙К 11,72 20,50 27,61 34,31 45,19 38,49 40,17

Т,К 60 65 70 75 100  150 200  300

C_p,Дж/моль∙К 41,84 56,07 56,90 57,32 29,12 29,12 29,12 29,12

У твёрдого азота при Т=35б6 К имеется фазовый переход, энтальпия которого 229 Дж/моль. При Т=63,14 К азот плавится, энтальпия плавления 721 Дж/моль. Температура кипения азота 77,3 К. энтальпия испарения 5577 Дж/моль

135. Вычислите энтропию кислорода при стандартных условиях (T=298,15K;1атм.) на основании следующих данных:

Т,К 15 20 30 40 45 50 60

C_p,Дж/моль∙К 7,113 15,06 27,61 41,00 46,02 46,02 55,23

Т,К 70 80 90 200 300

C_p,Дж/моль∙К 55,65 56,07 56,48 29,12 29,37

У твердого кислорода имеются два фазовых превращения при 23,7 К и 43,6 К. Энтальпии фазовых превращений соответственно равны 94 и 743 Дж/моль. При температуре 54,4 К кислород плавится, энтальпия 44 Дж/моль. Температура кипения кислорода 90,13 К, энтальпия испарения 6816 Дж/моль.