力三 物理化学电子教素 生第二章热力学第二定律 王21自发变化的共同特征不可逆性 §22热力学第二定律的经典表述 523卡诺定理 52.4熵的概念 525 Clausiu不等式 52.6熵变的计算与应用 527熵的统计意义 王52.亥姆霍兹函数和吉布斯函数 529△G的计算 王5210封闭体系的热力学关系式 上国回
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 第二章 热力学第二定律 §2.1 自发变化的共同特征—不可逆性 §2.2 热力学第二定律的经典表述 §2.3 卡诺定理 §2.4 熵的概念 §2.5 Clausius不等式 §2.6 熵变的计算与应用 §2.7 熵的统计意义 §2.8 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 §2.9 △G 的计算 §2.10 封闭体系的热力学关系式 §2.11 热力学第三定律规定熵
力三 物理化学电子教素 工午午T 概述 任何违背热力学第一定律的过程是肯定不能发生 的,但大量的事实又表明:不违背第一定律的过程也 c并不都能发生。 ▲如温度不同的物体接触时,热可由高温物体 传向低温物体;相反,其逆过程不可能发生.但该过 程并不违背第一定律 王▲又如在标准状态下发生下列化学反应: Zn+ Caso(aq=/nso(ag+Ca 体系向环境放出2168KJ的热量 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 概 述 任何违背热力学第一定律的过程是肯定不能发生 的, 但大量的事实又表明: 不违背第一定律的过程也 并不都能发生。 ▲如温度不同的物体接触时, 热可由高温物体 传向低温物体; 相反, 其逆过程不可能发生. 但该过 程并不违背第一定律. ▲又如在标准状态下, 发生下列化学反应: Zn +CaSO4 (aq) ZnSO4 (aq)+Ca 体系向环境放出216.8KJ的热量
力三 物理化学电子教素 在相同条件下,由环境供给2168k的热使Cu与 ZnSO作用生成Zn和CuSO的反应却不能发生 结论:热力学第一定律不能判定一定条件下过 程进行的方向。 王▲个化学反应在指定的条件下朝一个方向 进行,能进行到什么程度,产率是多少?这是过程 工工工 进行的限度。 结论:热力学第一定律也不能判定一定条件 下过程进行的限度。 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 结论：热力学第一定律不能判定一定条件下过 程进行的方向。 ▲ 一个化学反应在指定的条件下朝一个方向 进行, 能进行到什么程度, 产率是多少？这是过程 进行的限度。 结论: 热力学第一定律也不能判定一定条件 下过程进行的限度。 在相同条件下, 由环境供给216.8kJ的热使Cu与 ZnSO4作用生成Zn和CuSO4的反应却不能发生
力三 物理化学电子教素 21自发变化的共同特征不可逆性 自发变化乃自动发生变化的过程这种过程无 二需外力的帮助任其自然不去管它即可发生的变化 王逆过程不能自动发生 自然界的一些现象: 1.水总是自动地从高处往低处流直到各处的水位相等 却不会由低处向高处流; 2.热量总是自发地从高温物体传向低温物体,直到温度相 等 3.浓度不同的溶液会自发由浓向稀的方向扩散,直到最 后浓度均匀 没有任何外面因素作用而自发单向变化的过程, c称为自发过程 王页下
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 §2.1 自发变化的共同特征—不可逆性 自发变化:乃自动发生变化的过程,这种过程无 需外力的帮助,任其自然不去管它即可发生的变化, 逆过程不能自动发生. 自然界的一些现象: 1. 水总是自动地从高处往低处流, 直到各处的水位相等. 却不会由低处向高处流; 2. 热量总是自发地从高温物体传向低温物体, 直到温度相 等； 3. 浓度不同的溶液会自发由浓向稀的方向扩散, 直到最 后浓度均匀. 没有任何外面因素作用而自发单向变化 的过程, 称为自发过程
力三 物理化学电子教素 注意观察一下自发过程: 1.水从高处往低处流动时,如果给予怡当的装置,还 可以对外做功; 2.热从高温物体传给低温物体,因为有温差而产生推 动力,因此,也具有对外做功的能力; 3气体自高压区向低压区流动也可以对外做功(风力 发电 4.H2和O2燃烧反应生成H2O,也是一实际发生的过程, 如果给予怡恰当的装置(组成电池)可以输出电功 工工 上述例子说明:自发过程都有对外做功的能力,发过程 都是单向进行的,它们发生以后都不会自动恢复原状 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 注意观察一下自发过程: 1. 水从高处往低处流动时, 如果给予恰当的装置, 还 可以对外做功 ； 2. 热从高温物体传给低温物体, 因为有温差而产生推 动力, 因此, 也具有对外做功的能力； 3. 气体自高压区向低压区流动, 也可以对外做功(风力 发电). 4. H2和O2燃烧反应生成H2O, 也是一实际发生的过程, 如果给予恰当的装置（组成电池）可以输出电功. 上述例子说明: 自发过程都有对外做功的能力, 发过程 都是单向进行的, 它们发生以后都不会自动恢复原状
力三 物理化学电子教素 结论: 自然界中所发生的一切自发变化的过程总是有 方向性的,逆过程不可能自动发生这就是自发变化 的共同特征一不可逆性 要注意:自发变化过程的逆过程不能自动发生 并不意味着根本不能逆转,在有外力帮助下是可以 使过程反向进行的,但体系回复到原态时环境必不 能复原必定留下了永久性的无法消除的变化,下 面对前面举到的例子进一步分析 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 结论: 自然界中所发生的一切自发变化的过程总是有 方向性的, 逆过程不可能自动发生. 这就是自发变化 的共同特征—不可逆性. 要注意: 自发变化过程的逆过程不能自动发生, 并不意味着根本不能逆转, 在有外力帮助下是可以 使过程反向进行的, 但体系回复到原态时,环境必不 能复原, 必定留下了永久性的, 无法消除的变化, 下 面对前面举到的例子进一步分析
力三 物理化学电子教素 ①热传导过程 如图,设有两个热源体系),温度分别为T1、T2 (T2>T1),热源的热容为无限大,即有热量导出或导 入对热源的温度不影响 T 22-Q1 2 W 环境 环境 热传递过程的不可逆性 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 ① 热传导过程 如图, 设有两个热源(体系), 温度分别为T1、T2 (T2>T1 ), 热源的热容为无限大, 即有热量导出或导 入对热源的温度不影响
力三 物理化学电子教素 当两热源接触,有Q的热量自动由高温热源传 向了低温热源 现在两热源之间安装一制冷机,做功W将Q1的 热量从底温热源取出,传给高温热源的热量是Q Q1+W结果高温热源多出W=Q2Q1的热量 如果在从高温热源取出Q2-Q1的热量传给环境, 则循环一周体系(高温热源)完全恢复了原态 环境未恢复原态,付出了W的功,得到了W=Q2 Q1的热,即发生了“功变为热”的变化,留下了痕 迹 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 当两热源接触, 有Q1的热量自动由高温热源传 向了低温热源. 现在两热源之间安装一制冷机, 做功W, 将Q1的 热量从底温热源取出, 传给高温热源的热量是Q2 = Q1+W, 结果高温热源多出W = Q2 - Q1的热量. 如果在从高温热源取出Q2 - Q1的热量传给环境, 则循环一周体系(高温热源)完全恢复了原态; 环境未恢复原态, 付出了W 的功, 得到了W = Q2 -Q1的热, 即发生了“功变为热”的变化, 留下了痕 迹
力三 物理化学电子教素 王⑧理想气体自由膨胀 T PiV H=0g=0△U=0 Ti P2 V2 自由影胀 理想气体从状态1、P1V)经自由膨胀到达 庄状态N、均后,经过一个恒温压缩过程可使 体系完全恢复原态 而环境未恢复原态,总的结果是,循环一周后环 境付出了W的功,得到了Q的热,即发生了“功变为 热”的变化,环境留下了痕迹 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 理想气体从状态(T1、p1、V1 )经自由膨胀到达 状态(T2、p2、V2 )后，经过一个恒温压缩过程可使 体系完全恢复原态； 而环境未恢复原态, 总的结果是, 循环一周后环 境付出了W 的功, 得到了Q 的热, 即发生了“功变为 热”的变化, 环境留下了痕迹. ② 理想气体自由膨胀
物理化学电子教素 ③化学反应过程 例如:在25℃、100ea时 H2(g)+O2(g)成燃H2O() △.H -285.8kJ·mol 环境得到的热量为:Q环=一△Hm=2858kJm0l 可通过电解使H2O(D分解为H2(g和O2(g):即 H2O()电>H2(g)+O2(g) 在电解过程中环境大约消耗2372kJ的电能,同时要吸收 48.6k的热量整个循环过程体系恢复了原态而环境失去 了237.2kJ的功,获得258.6-48.6=237.2kJ的热,即环境发生了 “功变为热”的变化,留下了痕迹 上页
第二章 热力学第二定律 物理化学电子教案 ③ 化学反应过程 例如：在25℃、100kPa时 H (g) O (g) H O(l) 2 2 2 2 1 + ⎯点燃 ⎯→ 1 285 8 − m = − . kJmol r H 环境得到的热量为: 可通过电解使 H2O(l) 分解为H2 (g)和 O2 (g)：即 1 285 8 − = − = . kJmol Q环境 r Hm H O(l) H (g) O (g) 2 2 2 2 1 ⎯⎯→ + 电解 在电解过程中环境大约消耗237.2kJ的电能, 同时要吸收 48.6kJ的热量。整个循环过程, 体系恢复了原态, 而环境失去 了237.2kJ 的功, 获得258.6-48.6=237.2kJ的热, 即环境发生了 “功变为热”的变化, 留下了痕迹