间二甲苯和邻二甲苯的熵谁大?
间二甲苯和邻二甲苯相比,间二甲苯的熵更大。
因为熵是系统混乱度的体现,从熔点就可以判断出二甲苯的熵的大小。邻二甲苯熔点:-25.2℃,间二甲苯熔点:-47.9℃, 对二甲苯熔点:13.2℃。间二甲苯的熔点最低,说明间二甲苯的混乱度最高,分子之间排列的整齐程度最低,因此最为混乱,熵最高。
苯与甲苯在烧杯中会自发的溶合,这一定是熵增加的过程。利用绝热过程中的熵是不变还是增加来判断过程是可逆还是不可逆的基本原理。利用克劳修斯等式与不等式及熵的定义可知,在任一微小变化过程中恒有熵增加原理,其中不等号适于不可逆过程,等号适于可逆过程。这表示绝热系统的熵绝不减少。可逆绝热过程熵不变,不可逆绝热过程熵增加,这称为熵增加原理。
x苯=x甲苯=0.5
△S=-R(n苯lnx苯+n甲岑lnx甲苯)=-8.314×(1×ln0.5+1×1×ln0.5)=11.47J/K
Smø(298K,H2O,l)=69.94 J·K-1·mol –1;
Cp,m(H2O,l)=75.3 J·K-1·mol –1;
Cp,m(H2O,g)=188.7 J·K-1·mol –1;
水的气化热为4.067×104J·mol –1。
解:S,mø(393,H2O,g)=Smø(298,H2O,l)+ +
+
Smø(393,H2O)=206 J·K-1·mol-1
2.1×105Pa下,求甲苯在393K时的规定熵,已知甲苯在正常沸点383K时的汽化热为33.5kJ·mol –1,Smø(甲苯,298,l)=219.2J·K-1·mol –1,Cp,m(甲苯,l)=156.1J·K-1·mol –1,Cp,m(甲苯,g)=103.8J·K-1·mol –1。
解:Smø (甲苯,g,393)=Smø(甲苯,l,298)+ +
+
=348.5J·K-1·mol-1
3.绝热容器由隔板分成两部分,分别盛有温度、压力、体积相同的两种气体(可视为理想气体)各1mol,抽去隔板两种气体混合,求该过程的ΔS,是否能利用熵判据判断该过程的性质?如何判断?
解:Cp,m=CV,m+R=20.78J·K-1·mol-1
Smø(600)=Smø(298)+
=Smø (298)+Cp,m(600/298)
=160.8J·K-1·mol-1
4. 一绝热容器由绝热隔板分成两部分,分别放置两块各1mol的金属铜,温度分别为263K和313K,抽去隔板后,两块铜达到热平衡,求其ΔS,如何用熵判据判断该过程的性质?(已知Cp,m(Cu,s)=24.5J·K-1·mol-1)
解:达到热平衡时的温度 T=1/2(T1+T2)=288K
ΔS=nCp,m(T/T1)+nCp,m(T/T2)=0.18 J·K-1
∵ Q=0 W=0 是孤立体系 ΔS(孤)>0
∴ 该过程是自发过程
5.27℃,1mol理想气体体积为5.00dm3,当向真空中膨胀至10.0 dm 3时,求W ,Q,
ΔU, ΔS, ΔG, ΔH。
解:W=0 ΔU=0 Q=0 ΔH=0
ΔS=nRln(V2/V1)=5.76 J·K-1
ΔG=-TΔS=-1.73×103 J
6.1mol N2(理想气体)由200kPa,473K绝热膨胀(不可逆)至10.0kPa,340K,求算其ΔS。
解:ΔS=Cp,mln(T2/T1)+nRln(p1/p2)
=7/2 Rln(340/473)+Rln20.0
=15.3 J·K-1
7.1mol水在373K,101.3kPa下向真空蒸发变成373K和101.3kPa的水蒸气,试计算该过程的熵变,并判断该过程是否为自发过程。
已知:水的气化热为2259J·g-1。水蒸气可视为理想气体。
解:ΔS(体)=nΔvapHmø/T=109 J·K-1
Q(实)=ΔU=ΔH-nRT=37561 J
ΔS(环)=-Q(实)/T=-101 J·K-1
ΔS(总)=ΔS(体)+ΔS(环)=8.0 J·K-1
∵ ΔS(总)>0,且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程
8.计算273K,101.3kPa下,1mol水凝结成273K的冰时的熵变。已知 冰的熔化热为 6008 J·mol-1。
解:273K,101.3kPa下, H2O(l)→H2O(s) 为可逆相变
ΔS=nΔvapHmø/Tb=-22.01 J·K-1
9.1mol苯在353K,101.3kPa与353K的大热源相接触,使它向合适体积的真空器皿中蒸发完全变成101.3kPa的苯蒸气,计算该过程的熵变,并判断该过程是否为自发过程。已知:苯在353K的饱和蒸气压为101.3kPa,苯的蒸发热为394 J·g-1,苯蒸气可视为理想气体。
解:7:ΔS(体)=nΔvapHmø/T=87.1 J·K-1
Q(实)=ΔU=ΔH-nRT=27797 J
ΔS(环)=-Q(实)/T=-78.5 J·K-1
ΔS(总)=ΔS(体)+ΔS(环)=8.4 J·K-1
∵ ΔS(总)> 0 且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程
10.1mol C6H6(l)在正常沸点353.1K下可逆蒸发,其汽化热为395 J·g-1,计算ΔS及ΔA。
解:ΔS=Qr/T=87.3 J·K-1
ΔA=-W (等温可逆)
=-RT=-2.94 kJ
11.1molC6H6(l)在标准压力及353.1K(正常沸点)时,蒸发为蒸气(视为理想气体),计算此过程中的ΔA。
解:方法(1) ΔA=-W
W=RT=2936 J
ΔA= -RT= -2936 J
方法(2) ΔGT,p=0
ΔA=ΔG-pΔV= -RT= -2936
12.试比较下列两个热机的最大效率:
(1)以水蒸气为工作物质,工作于403K及313K两热源之间
(2)以汞蒸气为工作物质,工作于653K及323K两热源之间。
解:(1) η=(T2-T1)/T2
=22.3%
(2) η=(T2-T1)/T2
=50.5%
13.蒸汽机在393K和303K之间工作,欲使此蒸汽机做功1010J,试计算最少需要从393K热库中吸取多少热量。
解:此热机的最大效率η=W/Q2=(T2-T1)/T2
∴ 1010/Q2=(393-303)/393=0.229
∴ Q2=4410 J
14.在一温度为298K的室内有一冰箱,冰箱的温度为273K,试问欲使1kg水结冰,至少要做功若干?此冰箱放热若干?已知冰的熔化热为334.7J·g-1。
解:β=Q1/(-W)=T1/(T2-T1)
(1000×334.7)/(-W)=273/(298-273)
∴ W=-30625 J
此冰箱对环境放热为 Q2=W-Q1= -365325J
15.2mol理想气体在269K时,由4×105Pa,11.2dm3绝热向真空膨胀到2×105Pa,22.4dm3,计算ΔS,是否能利用熵判据判断该过程的性质?如何判断?
解:ΔS=nRln(V2/V1)=11.53 J·K-1
能用熵判据判断该过程的性质
ΔS(环)=-Q/T=0
ΔS(总)=ΔS(环)+ΔS(体)=11.53 J·K-1
∵ ΔS(总)> 0 且环境不对体系做功
∴ 该过程为自发过程
16.使5安培的电流经过20欧姆5秒钟,同时在电阻周围有恒温为283K的水流过,若水是大量的,试分别计算电阻和水的ΔS。
解:电阻的状态未发生变化,∴ ΔS(电阻)=0
Q(水)=I2Rt=2500J
ΔS(水)=Q(水)/T=8.83J·K-1
17.恒温下将1.013×105Pa的H2与O2各2mol混合,试计算熵变(假设H2与O2为理想气体)。
解:ΔS=-R(nAlnxA+nBlnxB)
=23.04J·K-1
18.2mol理想气体在320K时等温可逆膨胀从1.013×106Pa变为1.013×105Pa,计算Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG。
解:W=Q=nRTln(p1/p2)=12251.96J
ΔU=ΔH=0
ΔA=-nRTln(p1/p2)=-12251.96J
ΔG=nRTln(p2/p1)=-12251.96J
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你把这个过程看成是等温可逆过程,由于是等温过程,所以热力学能等于零。用热力学第一定律就可以计算吸收的热量,对外做的功以及热力学能和焓。
用热力学第二定律(等温可逆过程,ΔS=Q/T)计算熵变.至于吉布斯自由能变和亥姆霍兹自由能变就直接用公式就可以算。比如:
ΔG=-SdT + Vdp 等温过程,ΔT=0,所以直接用定积分就可以将吉布斯自由能变算出来,这一步需要pV=nRT进行代换。
2、△s=Q(可逆热)/T;系统吸热,环境放热, Q体=-Q环,根据定义,计算出来熵等于0则是自发的,大于0是非自发的。其实算热温商, Q体/ T+(-Q环)/T=0但是系统不是,所以用熵来判断自发与否有很大局限性,要是孤立系统,后面才出现了吉布斯、亥姆霍兹判据的。
甲苯的沸点约110.62℃.
课本是这样写的
苯、甲苯、乙醇的沸点与气压关系的公式:T(实际)=T(标准)-ΔT
其中
ΔT=ΔP/P°×RT/88
P°为标准气压
ΔP为标准气压减实际气压
R=8.3144J/K.mol
T=273K
T(标准)苯= 80.1℃
T(标准)甲苯= 110.8℃
理想溶液混合熵为ΔS=-nR∑xilnxi;其中xi为溶液中各组分的摩尔比例,n为总摩尔数;
在上述体系中,就是ΔS=-4mol*R(1/2ln1/2+1/2ln1/2)=-4mol*R*ln0.5=23.24J/K;
熵增加,说明是混乱度增加;
ΔG=ΔH-TΔS=-TΔS=-23.24J/K*T,恒为负值,说明是自发反应;当温度为25℃时,T=298K,ΔG=-6.93kJ