第二章熱力學(xué)第二定律

第二章熱力學(xué)第二定律第1頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1自發(fā)變化的共同特征2.2熱力學(xué)第二定律2.3卡諾循環(huán)與卡諾定理2.4熵的概念2.5克勞修斯不等式與熵增加原理2.6熵變的計(jì)算2.7熱力學(xué)第三定律2.8熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)和熵的統(tǒng)計(jì)意義第2頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月2.9亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能2.11幾個(gè)熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系2.13克拉貝龍方程2.10

△G的計(jì)算示例2.12溫度和壓力對(duì)吉布斯自由能的影響第3頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)變化某種變化有自動(dòng)發(fā)生的趨勢(shì)，一旦發(fā)生就無需借助外力，可以自動(dòng)進(jìn)行，這種變化稱為自發(fā)變化。自發(fā)變化的共同特征—不可逆性任何自發(fā)變化的逆過程是不能自動(dòng)進(jìn)行的。例如：(1) 焦耳熱功當(dāng)量中功自動(dòng)轉(zhuǎn)變成熱；(2) 氣體向真空膨脹；(3) 熱量從高溫物體傳入低溫物體；(4) 濃度不等的溶液混合均勻；(5) 鋅片與硫酸銅的置換反應(yīng)等，它們的逆過程都不能自動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)借助外力，體系恢復(fù)原狀后，會(huì)給環(huán)境留下不可磨滅的影響。第4頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月Clausius（克勞修斯）的說法：“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其它變化?！盞elvin（開爾文）的說法：“不可能從單一熱源取出熱使之完全變?yōu)楣Γ话l(fā)生其他的變化。”后來被Ostward(奧斯特瓦德)表述為：“第二類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的”。第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸熱使之完全變?yōu)楣Χ涣粝氯魏斡绊憽５?頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月卡諾循環(huán)熱機(jī)效率卡諾定理第6頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月卡諾循環(huán)高溫存儲(chǔ)器低溫存儲(chǔ)器熱機(jī)1824年，法國工程師N.L.S.Carnot(1796~1832)設(shè)計(jì)了一個(gè)循環(huán)，以理想氣體為工作物質(zhì)，從高溫?zé)嵩次盏臒崃?，一部分通過理想熱機(jī)用來對(duì)外做功W，另一部分的熱量放給低溫?zé)嵩?。這種循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。N.L.S.Carnot第7頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月任何熱機(jī)從高溫?zé)嵩次鼰?一部分轉(zhuǎn)化為功W,另一部分傳給低溫?zé)嵩?將熱機(jī)所作的功與所吸的熱之比值稱為熱機(jī)效率,或稱為熱機(jī)轉(zhuǎn)換系數(shù)，用表示。恒小于1。或卡諾循環(huán)高溫存儲(chǔ)器低溫存儲(chǔ)器熱機(jī)第9頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?a)假設(shè)第10頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?b)從低溫?zé)嵩次鼰岣邷責(zé)嵩吹玫綗徇@違反了Clausius說法，只有第11頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月卡諾定理：所有工作于同溫?zé)嵩春屯瑴乩湓粗g的熱機(jī)，其效率都不能超過可逆機(jī)，即可逆機(jī)的效率最大?？ㄖZ定理推論：所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的可逆機(jī)，其熱機(jī)效率都相等，即與熱機(jī)的工作物質(zhì)無關(guān)?？ㄖZ定理的意義：（2）解決了熱機(jī)效率的極限值問題。第12頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月從卡諾循環(huán)得到的結(jié)論任意可逆循環(huán)的熱溫商熵的引出熵的定義第13頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月或：即卡諾循環(huán)中，熱效應(yīng)與溫度商值的加和等于零。第14頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月證明如下：任意可逆循環(huán)熱溫商的加和等于零,即：同理，對(duì)MN過程作相同處理，使MXO’YN折線所經(jīng)過程作的功與MN過程相同。VWYX就構(gòu)成了一個(gè)卡諾循環(huán)。(2)通過P，Q點(diǎn)分別作RS和TU兩條可逆絕熱膨脹線，(3)在P，Q之間通過O點(diǎn)作等溫可逆膨脹線VW，使兩個(gè)三角形PVO和OWQ的面積相等，這樣使PQ過程與PVOWQ過程所作的功相同。第15頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月任意可逆循環(huán)PVO和OWQ的面積相等MXO’和O’NY的面積相等第16頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月用相同的方法把任意可逆循環(huán)分成許多首尾連接的小卡諾循環(huán)，前一個(gè)循環(huán)的等溫可逆膨脹線就是下一個(gè)循環(huán)的絕熱可逆壓縮線，如圖所示的虛線部分，這樣兩個(gè)過程的功恰好抵消。從而使眾多小卡諾循環(huán)的總效應(yīng)與任意可逆循環(huán)的封閉曲線相當(dāng)，所以任意可逆循環(huán)的熱溫商的加和等于零，或它的環(huán)程積分等于零。第17頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月 用一閉合曲線代表任意可逆循環(huán)?？煞殖蓛身?xiàng)的加和 在曲線上任意取A，B兩點(diǎn)，把循環(huán)分成A→B和B→A兩個(gè)可逆過程。根據(jù)任意可逆循環(huán)熱溫商的公式：第19頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月說明任意可逆過程的熱溫商的值決定于始終狀態(tài)，而與可逆途徑無關(guān)，這個(gè)熱溫商具有狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)。移項(xiàng)得：第20頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月這幾個(gè)熵變的計(jì)算式習(xí)慣上稱為熵的定義式，即熵的變化值可用可逆過程的熱溫商值來衡量。第21頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月Clausius

不等式熵增加原理Clausius

不等式的意義第22頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)溫度相同的兩個(gè)高、低溫?zé)嵩撮g有一個(gè)可逆機(jī)和一個(gè)不可逆機(jī)。推廣為與多個(gè)熱源接觸的任意不可逆過程得：第23頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月這些都稱為Clausius

不等式，也可作為熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。或是實(shí)際過程的熱效應(yīng)，T是環(huán)境溫度。若是不可逆過程，用“>”號(hào)，可逆過程用“=”號(hào)，這時(shí)環(huán)境與體系溫度相同。對(duì)于微小變化：第25頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月等號(hào)表示絕熱可逆過程，不等號(hào)表示絕熱不可逆過程。熵增加原理可表述為：在絕熱條件下，趨向于平衡的過程使體系的熵增加?；蛘哒f在絕熱條件下，不可能發(fā)生熵減少的過程。如果是一個(gè)孤立體系，環(huán)境與體系間既無熱的交換，又無功的交換，則熵增加原理可表述為：一個(gè)孤立體系的熵永不減少。第26頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

Clsusius

不等式引進(jìn)的不等號(hào)，在熱力學(xué)上可以作為變化方向與限度的判據(jù)?！?gt;”號(hào)為不可逆過程“=”號(hào)為可逆過程“>”號(hào)為不可逆、自發(fā)過程“=”號(hào)為處于平衡狀態(tài)因?yàn)楦綦x體系中一旦發(fā)生一個(gè)不可逆過程，則一定是自發(fā)過程。第27頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月有時(shí)把與體系密切相關(guān)的環(huán)境也包括在一起，作為隔離體系，用來判斷過程的自發(fā)性，即：“>”號(hào)為不可逆、自發(fā)過程“=”號(hào)為可逆過程第28頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月一、等溫過程的熵變二、變溫過程的熵變?nèi)?、化學(xué)過程的熵變四、環(huán)境的熵變五、用熱力學(xué)關(guān)系式求熵變

六、T～S圖及其應(yīng)用第29頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)理想氣體等溫可逆變化(2)等溫、等壓可逆相變（若是不可逆相變，應(yīng)設(shè)計(jì)可逆過程）第30頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)理想氣體（或理想溶液）的等溫混合過程，并符合分體積定律，即第31頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：1mol理想氣體在等溫下通過：(1)可逆膨脹，(2)真空膨脹，體積增加到10倍，分別求其熵變。解：（1）可逆膨脹所以(1)為可逆過程。第32頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月 熵是狀態(tài)函數(shù)，始終態(tài)相同，體系熵變也相同，所以：解：（2）真空膨脹但環(huán)境沒有熵變，所以(2)為不可逆過程例1：1mol理想氣體在等溫下通過：(1)可逆膨脹，(2)真空膨脹，體積增加到10倍，分別求其熵變。第33頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月解:第34頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月解法1：求抽去隔板后，兩種氣體混合過程的熵變？第35頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月求抽去隔板后，兩種氣體混合過程的熵變？解法2：第36頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)物質(zhì)的量一定的等容變溫過程(2)物質(zhì)的量一定的等壓變溫過程第37頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，298.15K時(shí)，各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵值有表可查。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程，可以計(jì)算反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)的熵變值。(2)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，求反應(yīng)溫度T時(shí)的熵變值。298.15K時(shí)的熵變值從查表得到：第39頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)任何可逆變化時(shí)環(huán)境的熵變(2)體系的熱效應(yīng)可能是不可逆的，但由于環(huán)境很大，對(duì)環(huán)境可看作是可逆熱效應(yīng)第40頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于絕熱體系

等號(hào)表示可逆，不等號(hào)表示不可逆，但不能判斷其是否自發(fā)。例如，絕熱不可逆壓縮過程是個(gè)非自發(fā)過程，但其熵變值也大于零。熵判據(jù)必須是隔離體系，即保持U，V不變，這時(shí)要考慮環(huán)境的熵變，使用不太方便。第41頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

熵判據(jù)在所有判據(jù)中處于特殊地位，因?yàn)橐院笏信袚?jù)的不等式都是由熵的Clausius不等式引入的。在隔離體系中，如果發(fā)生一個(gè)不可逆變化，則必定是自發(fā)的，自發(fā)變化總是朝熵增加的方向進(jìn)行。自發(fā)變化的結(jié)果使體系處于平衡狀態(tài)，這時(shí)若有反應(yīng)發(fā)生，必定是可逆的，熵值不變。第42頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月熱與功轉(zhuǎn)換的不可逆性熱是分子混亂運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)，而功是分子有序運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。功轉(zhuǎn)變成熱是從規(guī)則運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，混亂度增加，是自發(fā)的過程；而要將無序運(yùn)動(dòng)的熱轉(zhuǎn)化為有序運(yùn)動(dòng)的功就不可能自動(dòng)發(fā)生。第43頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體混合過程的不可逆性將N2和O2放在一盒內(nèi)隔板的兩邊，抽去隔板，N2和O2自動(dòng)混合，直至平衡。 這是混亂度增加的過程，也是熵增加的過程，是自發(fā)的過程，其逆過程決不會(huì)自動(dòng)發(fā)生。N2O2第44頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月熱傳導(dǎo)過程的不可逆性 處于高溫時(shí)的體系，分布在高能級(jí)上的分子數(shù)較集中； 而處于低溫時(shí)的體系，分子較多地集中在低能級(jí)上。當(dāng)熱從高溫物體傳入低溫物體時(shí)，兩物體各能級(jí)上分布的分子數(shù)都將改變，總的分子分布的花樣數(shù)增加，是一個(gè)自發(fā)過程，而逆過程不可能自動(dòng)發(fā)生。第45頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)第二定律指出，凡是自發(fā)的過程都是不可逆的，而一切不可逆過程都可以歸結(jié)為熱轉(zhuǎn)換為功的不可逆性。從以上幾個(gè)不可逆過程的例子可以看出，一切不可逆過程都是向混亂度增加的方向進(jìn)行，而熵函數(shù)可以作為體系混亂度的一種量度，這就是熱力學(xué)第二定律所闡明的不可逆過程的本質(zhì)。第46頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月Boltzmann認(rèn)為這個(gè)函數(shù)應(yīng)該有如下的對(duì)數(shù)形式：這就是Boatsman公式，式中k是Boltzmann常數(shù)。因熵是容量性質(zhì)，具有加和性，而復(fù)雜事件的熱力學(xué)概率應(yīng)是各個(gè)簡(jiǎn)單、互不相關(guān)事件概率的乘積，所以兩者之間應(yīng)是對(duì)數(shù)關(guān)系。第47頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)第三定律規(guī)定熵積分法求熵值第48頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）“在0K時(shí)，任何完整晶體（只有一種排列方式）的熵等于零。”熱力學(xué)第三定律有多種表述方式：（1）“不能用有限的手續(xù)把一個(gè)物體的溫度降低到0K”，即只能無限接近于0K這極限溫度。第49頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

規(guī)定在0K時(shí)完整晶體的熵值為零，從0K到溫度T進(jìn)行積分，這樣求得的熵值稱為規(guī)定熵。若0K到T之間有相變，則積分不連續(xù)。第50頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月用積分法求熵值以 為縱坐標(biāo)，T為橫坐標(biāo)，求某物質(zhì)在40K時(shí)的熵值。如圖所示：陰影下的面積，就是所要求的該物質(zhì)的規(guī)定熵。第51頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月固態(tài)液態(tài)氣態(tài)熔點(diǎn)沸點(diǎn)圖2.14從圖解積分求熵值圖中陰影下的面積加上兩個(gè)相變熵即為所求的熵值。 如果要求某物質(zhì)在沸點(diǎn)以上某溫度T時(shí)的熵變，則積分不連續(xù)，要加上在熔點(diǎn)（Tf）和沸點(diǎn)（Tb）時(shí)的相應(yīng)熵，其積分公式可表示為：第52頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月如果以S為縱坐標(biāo)，T為橫坐標(biāo)，所求得的熵值等于S-T圖上陰影下的面積再加上兩個(gè)相變時(shí)的熵變。圖2.15從圖解積分求熵值第54頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月亥姆霍茲自由能吉布斯自由能第55頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)第一定律導(dǎo)出了熱力學(xué)能這個(gè)狀態(tài)函數(shù)，為了處理熱化學(xué)中的問題，又定義了焓。熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出了熵這個(gè)狀態(tài)函數(shù)，但用熵作為判據(jù)時(shí)，體系必須是孤立體系，也就是說必須同時(shí)考慮體系和環(huán)境的熵變，這很不方便。通常反應(yīng)總是在等溫、等壓或等溫、等容條件下進(jìn)行，有必要引入新的熱力學(xué)函數(shù)，利用體系自身狀態(tài)函數(shù)的變化，來判斷自發(fā)變化的方向和限度。第56頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)第二定律根據(jù)第一定律第57頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月亥姆霍茲（Hermann

vonHelmholz,1821~1894,德國人）定義了一個(gè)狀態(tài)函數(shù)

A稱為亥姆霍茲自由能（Helmholzfreeenergy），是狀態(tài)函數(shù)，具有容量性質(zhì)。即：在等溫過程中，體系對(duì)外所作的功等于或小于體系亥姆霍茲自由能的減少值。第58頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月等號(hào)表示可逆過程，即：

在等溫、可逆過程中，體系對(duì)外所作的最大功等于體系Helmholz自由能的減少值，所以把A稱為功函（workfunction）。若是不可逆過程，體系所作的功小于A的減少值。第59頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月如果體系在等溫、等容且不作其他功的條件下等號(hào)表示可逆過程，小于號(hào)表示是一個(gè)自發(fā)的不可逆過程，即自發(fā)變化總是朝著Helmholz自由能減少的方向進(jìn)行。這就是Helmholz自由能判據(jù)：第60頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律的聯(lián)合公式第61頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月吉布斯（GibbsJ.W.,1839~1903）定義了一個(gè)狀態(tài)函數(shù)：

G稱為吉布斯自由能（Gibbsfreeenergy），是狀態(tài)函數(shù)，具有容量性質(zhì)。即：等溫、等壓、可逆過程中，體系對(duì)外所作的最大非膨脹功等于體系Gibbs自由能的減少值。第62頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月若是不可逆過程，體系所作的非膨脹功小于Gibbs自由能的減少值。如果體系在等溫、等壓、且不作非膨脹功的條件下，第63頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月等號(hào)表示可逆過程，不等號(hào)表示是一個(gè)自發(fā)的不可逆過程，即自發(fā)變化總是朝著吉布斯自由能減少的方向進(jìn)行。這就是Gibbs自由能判據(jù)，所以dG又稱之為等溫、等壓位。因?yàn)榇蟛糠謱?shí)驗(yàn)在等溫、等壓條件下進(jìn)行，所以這個(gè)判據(jù)特別有用。第64頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月在等溫、等壓、可逆電池反應(yīng)中式中n為電池反應(yīng)中電子的物質(zhì)的量，E為可逆電池的電動(dòng)勢(shì)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。這是聯(lián)系熱力學(xué)和電化學(xué)的重要公式。因電池對(duì)外作功，E為正值，所以加“-”號(hào)。第65頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫物理變化中的△G等溫化學(xué)變化中的△G第66頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)G的定義式：根據(jù)具體過程，代入就可求得△G值。因?yàn)镚是狀態(tài)函數(shù)，只要始、終態(tài)定了，總是可以設(shè)計(jì)可逆過程來計(jì)算△G值。第67頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)等溫、等壓可逆相變的△G第68頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)理想氣體：(適用于任何物質(zhì))第69頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)G的定義式通過熱力學(xué)數(shù)據(jù)表，計(jì)算出等溫過程中焓和熵的變化值，就可以求得Gibbs自由能的變化值。第70頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)函數(shù)的定義式函數(shù)間關(guān)系的圖示式四個(gè)基本公式從基本公式導(dǎo)出的關(guān)系式特性函數(shù)Maxwell

關(guān)系式Maxwell

關(guān)系式的應(yīng)用

第71頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

定義式適用于任何熱力學(xué)平衡態(tài)體系，只是在特定的條件下才有明確的物理意義。(2)Helmholz自由能定義式(1)焓的定義式在等溫、可逆條件下，它的降低值等于體系所作的最大功。第72頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

定義式適用于任何熱力學(xué)平衡態(tài)體系，只是在特定的條件下才有明確的物理意義。(3)Gibbs

自由能定義式在等溫、等壓、可逆條件下，它的降低值等于體系所作的最大非膨脹功。第73頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月代入上式即得。這是熱力學(xué)第一與第二定律的聯(lián)合公式，適用于組成恒定、不作非膨脹功的封閉體系。公式（1）是四個(gè)基本公式中最基本的一個(gè)。第75頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月因?yàn)?3)所以第77頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)因?yàn)樗缘?8頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月從公式(1)，(2)導(dǎo)出 從公式(1)，(3)導(dǎo)出 從公式(2)，(4)導(dǎo)出 從公式(3)，(4)導(dǎo)出第79頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月全微分的性質(zhì)設(shè)函數(shù)z的獨(dú)立變量為x，y，z具有全微分性質(zhì)M和N也是x，y的函數(shù)第80頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月利用該關(guān)系式可將實(shí)驗(yàn)可測(cè)偏微商來代替那些不易直接測(cè)定的偏微商。第81頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）求U隨V的變化關(guān)系等溫對(duì)V求偏微分第82頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月解：對(duì)理想氣體，例1證明理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)。所以，理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)。第84頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度對(duì)Gibbs自由能的影響壓力對(duì)Gibbs自由能的影響第85頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月第86頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月(1),(2)式稱為Gibbs-Helmholtz方程,適用于物理和化學(xué)變化。第87頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)固體或液體，體積受壓力影響小，可近似為：對(duì)理想氣體可得：第88頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于氣-液兩相平衡對(duì)于液-固兩相平衡第89頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于氣-液兩相平衡，并假設(shè)氣體為1mol理想氣體，將液體體積忽略不計(jì)，則這公式可用來計(jì)算不同溫度下的蒸氣壓或摩爾蒸發(fā)熱。第90頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)第91頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.1自發(fā)過程一定是不可逆的，所以不可逆過程一定是自發(fā)的。這說法對(duì)嗎？答：前半句是對(duì)的，后半句卻錯(cuò)了。因?yàn)椴豢赡孢^程不一定是自發(fā)的,如不可逆壓縮過程。第92頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.2空調(diào)、冰箱不是可以把熱從低溫?zé)嵩次觯沤o高溫?zé)嵩磫?，這是否與第二定律矛盾呢？答：不矛盾?？藙谛匏拐f的是“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化”，而冷凍機(jī)系列，環(huán)境作了電功，卻得到了熱。熱變?yōu)楣κ莻€(gè)不可逆過程，所以環(huán)境發(fā)生了變化。第93頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.3 是否可以說：不可逆過程的熵永不減少？凡熵增加過程都是自發(fā)過程？答：不一定。不可逆壓縮，體系熵是減少的。只有在隔離體系中，這種說法才是對(duì)的。第94頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.4能否說體系達(dá)平衡時(shí)熵值最大，Gibbs自由能最?。看穑翰荒芤桓哦?，這樣說要有前提，即：絕熱體系或隔離體系達(dá)平衡時(shí)，熵值最大。等溫、等壓、不作非膨脹功，體系達(dá)平衡時(shí)，Gibbs自由能最小。第95頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.5某體系從始態(tài)出發(fā)，經(jīng)一個(gè)絕熱不可逆過程到達(dá)終態(tài)。為了計(jì)算熵值，能否設(shè)計(jì)一個(gè)絕熱可逆過程來計(jì)算？答：不可能。若從同一始態(tài)出發(fā)，絕熱可逆和絕熱不可逆兩個(gè)過程的終態(tài)絕不會(huì)相同。反之，若有相同的終態(tài)，兩過程絕不會(huì)有相同的始態(tài)，所以只有設(shè)計(jì)除絕熱以外的其它可逆過程，才能有相同的始、終態(tài)。第96頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.6在絕熱體系中，發(fā)生了一個(gè)不可逆過程，是否在絕熱體系中無法回到原來的狀態(tài)了？答：是的。在絕熱體系中發(fā)生一個(gè)不可逆過程，熵只會(huì)增加。除非用不是絕熱的過程，才有可能使它回到原態(tài)。第97頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.7是否

恒大于

?答：對(duì)氣體和絕大部分物質(zhì)是如此。但有例外，4攝氏度時(shí)的水，它的

等于

。第98頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.8四個(gè)熱力學(xué)基本公式適用的條件是什么？

是否一定要可逆過程？答：適用于組成不變的封閉體系、熱力學(xué)平衡態(tài)、不作非膨脹功的一切過程，不一定是可逆過程。因?yàn)楣酵茖?dǎo)時(shí)雖引進(jìn)了可逆條件，但是由于都是狀態(tài)函數(shù)，不可逆過程也可以設(shè)計(jì)可逆過程進(jìn)行運(yùn)算。第99頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月答：可以將苯可逆變到苯的凝固點(diǎn)278.7K：

2.9將壓力為溫度為268.2K的過冷液體苯，凝固成同溫、同壓的固體苯。已知苯的凝固點(diǎn)Tf為278.7K，如何設(shè)計(jì)可逆過程？第100頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月答：

Smix=2Rln2

2.10指出下列理想氣體等溫混合的熵變值。1molN21molAr1molN21molAr+=1

V1

V2

VA．第101頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月答：

Smix=0

2.10指出下列理想氣體等溫混合的熵變值。B.1molN21molN2+=1

V1

V2

V2molN2第102頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月答：

Smix=0

2.10指出下列理想氣體等溫混合的熵變值。1molN21molAr+=C．1molAr1molN2

1V

1V

1V第103頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月答：

Smix=2Rln(1/2)

2.10指出下列理想氣體等溫混合的熵變值。1molN21molN2

+=2molN2

1V1V1VD．第104頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.11在絕熱箱中,1molO2(288K)和1molN2(280K)用絕熱板隔開，列出抽去隔板后熵變的計(jì)算式？答：

S=

S(混合熵)+

S(傳熱熵)

S(混合熵)

=2Rln2

S(傳熱熵)

=T

為混合后終態(tài)時(shí)的溫度，C為熱容。1molO2

(288K)1molN2

(280K)第105頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.12箱子一邊是1molN2(p

)，另一邊是2molN2(2p

),求298K時(shí)抽去隔板后的熵變值如何計(jì)算？答：設(shè)想隔板可以活動(dòng)，平衡時(shí)壓力為1.5p

S=

S(壓力改變熵)+

S(混合熵)

S(混合熵)=01molN2

(p

)2molN2(2p

)第106頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.13下列過程中，Q，W，DU，DH，DS，DG和

DA的數(shù)值哪些為零？哪些的絕對(duì)值相等？(1)理想氣體真空膨脹(2)實(shí)際氣體絕熱可逆膨脹答：

答：

第107頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.13下列過程中，Q，W，DU，DH，DS，DG和

DA的數(shù)值哪些為零？哪些的絕對(duì)值相等？(3)水在冰點(diǎn)結(jié)成冰答：

答：

(4)理想氣體等溫可逆膨脹第108頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.13下列過程中，Q，W，DU，DH，DS，DG和

DA的數(shù)值哪些為零？哪些的絕對(duì)值相等？(5)理想氣體節(jié)流過程答：

答：

(6)H2(g)和O2(g)在絕熱鋼瓶中生成水第109頁，課件共117頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.14幾個(gè)熵判據(jù)有何區(qū)別？