Второй закон термодинамики. Энтропия.

Второй закон термодинамики. Энтропия.
1. Рассчитайте мольную энтропию неона при 500 К, если при 298 К и том же объеме
энтропия неона равна 146,2 Дж·К–1·моль–1. (Ответ: S500 = 152,7 Дж·моль-1·К-1.)
2. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 11,2 л азота от 0 до 50°С и
одновременном уменьшении давления от 1 атм до 0,01 атм. (Ответ: ΔS = 21,6 Дж·К-1.)
3. Один моль гелия при 100 °С и 1 атм смешивают с 0,5 моль неона при 0°С и 1 атм.
Определите изменение энтропии, если конечное давление равно 1 атм.
(Ответ: ΔS = 8,26 Дж·К-1.)
4. Рассчитайте изменение энтропии при образовании 1 м3 воздуха из азота и кислорода
(20 об.%) при температуре 25 °С и давлении 1 атм. (Ответ: ΔS = 170 Дж·К-1.)
5. Три моля идеального одноатомного газа (CV = 3,0 кал·К–1·моль–1), находящегося при
T1 = 350 K и p1 = 5,0 атм, обратимо и адиабатически расширяются до давления
p2 = 1,0 атм. Рассчитайте конечные температуру и объем, а также совершенную работу и
изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в этом процессе.
(Ответ: Т2 = 184 К, V2 = 45,4 л, W = –1494 кал, ΔU = –1494 кал, ΔH = –2484 кал, ΔS = 0.)
6. Рассчитайте изменение энтропии при нагревании 0,4 моль хлорида натрия от 20 до
850 °С. Мольная теплоемкость хлорида натрия равна:
Cp(NaCl(тв)) = 45,94 + 16,32·10–3·T [Дж·К–1·моль–1], Cp(NaCl(ж)) = 66,53 [Дж·К–1·моль–1].
Температура плавления хлорида натрия 800 °С, теплота плавления 31,0 кДж·моль–1.
(Ответ: ΔS = 41,7 Дж·К-1.)
7. Рассчитайте изменение энтропии 1000 г метанола в результате его замерзания при –
105 °С. Теплота плавления твердого метанола при –98 °С (т.пл.) равна 3160 Дж·моль–1.
Теплоемкости твердого и жидкого метанола равны 55,6 и 81,6 Дж·К–1·моль–1,
соответственно. Объясните, почему энтропия при замерзании уменьшается, хотя
процесс – самопроизвольный. (Ответ: ΔS = –531 Дж·К-1.)
8. Пользуясь справочными данными, рассчитайте стандартное изменение энтропии в
реакции H2(г) + ½O2(г) = H2O(г) а) при 25 °С; б) при 300 °С.
(Ответ: ΔrSº298 = –44,4 Дж·моль-1·К-1,
ΔrSº573 = –50,9 Дж·моль-1·К-1.)
9. Рассчитайте изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии при нагревании
200 г воды от 25 °С до нормальной температуры кипения и полном испарении жидкости
(давление нормальное). Примите, что мольная теплоемкость воды не зависит от
температуры и равна: Cp = 75,3 Дж·К–1·моль–1. Удельная теплота испарения воды при
постоянном давлении равна 2260 Дж·г–1.
(Ответ: ΔU = 480,3 кДж, ΔH = 514,8 кДж, ΔS = 1,4 кДж·К-1.)
10. 3,00 моль газообразного CO2 расширяются изотермически (в тепловом контакте с
окружающей средой, имеющей температуру 15,0°C) против постоянного внешнего
давления 1,00 бар. Начальный и конечный объемы газа равны 10,0 л и 30,0 л,
соответственно. Рассчитайте изменение энтропии: а) системы, считая CO2 идеальным
газом; б) окружающей среды; в) Вселенной (система плюс окружающая среда).
(Ответ: ΔSсист = 27,4 Дж·К-1. ΔSокр = –6,94 Дж·К-1. ΔSВсел = 20,46 Дж·К-1.)