2013习题课第三章第二定律资料
2013-2014版物理《课时讲练通》配套课件10.4热力学第二定律(人教版选修3-3)
重点：1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．热力学第二定律的两种不同表述。 难点：1．理解热力学第二定律的两种表述的等价性。
2．理解热机的效率不可能达到100%。
3.用热力学第二定律解释生活中的有关现象。
一、热力学第二定律 1.热传导的方向性： 热量 会自发地从_____ 高温 物体 （1）温度不同的两个物体接触时，_____ 低温 物体，但不会自发地从_____ 低温 物体传给_____ 高温 物体，这 传给_____ 方向 性。 说明：热传导的过程具有_____ 不可逆 的。 (2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是_______
Q
2．第二类永动机：
单一热库 吸收热量，使之完全变为功而不引起 (1)定义：只从_________
其他变化的热机。 （2）第二类永动机不可能制成：虽然第二类永动机不违反 能量守恒定律 ，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不 _____________ 可能只有一个热库，热机要不断地把吸取的热量变为有用的功， 就不可避免地将一部分热量传给低温热库。
考查内容
热力学第一、二定律及两类永动机
【典例】关于热力学的第一、第二定律及第一、第二类永动机， 下列说法中正确的是( )
A．第一类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律
B．第二类永动机不可能制成的原因是违反了热力学第二定律
C．做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做 功和热传递一定会改变物体的内能 D．热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热 量完全变成有用功也是可能的，但会引起其他变化
（4）任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能，
即热机效率总低于100%，（4）错。
热力学第二定律的两种表述 1．两个温度不同的物体接触，热量是自发地从高温物体传给 低温物体的。这里所说的“自发地”指的是没有任何的外界影 响或者其他帮助。在我们的现实生活中，有无热量从低温物体
第三章 热力学第二定律
例2 N 2 ( g) 3 H2 ( g) 2 NH3 ( g) 反应不能最终进行到底
热力学第二定律任务：过程的方向与限度
自发过程
1. 自发过程
自发过程：在一定环境条件下，(环境)不作非体积功，系 统中自动发生的过程。 通常所说的“过程方向”即是指自发过程的方向。 非自发过程：自发过程的逆过程，不可逆 例：水流：水由高处往低处流； 传热： 热从高温物体传向低温物体； 扩散：NaCl溶液从高浓度向低浓度进行； 反应： Zn放在CuSO4溶液中
等容变温过程
QV dU nCV ,mdT dS
故有， S
T2 nCV ,m ln T1
CV ,m
例1、4mol单原子理想气体从始态750K，150KPa，先恒容 冷却使压力下降至50KPa，再恒温可逆压缩至100KPa。求 整个过程中的Q，W，U , H , S 4mol， 750K， 150KPa dV=0 4mol， dT=0 50KPa， T2 4mol， 100KPa， T2
（第二类永动机不可能）
热与功的转化
功
① W 无代价，全部
不可能无代价， 全部
热
Q 不等价，是长期实践的结果。
② 不是 Q W 不可能，而是热全部变 功必须 付出代价(系统和环境)，若不付 代价只能部分变功
3.卡诺循环及卡诺定理
△U = Q1 + Q2 + W = 0
W Q1 Q2 η Q1 Q1
热机效率
1. 卡诺循环
Carnot从理论上证明了热机效率的极限 卡诺循环 ： 恒温可逆膨胀：1 绝热可逆膨胀：2 恒温可逆压缩：3 2 3 4
绝热可逆压缩 :4
1
卡诺循环示意图
48-70 第三章热力学第二定律
第三章 热力学第二定律 本章知识要点与公式1.自发变化的不可逆性；一个自发变化发生后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，自发变化具有方向性，是不可逆的。
2.热力学第二定律Clausius ：不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化。
热力学第二定律表明：热转化为功是有条件的，有限度的，而功转化为热是无条件的。
3.Carnot 定律所有工作于同温热源与同温冷源之间的热机，其效率不可能超过可逆热机；所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆热机，其热机效率都相等。
4.熵（1）熵的数学表达式2pG H T T T ⎛∆⎫⎛⎫∂ ⎪ ⎪∆⎝⎭ ⎪=-∂ ⎪ ⎪⎝⎭B A R Q S T δ⎛⎫∆= ⎪⎝⎭⎰或Rδd Q S T ⎛⎫= ⎪⎝⎭ （2）Clausius 不等式d d 0Q S T =≥或d d QS T≥ 可利用不等式来判别过程的可逆性；等式表示可逆过程，不等式表示不可逆过程。
（3）熵增加原理在绝热过程中，若过程是可逆的则系统的熵是不变的，若过程是不可逆的，则系统的熵增加，绝热不可逆过程当达到平衡时，熵达到最大值。
5.熵的计算等温过程中熵的变化值（1） 理想气体等温可逆变化max R 2112ln ln W Q V pS nR nR T T V p -∆====（2） 等温等压可逆变化()()()H S T ∆∆=相变相变相变（3） 理想气体的等温等压混合过程，且符合分体积定律，mix B B Bln S R n x ∆=-∑非等温过程熵的变化值。
（4） 可逆等容，变温过程21,m d T V T nC S T T ∆=⎰ （5） 可逆等压，变温过程21,m d T p T nC S T T∆=⎰（6） 分布计算法12211221T ,m 212T 1T ,m 112T 2ln d ln d S S V S S p A C B nC V S S S nR T V T A C B nC p S S S nR T p T ∆∆''∆∆⎧⎫−−−−→−−−−→⎪⎪⎪⎪∆=∆+∆=+⎪⎪⎪⎪⎨⎬−−−−→−−−−→⎪⎪⎪⎪⎪⎪∆=∆+∆=+⎪⎪⎩⎭⎰⎰等温可逆等容可逆等温可逆等压可逆5.热力学第二定律本质：在隔离系统中，由比较有次序的状态向比较无次序的状态变化，是自发变化的方向。
牛顿三定律(第二定律)(附部分基础习题)
牛顿第二定律一、牛顿第二定律的内容:物体的加速度a 跟作用在物体上的合外力F 合成正比，跟物体的质量m 成反比,加速度方向与合外力F 合方向相同.数学式：a ∝F 合在选取单位为国际单位制时,k=1,计算时F ，m ，a 必须统一国际单位.（物理意义:使质量为1kg 的物体产生1m/s2的加速度的力，规定为1N.）二、牛顿第二定律的理解:1.因果性 ——力是产生加速度的原因。
2.同时性(瞬时性) ——F 合=ma 为瞬间关系;力和加速度同时产生，同时消失,同时变化.3.矢量性（同向性）——F 、a 是矢量加速度与合外力的方向一致。
4.相对性——由F 合=ma 计算出的a 是相对地面而言的。
5.同一性——F 、m 、a 必须同时对应于同一物体。
6.独立性——F 合产生的a 是总加速度,x 方向合力产生x 方向的加速度y 方向合力产生y 方向的加速度,互不影响.ma 1∝mF a 合∝⇒mF ka 合=⇒yy xx maF maF ==合合2/11s m kg N ∙=即三.牛顿定律的适用范围：(1)牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系).(2)牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。
特别提醒：（1）牛顿第二定律F=ma在确定a与m、F的数量关系的同时,也确定了三个量间的单位关系及a和F间的方向关系.（2）应用牛顿第二定律求a时,可以先求F合,再求a,或先求各个力的加速度,再合成求出合加速度.四、解题思路点拨：1.已知物体的受力情况,求物体的运动情况.2.已知物体的运动情况,求物体的受力情况.3.利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的“桥梁”作用,将运动学规律和牛顿第二定律相结合,寻找加速度和未知量的关系,是解决这类问题的思考方向.补充：1、对第二定律理解的补充：（四性）（1）瞬时性根据牛顿第二定律，对与质量确定的物体而言，其加速度的大小和方向完全由物体受到的合外力的大小和方向所决定。
(3)热力学第二定律、习题课
5 5 Q1 = Qab + Qbc = PcVc + PcVc ln 2 = ( + ln 2) PcVc 4 4 7 Q2 = − Qca = PcVc 4 7 PcVc Q2 7 4 ∴ η =1− =1− =1− 5 Q1 5 + 4 ln 2 ( + ln 2) PcVc 4
4 ln 2 − 2 ≈ 6 00 = 4 ln 2 + 10
c
Qca = C P (Ta − Tc ) =
7 R(Ta − Tc ) 2 18 7 7 1 7 = Pa (Va − Vc ) = Pc ( Vc − Vc ) = − PcVc 2 2 2 4
36 V(升) 升
在整个循环过程中，系统从外界吸热和向界放热。 在整个循环过程中，系统从外界吸热和向外界放热。
§15.5、6 热力学第二定律 可逆与不 、 可逆过程 卡诺定理 一、可逆过程和不可逆过程
1、定义： 、定义： 一个系统经过一个过程 P 从一状态变化到另 一状态，如果存在一个过程使系统和外界 存在一个过程使系统和外界完全复 一状态，如果存在一个过程使系统和外界完全复 可逆的 否则是不可逆 不可逆的 原，则说明原过程 P 是可逆的，否则是不可逆的。 注意关键词 •判断的是原过程 判断的是原过程P 判断的是原过程 •系统和外界全复原 系统和外界全复原
A = Aab − Aca > 0
则系统从外界吸收净热量Q 则系统从外界吸收净热量 = A > 0
CV Q Qbc = ν CV (Tc − Tb ) = ν R(Tc − Tb ) R CV P ( Pc − Pb )Vb = a R 又 Pc < Pb ∴ Qbc < 0
又 Q Q = Qab + Qbc > 0
习题课(三)热力学第二定律
9 . 45 ( 6 . 68 )
2 . 77 ( J K
1
)
系统进行绝热不可逆过程△S > 0 ，符合熵增 加原理。
17
例：P269 习题5.1.2 p 证明(一) ： B C 假设两条绝热线可以相交， A 如图所示的A点 设计一等温过程B→C ， O V 分别交两绝热线于B和C ， 构成循环过程 B→C→A→B 。 则在一循环中， 只有B →C 过程吸热Q1 对外作净功W’= Q1 (= 循环 曲线面积) ，这样的机器为从单一热源吸热转变 为功的机器，违背了开氏表述，所以原假设不成 立，即两条绝热线不能相交。 18
VA VB
VA
RT
A
p0 RT B p0 RT
p V B
…(3)
14
将(3)代入(2) 得：
RT p0
A
RT p0
B
2
RT p
p
2T T A TB
p0
2 487 . 5 300 600
1 1 . 08 ( atm )
(2)由理想气体的熵变计算式
RT
3 2
A
5 2 5 2
RT R
B
R
3 300 5 600 35
487 . 5 ( K )
13
再求压强 p ： 设初态A、B两部分的体积为VA 、VB ，末态的 体积为VA’ 、VB’ ，但由于容器是刚性的
V A V B V A V B
…(2)
由理想气体状态方程得：
(1) 求整个系统达到平衡的温度T、压强 p (O2 分子可视为刚性理想气体) ；
11
热力学习题课2013
C. △H1< △H2 D. 无法确定
6. 已知在298K时，H2O(g)的标准摩尔生成焓和H2(g)的标准摩尔 燃烧焓的数据如下
f Hm ( H 2O, g ) 241.82kJ mol 1
则在298K和标准压力下，平衡 H 2O(l ) H 2O( g ) A. -44.01kJ/mol C. 241.82 kJ/mol B. 44.01kJ/mol D. 285.83kJ/mol
B. △U< △ H, △A< △G, △S>0 C. △U> △ H, △A> △G, △S<0 D. △U< △ H, △A< △G, △S<0
4
5. 一定量的理想气体从同一始态出发，分别经如下两个过程达到 相同压力的终态，（1）等温压缩，其焓变为△H1，（2）绝热 压缩，其焓变为△H2，两者之间的关系为 A. △H1> △H2 B. △H1= △H2
2. 液体苯在一绝热刚性的氧弹中燃烧，其化学反应为 C6H6（l）+7.5O2（g）=6CO2（g）+ 3H2O（g）, 则下面表示准确的是 ( ) A.△U=0,△H<0,Q=0 B. △U=0,△H>0,W=0
C. △U=0,△H=0,Q=0
D. △U ≠ 0,△H ≠ 0,Q=0
3
3. 对于一定量的理想气体，下列不可能发生的过程是（）
（1）恒温下绝热膨胀；（2）恒压下做绝热膨胀；
（3）同时对外做功并放热； （4）不做非膨胀功，恒容下发生绝热过程，使系统温度上升 A. (1),(2) B. (3),(4) C. (1),(3) D. (2),(4) 4. 一定量的液态环己烷在其正常沸点时变为同温、同压的蒸 气，则（）
第二章-热力学第二定律
第三章 热力学第二定律一、选择题1. 系统经历一个不可逆循环后：A. 系统的熵增加B. 环境热力学能减少C. 环境的熵一定增加D. 系统吸热大于对外做功2. 理想气体与温度为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25%，则系统的熵变为：A. 0B. Q /TC. - Q /TD. 4Q /T3. 下列四个关系式中，不是麦克斯韦关系式的是：A. (∂S /∂p )T =- (∂V /∂T )pB. (∂T /∂p )s = (∂V /∂S )pC. (∂S /∂V )T =(∂p /∂T )VD. (∂T /∂V )s = (∂V /∂S )p4. 封闭系统中，若某过程的ΔA = 0，最可能的情况是：A. 绝热可逆，且 W f = 0B. 等容等压可逆，且W f = 0C. 等温等容，且 W f = 0的可逆过程D. 等温等压，且W f = 0的可逆过程5. 从热力学基本关系式可导出 (∂U /∂S )V 等于：A. (∂A /∂V )TB. (∂H /∂S )pC. (∂U /∂V )SD. (∂G /∂T )p6. 可逆机的效率最高，在其它条件相同的情况下，假设火车由可逆机牵引，其速度将： A. 最慢 B. 中等 C. 最快 D. 不能确定7. 在 100℃ 和 25℃ 之间工作的热机，其最大效率为：A. 100 %B. 75 %C. 25 %D. 20 %8. 对1mol 理想气体，温度由T 1变到T 2，等压可逆过程系统熵变为❒S p ，等容可逆过程系统熵变为❒S V ，则❒S p :❒S V 为：A. 1:1B. 2:1C. 3:5D. 5:39. 某气体状态方程为p = f (V )·T ，则恒温下该气体的熵是随体积的增加而： A. 增加 B. 不变 C. 减小 D. 不能确定10. 求任一不可逆绝热过程的熵变ΔS 时，可以通过 途径求得：A. 始终态相同的可逆绝热过程B. 始终态相同的可逆非绝热过程C. 始终态相同的可逆恒温过程D. B 和C 均可11. 一定量的理想气体向真空绝热膨胀，体积由V 1变到V 2，则熵变求算公式为： A. ΔS =0 B. 21lnV S nR V ∆= C. 21ln pS nR p ∆= D. 无法求算 12. 298K 时，1 mol 理想气体等温可逆膨胀，压力从1000kPa 变到100kPa ，系统的吉布斯自由能变化值为：A. 0.04kJB. -12.4kJC. 5.7kJD. -5.7kJ13. 热力学第三定律也可表示为：A. 在0K 时，任何晶体的熵等于零B. 在0℃时，任何晶体的熵等于零C. 在0K 时，任何完整晶体的熵等于零D. 在0℃时，任何完整晶体的熵等于零14. 在273.15K 、101325Pa 的条件下，水凝结成冰，系统的热力学量变化一定为；零的是： A. ❒H B. ❒U C. ❒S D. ❒G15. 在-10℃、101325Pa 下，1mol 水凝结为冰的过程中，下列公式扔适用的是：A. ❒U =T ❒SB. H GS T∆-∆∆=C. ❒H =T ❒S + V ❒pD. ❒G T ,p =0二、填空题1. 对于孤立系统，∆S = 0表示 过程；∆S < 0 表示________过程；∆S >0表示__________过程。
2013习题课第三章第二定律资料
)T简单状态变化)
(A) T pdV
3. 定义式 (适用于( G= H - T S A= U - T S
)T任何过程) rGm= rHm - T rSm
五、一些基本过程的ΔS、ΔG、ΔA的运算公式
基本过程
S
G
(W f 0)
A
理想气体，等 温可逆过程
理量，它与微观物理量——热力学概率Ω的关系为:
S k ln
依据Clausius不等式:
S A B
A B
Q
T
0
可用来判别过程的可逆性，等号表示可逆，不等
号表示不可逆。系统若经历一个微小的变化，其熵变 为不可逆过程中的热温商：
T 在绝热条件下 ，若系统发生一个可逆变化 ，则 ΔS=0; 若系统发生一个不可逆变化，则 ΔS>0 ，所以 在绝热系统中熵值永不减少。 在隔离系统中（该系统也必然是绝热的），若发 生一个不可逆变化（在这样条件下的不可逆变化必定 是个自发变化），系统的熵值一定增加。若一个隔离 系统已达到平衡态，再发生任何过程都是可逆的。所 以在隔离系统中，熵值永不减少，这就是熵增加原理。
第三章 热力学第二定律
一、内容提要 1. 热力学第二定律 热力学第二定律的描述： Kelvin说法：不可能从单一热源取出热使之完全 变为功而不发生其他变化。这一说法揭示了热功转换 的不可逆性。Kelvin说法的另一种表述形式为：第二
类永动机是不可能造成的。
Clausius 说法：不可能把热从低温物体传到高温
T2
T1
S T dT
基本过程
理想气体，绝热可 逆过程
(1)nR ln
S
G H S T
物理化学第三章 第二定律(72)
0
结论：任意可逆循环的热温商之和为零，该结论又被 称为克劳修斯原理
根据高数中的积分原理，若沿封闭曲线的环积分为零，则 所积变量应当是某函数的全微分。 即：（δQr/T）的积分值只与系统的始、末态有关，与过程 的具体途径无关，这是典型的状态函数的特征！ （2）熵的定义
Q dS r
★熵是状态函数
思考：下式Qir T
1 Qir 2 T
★根据克劳修斯不等式可知只有可逆过程的热温商才等于 过程熵变，因此求熵变必须依据可逆途径！
★克劳修斯不等式也被看成是热力学第二定律的数学表达式
思考题：理想气体从某一始态出发，分别进行绝热可逆膨 胀和绝热不可逆膨胀，能否到达相同的终态？为什么？
p
（3）恒温可逆压缩过程
T1 Q1 T2 Q2
p2,V2,T1 2
Q/=0
4 p4,V4,T2
3 p3,V3,T2
Q// 0 W // U // nCv,m (T1 T2 )
V
由理想气体绝热可逆过程方程推得: V2 卡诺循环的热机效率:
W Q1 Q2 Q1 Q1
Qsys，实际 Tamb 12387.86 J K 1 41.57 J K 1 298
Siso Ssys Samb 26.67J K 1
（5） 绝热过程熵变的计算 绝热可逆过程： Qr 0
S 0
绝热不可逆过程 ：
Q 0
U W
ΔS < 0
ΔS > 0 ΔS < 0
3.3 熵增原理
★熵增原理
将克劳修斯不等式用于绝热系统： Q 0
Q 不可逆 dS 0 或 S 0 不可逆 dS T 可逆 可逆
热力学第二定律(习题课)
本章小结与学习指导
1 8.314 380 5 p2 8.47 10 Pa 3 3.731 10
7 H 1 1 8.314(380 400) 582J 2 S1 0
本章小结与学习指导
2. 绝热反抗恒外压
1 8.314 380 1 8.314 400 415.7 P2 ' ( ) 5 P2 ' 10 1.013 10 P2 ' 8.36 105 Pa H 2 H 1 582J S 2 nC p ,m ln T2 T1 nR ln p1 p2
本章小结与学习指导
(1) 解： Q＝0,W 0, U f (T ,V ) 0 此过程为等温过程 H＝0 2 p0 p1 S＝nR ln nR ln 5.763J K 1 p2 p0 G H T S nRT ln 2 1.729kJ
(2) Q 0,W 0, U f (T ,V ) 0
2H 0
H ( H 2 O) 1 H 2 H 1 H 24.36kJ 1H 24.36103 1S 65.31J K 1 T 373
2 S n2 ( H 2O, g ) R ln 0.4 p0 p2 0.8 8.314ln J K 1 6.09 J K 1 p3 p0
本章小结与学习指导
4．本章有关计算
(1)计算S、A及G的通式
S=(Qr/T)
A=U-(TS)=U-(T2S2-T1S1)
G=H-(TS)=H-(T2S2-T1S1)
其中： T2S2-T1S1
本章小结与学习指导
4．本章有关计算
(2)理想气体纯PVT变化过程
高考物理一轮复习精讲精练 第3章 牛顿运动定律 第二讲 牛顿第二定律
第二讲牛顿第二定律➢知识梳理一、牛顿第二定律1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
2.表达式：F＝kma，当F、m、a单位采用国际单位制时k＝1，F＝ma。
3.适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或做匀速直线运动的参考系)。
②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。
二、单位制、基本单位、导出单位1.单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。
①基本量：只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理公式推导出其他物理量的单位，这些被选定的物理量叫做基本量。
②基本单位：基本量的单位。
力学中的基本量有三个，它们是质量、时间、长度，它们的单位千克、秒、米就是基本单位。
③导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。
2.国际单位制的基本单位➢知识训练考点一、牛第二定律的理解1.牛顿第二定律的五个性质(1)矢量性：加速度方向与合力的方向相同，表达式是矢量式。
(2)独立性：作用在物体上的每一个力都可以产生一个加速度，物体的加速度是所有力产生的加速度的矢量和。
(3)因果性：F 是产生a 的原因。
(4)同体性：F 、a 、m 必须针对同一个物体或系统(5)瞬时性：加速度与合力F 是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失。
2.合力、加速度、速度的关系(1)物体的加速度由所受合力决定，与速度无必然联系。
(2)合力与速度夹角为锐角时，物体加速；合力与速度夹角为钝角时，物体减速。
(3)a ＝Δv Δt 是加速度的定义式，a 与v 、Δv 、Δt 无直接关系；a ＝Fm 是加速度的决定式。
例1、有关运动与相互作用的关系，下列说法正确的是( ) A ．一个物体速度向东，则其受合力一定向东 B ．一个物体速度越大，则其受合力一定越大 C ．一个物体受合力为0，则其速度一定为0 D ．一个物体受合力越大，则其速度变化一定越快 【答案】D【解析】如果物体向东减速运动，则其所受合力向西，A 错误；如果物体以很高的速度做匀速运动，则其所受合力为零，B 、C 错误；一个物体受合力越大，根据牛顿第二定律可知，其加速度越大，即速度变化就越快，D 正确。
物理化学热力学第二定律例题
第三章 热力学第二定律引用参考资料（1） 天津大学物理化学习题解答（第五版）；（2）江南大学课件附带习题中选择题和填空题部分；（3）2001－山东大学－物理化学中的术语概念及练习；一、 填空题1．某热机循环一周，从高温热源吸收200kJ ，向低温热源放热100kJ ，则=∆-)(pV W （ ）-100kJ2．在高热源T 1和低温热源T 2之间的卡诺循环，其热温熵之和2211T Q T Q + =（ ）。
循环过程的热机效率η=（ ）。
0，121T T T - 3． 100℃、1大气压下的水，恒温恒压下蒸发成100℃、1大气压的水蒸气，则∆S （ ）0，∆G （ ）0。
∆S >0 、∆G = 04．一定量理想气体与300K 大热源接触做等温膨胀，吸热Q=600KJ ，对外所做功为可逆功的40%，则系统的熵变ΔS=（ ）。
1-K kJ 5⋅1-r r K kJ 5K3004.0kJ 600⋅=⨯=-==∆T W T Q S 5．1mol 单原子理想气体从p 1、V 1、T 1等容冷却到p 2、V 1、T 2，则该过程∆U （ ）0，∆S （ ）0，W （ ）0（填> , < , =）。
∆U < 0，∆S < 0，W = 06．乙醇液体在常压、正常沸点温度下蒸发为乙醇蒸汽，过程的S H ∆∆与的关系是（ ）；Q 与H ∆的关系是（ ），计算H ∆所需要的热力学基础数据：（ ）或者（ ）和（ ）。
TH S ∆=∆；H Q ∆=；乙醇在正常沸点下的蒸发焓m vap H ∆；乙醇液体在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ∆m f H ；乙醇蒸气在正常沸点下的标准摩尔生成焓Θ∆m f H7．某一系统在与环境300K 大热源接触下经历一不可逆循环过程，系统从环境得到10KJ 的功，则系统与环境交换的热Q=（ ）；ΔS sys =（ ）；ΔS amb =( )。
-10kJ ；0；33.331-K J ⋅因为循环过程0=+=∆W Q U ；8．298K 气相反应CO （g ）+ 1/2 O （g ）= CO 2（g ），该反应的∆G ∆A∆U ∆H （填> , < , =）。
物理化学课后习题答案第三章
第三章热力学第二定律3.1卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3.5高温热源温度，低温热源。
今有120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源，龟此过程的。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7已知水的比定压热容。
今有1 kg，10 C的水经下列三种不同过程加热成100 C的水，求过程的。
（1）系统与100 C的热源接触。
（2）系统先与55 C的热源接触至热平衡，再与100 C的热源接触。
（3）系统先与40 C，70 C的热源接触至热平衡，再与100 C的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此3.8已知氮（N2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N2(g)置于1000 K的热源中，求下列过程（1）经恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的。
解：在恒压的情况下在恒容情况下，将氮（N2, g）看作理想气体将代替上面各式中的，即可求得所需各量3.9始态为，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到，的末态。
求各步骤及途径的。
（1）恒温可逆膨胀；（2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀， U = 0，因此（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:根据理想气体绝热过程状态方程，各热力学量计算如下2.12 2 mol双原子理想气体从始态300 K，50 dm3，先恒容加热至400 K，再恒压加热至体积增大到100 dm3，求整个过程的。
工程热力学_曾丹苓_第三章熵与热力学第二定律
第三章熵与热力学第二定律（6+1学时）1. 教学目标及基本要求深刻认识热力学第二定律的实质——热过程有方向性，实际热过程不可逆；了解历史上关于第二定律的不同表述；了解热力学第二定律和熵方程的基本应用方法；进一步认识热力学的推论工具和推论方法，掌握卡诺定理、克劳修斯不等式、熵增原理的重要意义及其应用方法；理解概念，如有效能；自由能，自由焓；热力学温标等。
2. 各节教学内容及学时分配3-1 概述（0.5学时）3-2 热过程的方向性——不可逆性（0.5学时）3-4 热力学第二定律的表述（0.3学时）3-3可逆过程（0.2学时）3-5，3-7卡诺循环，卡诺定理（1学时）3-8 克劳修斯不等式（0.5学时）3-9 状态参数熵（0.5学时）3-10 熵增原理（0.5学时）3-11 熵方程（0.5学时）3-12 热力系的有效能（1学时）3-6 热力学温标（0.3学时）3-14，3-15 关于热力学第二定律的一些讨论（0.2学时）★习题课：3-13 热力学第二定律熵方程应用举例（1学时）3. 重点难点第二定律的实质；热过程的方向性；第二定律各种表述的等效性；可逆与不可逆过程；可逆与准平衡过程；不可能过程；熵，熵产与熵流。
4. 教学内容的深化和拓宽熵增原理的应用；孤立系的有效能耗散；热力学第二定律的统计解释；热寂说批判。
5. 教学方式讲授，讨论，.ppt，习题课6. 教学过程中应注意的问题特别注意：本章内容是热力学最重要的理论基础，概念多，且有些较抽象（如熵参数），需十分留意联系实际，深入浅出，理清线索。
同时，本章也是引导学生进行逻辑推理、思维训练的好机会。
7. 思考题和习题思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）习题：教材习题1，5，7，9，10，12~14（可变）8. 师生互动设计讲授中提问并启发讨论：听说过“第二类永动机”的例子吗？注意到汽车、摩托车都有个“排气筒”吗？不要行不行？ “根据Law II ，热量不能低温→高温”，这样的说法正确否？为什么？ 有人告诉你，某热力发电厂，热效率为100%，你觉得如何？为什么？又有人说该电厂热效率为60%，你觉得可信吗？怎样判断？9. 讲课提纲、板书设计第三章 熵与热力学第二定律 3-1 概述历史上，追求第一类永动机不成功→认识到热也是一种能量→建立 Law I ：反映热与功量上相当；追求第二类永动机不成功→认识到热过程有方向性→建立 Law II ：表明热与功质不等价。
第3章热力学第二定律
P199复习题1、指出下列公式的适用范围：（1）∑-=∆BB B mix x n R S ln ：理想气体或理想溶液的等温、等压混合过程。
（2）22,,121121ln ln T T p m V mT T nC nC p V S nR dT nR dT p T V T ⎛⎫⎛⎫∆=+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰：理想气体的物质的量一定从T 1，p 1，V 1到T 2，p 2，V 2的过程。
（3）dU=TdS －pdV ：单组分均相封闭系统只做体积功的过程。
（4）G Vdp ∆=⎰：单组分均相封闭系统只做体积功的等温过程。
（5）S ∆、A ∆、G ∆作为判据时必须满足的条件：熵判据：用于隔离系统或绝热系统：dS U ，V ，Wf ＝0≥0。
亥姆霍兹自由能判据：在等温容下不作其它功的条件下，过程总是沿着A 降低的方向进行，直到A 不再改变，即dA ＝0时便达到该条件下的平衡态。
吉布斯自由能判据：等温等压下不作其它功的条件下，过程总是沿着G 降低的方向进行，直到G 不再改变，即dG ＝0时便达到该条件下的平衡态。
2、判断下列说法是否正确，并说明原因：（1）不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的。
答：前半句错。
自发过程一定是不可逆的，而并不是所有的不可逆过程都是自发的。
对有些不可逆过程通过对其做功，可使它自发进行。
（2）凡是熵增加的过程都是自发过程。
答：错。
熵判据用于隔离系统或绝热系统：dS U ，V ，Wf ＝0≥0。
（3）不可逆过程的熵永不减少。
答：错。
对于隔离系统或绝热系统中发生的不可逆过程的熵永不减少。
（4）系统达到平衡时，熵值最大，Gibbs 自由能最小。
答：错。
在隔离系统或绝热系统中，系统达到平衡时，熵值最大。
在等温等压下不作其它功的系统中，系统达到平衡时，Gibbs 自由能最小。
（5）当某系统的热力学能和体积恒定时，0S ∆<的过程不可能发生。
答：错。
对于隔离系统或绝热系统热力学能和体积恒定时，0S ∆<的过程不可能发生。
物理化学复习 第三章
山东科技大学
dA T W ； 或 AT W
可逆过程： dA T WR； 或 AT WR
★ 恒温过程中系统 A 的减小值等于可逆过程中系统所做的功。 ★ 恒温可逆过程中系统做最大功—最大功原理。 ★ A 可以看作系统做功的能力—功函。
第三章 热力学第二定律
山东科技大学
如两相达到相平衡时，在相同T、P时，则相同组份在两相 中化学势必然相等，如一相中化学势大于另一相，则从高 的向低的转移直到相等。 3）理想气体混合物的化学势： 对于1mol纯理想气体组份，在T下从标准态压力p0恒温变 压至p时，其化学势μ0(Pg,T,p0)变至μ*(Pg,T,p)则二者 之间关系为： μ*(Pg,T,p) =μ0 (Pg,T,p0)+RTln(p/p0). 上述简写： μ* =μ0+RTln(p/p0).
X i dni
第三章 热力学第二定律
偏摩尔量的物理意义 (1) 偏摩尔量是一个变化率。
◆
山东科技大学
向 T,p,n j≠i 恒定的多组分系统中加入 dni (mol )的i 物质，广延性质X增加dX, 偏摩尔量为 dX / dni 。 (2) 偏摩尔量是一个增量。 向 T,p,n j≠i 恒定的无限大多组分系统 中加入 1 mol 的i 物质，广延性质X增加ΔX, 偏摩尔量为 Δ X 。 (3) 偏摩尔量是一个实际的摩尔贡献量。 偏摩尔量是1 mol 的i 物质对T,p,n j≠i 恒定的多组分系统的广延 性质X的实际贡献量。
2.液体或固体恒压变温过程
S nCp,m ln(T2 / T1 )
第三章 热力学第二定律
4.环境熵变与隔离体系熵变：
山东科技大学
因环境是一个无限大的热源，与体系换热不会对其压力 和温度有影响，因此与体系换热引起的环境熵变为： △S环境=Q环/T=-Q体系/T； △S隔离 =△S环境+ △S体系；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
dS
QR
Boltzmann 公式中 , 熵是一个宏观物理量 , 热力学 概率是个微观量,这是一个联系宏观热力学和统计热力 学的桥梁公式.
4. Helmholtz自由能 Helmholtz自由能是状态函数、容量性质，
其定义为。
A U TS
def
在等温过程中，一个封闭系统所能做的最大 功，等于Helmholtz自由能的减少，即:
2 . Carnot定理 热力学第二定律证明，所有工作于同温热源
与同温冷源之间的热机，其效率都不能超过可逆
机，这便是Carnot定理。 由Carnot定理得到一个重要推论：所有工作 于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效 率都相等，即可逆机的效率与工作物质无关。这
一重要推论使理想气体 Carnot循环的结论可以推
实测的偏微熵可以用实验测得的偏微熵来代替.
7. 热力学第三定律 20世纪初，在大量低温实验的基础上建立了热力 学第三定律，有如下三种说法: （ 1 ） Nernst （能斯特）热定理（ 1906 年）：在 温度趋于热力学温度 0K 时的等温过程中，系统的熵 lim S T 0 值不变，即 。 T 0 （2）Planck（普朗克）假定（1912-1920年）： 在0K时，任何完整晶体的熵等于零。 （3）不能用有限的步骤把一个物体的温度降到热 力学温标的0K。
W ,W We Wf
等号表示可逆，不等号表示不可逆。
若系统在等温、等容且不做非膨胀功的情况下,则:
,V ,W f 0 0
若系统任其自然不去管它，则等号表示可逆平 衡，不等号表示自发变化。 利用Helmholtz自由能，在一定条件下可以判别 自发变化方向。
5. Gibbs自由能
dG= SdT + Vdp
(3) Maxwell关系式
dU=TdS pdV dH=TdS + Vdp
T p V S S V T V p S p S
S p dA= SdT pdV V T T V dG= SdT+ Vdp S V p T p T
广到任意工作物质的可逆机了。
自发过程的共同特征—不可逆性，都可以归
结到热功转换的不可逆性。 Carnot定理引出了
不等式 I R ，不仅解决了热机效率的极限问
题，而且也是所有不可逆过程共同的判别准则。
就是这个不等式，解决了化学反应的方向问题，
所以Carnot定理具有非常重大的意义。
3. 熵函数和熵增加原理 熵是系统的状态函数、容量性质，是一个宏观物
dAT ,V ,W 0 0
f
（3）Gibbs自由能判据：
dGT , p,W 0 0
f
8. 热力学基本关系式
（1） 定义式：H=U + pV
A=U TS
G=H TS
（2）组成恒定、不做非膨胀功的封闭系统的热 力学基本方程：
dU=TdS pdV dH=TdS + Vdp dA= SdT pdV
物体而不引起其他变化。
这一说法揭示了热量传递的不可逆性。若从能量
的品位角度论述热力学第二定律，还可说成一切自发
过程都是向着能量品位降低的过程进行。
人们在研究热功交换规律的基础上，抓住了事物
的共性，提出了具有普遍意义的熵函数。根据熵函数 以及由此导出的其他热力学函数，可以解决化学反应 的方向和限度问题。这就是热力学第二定律的重要作 用。
理量，它与微观物理量——热力学概率Ω的关系为:
S k ln
依据Clausius不等式:
S A B
A B
Q
T
0
可用来判别过程的可逆性，等号表示可逆，不等
号表示不可逆。系统若经历一个微小的变化，其熵变 为不可逆过程中的热温商：
T 在绝热条件下 ，若系统发生一个可逆变化 ，则 ΔS=0; 若系统发生一个不可逆变化，则 ΔS>0 ，所以 在绝热系统中熵值永不减少。 在隔离系统中（该系统也必然是绝热的），若发 生一个不可逆变化（在这样条件下的不可逆变化必定 是个自发变化），系统的熵值一定增加。若一个隔离 系统已达到平衡态，再发生任何过程都是可逆的。所 以在隔离系统中，熵值永不减少，这就是熵增加原理。
第三章 热力学第二定律
一、内容提要 1. 热力学第二定律 热力学第二定律的描述： Kelvin说法：不可能从单一热源取出热使之完全 变为功而不发生其他变化。这一说法揭示了热功转换 的不可逆性。Kelvin说法的另一种表述形式为：第二
类永动机是不可能造成的。
Clausius 说法：不可能把热从低温物体传到高温
二、基本公式
1. Carnot定理
I R
Q 0 T i
（1）热机效率的极限为
。
（2）由热功交换的不可逆性引出的这个不等式解
决了自发变化的共同判别准则。
2. 热力学第二定律的数学表达式—Clausius不等式
S A B
A B
Q
T
0
衡，不等号表示自发变化。 利用Gibbs自由能，在一定条件下可以判别自发
变化的方向。
6. 热力学基本关系式及其应用 组成不变的封闭系统，在不做非膨胀功时的四大 热力学基本关系式; 利用这些基本公式可以导出更多的 热力学函数之间的关系式。这些公式均表示系统在平衡
态时的热力学函数之间的关系，更重要的是，一些不易
3. 熵函数的定义
Q dS T R
def
4. Boltzmann熵定理
S k ln
5. Helmholtz(亥幕霍兹)自由能定义
A U TS
def
6. Gibbs自由能定义
G H TS
def
7.热力学判据
（1）熵判据：
dSU ,V 0
(2) Helmholtz自由能判据：
Gibbs自由能是状态函数、容量性质，其定义为:
G H TS
def
在等温等压下，一个封闭系统所能做的最大非膨 胀功等于其Gibbs自由能的减少，即:
Wf G
等号表示可逆，不等号表示不可逆。 若系统在等温、等压且不做非膨胀功的情况下， 则:
GT , p,W f 0 0
若系统任其自然不去管它，则等号表示可逆平