河南师范大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 热力学第二定律

第二章热力学第二定律 本章目录 2-1热力学第二定律的表述2-8自由能 2-2卡诺原理 2-9 Gibbs自由能计算与应用 2-3过程的热温商和熵函数 2-10热力学函数间的基本关系式 2-4过程方向与限度的判据 2-11多组分体系中物质的 2-5熵变的计算与熵判据的应用 偏摩尔量与化学势 2-6熵的统计意义 2-12气体体系中物质的化学势 2-7热力学第三定律规定熵 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 第二章 热力学第二定律 本章目录

第二章热力学第二定律 引言 热力学第一定律(能量转化守恒定律) →第一类永动机是不可能制成的 不违背热力学第一定律的过程是否都能发生呢 O 例1:高温物体(72)→低温物体(T1) 例2:Zn+CuSO4(aq)→Cu+ZnSO4(aq) △H0=-21681kJmo1l 在相同的条件下,该过程的逆过程是否可能发生呢?? 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 热力学第一定律（能量转化守恒定律） →第一类永动机是不可能 制成的 不违背热力学第一定律的过程是否都能发生呢？ 例2：Zn + CuSO4 (aq)→Cu + Zn SO4 (aq） △H0＝－216.81kJ mol-1 在相同的条件下，该过程的逆过程是否可能发生呢？？ 例1：高温物体（T2)→ 低温物体（T1) Q 第二章 热力学第二定律 引 言

§2-1热力学第二定律的惠述 本节要目 热力学第二定律的表述 自发过程与非自发过程 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 §2－1 热力学第二定律的表述 本节要目

一、热力学第二定的述 ·克劳修斯( Clausius,1850)的表述: “不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其 它变化。” 致冷机可使热量从低温物体传给高温物体, 但是在环境消耗了电能的条件下进行的 开尔文( Kelvin,1851)的表述 “不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不发 生其它的变化 理想气体可逆恒温膨胀,系统从单一热源吸的热全转变为 对环境作的功但系统的状态发生了变化(膨胀了 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 • 克劳修斯（Clausius，1850）的表述： “不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其 它变化。” 致冷机 可使热量从低温物体传给高温物体, 但是在环境消耗了电能的条件下进行的 ◼ 开尔文（Kelvin，1851）的表述： “不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发 生其它的变化。” 理想气体可逆恒温膨胀, 系统从单一热源吸的热全转变为 对环境作的功, 但系统的状态发生了变化(膨胀了). 一、热力学第二定律的表述

热力学第二定律的表述 第二类永动机:从单一热源吸热使之完全变为功 而不留下任何影响。 奥斯特瓦德( Ostward表述为: “第二类永动机是不可能造成的” 多种表述在本质上是一致的! 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功 而不 留下任何影响。 奥斯特瓦德(Ostward)表述为： “第二类永动机是不可能造成的” 多种表述在本质上是一致的！ 一、热力学第二定律的表述

、热力学第二定律的述 多种表述在本质上是一致的!(证明) 假定违反 Kelvin的表述 高温热源T2 联合热机的净结果是: Q1+Q Q2 从低温热源传到高温 B 热源,而没有产生其 它影响 e,WNo(A) 低温热源T A一违反 Kelvin热机 违反 Clausius表述 B一制冷机 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 多种表述在本质上是一致的！（证明） Q2 B A Q1 Q1＋Q2 高温热源T2 低温热源T1 W＝Q2 A－违反Kelvin热机 B－制冷机 联合热机的净结果是： 从低温热源传到高温 热源，而没有产生其 它影响 违反Clausius表述 假定违反Kelvin的表述 一、热力学第二定律的表述

、热力学第二炙律的述 违反 Clausius的表述→违反 Kelvin的表述 假定违反 Clausius表述 高温热源T2 联合热机的净结果是: Cano热机从单一热 源(T2)吸取(Q2-Q1) B AQ1 的热量全部转化为功 Q1↓Q>Q (W=Q2Q1),而没有 产生其它影响 低温热源T A一违反 Clausius表述 违反 Kelvin的表述 B一 Carnot热机 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 违反Clausius的表述 违反Kelvin的表述 联合热机的净结果是： Carnot热机从单一热 源（T2 )吸取（Q2－Q1 ) 的热量全部转化为功 (W = Q2 -Q1 )，而没有 产生其它影响 B Q1 Q1 Q2 高温热源T2 低温热源T1 Q2>Q1 A－违反Clausius表述 B－Carnot热机 W AW 违反Kelvin的表述 假定违反Clausius表述 一、热力学第二定律的表述 →

热力学第二定律的述 热力学第二定珒深刻揭示了热和功的彝证芙系: 功可以全部转化为热而不留下其它变化,而热却不能全部转化为功而 不留下其它变化。热和功的转化是不可逆的,有方向的。 ■在一大桶水(特大)中摩擦石块 (W→Q ■理想气体的等温膨胀 Q→W) 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 热力学第二定律深刻揭示了热和功的辩证关系： 功可以全部转化为热而不留下其它变化，而热却不能全部转化为功而 不留下其它变化。热和功的转化是不可逆的，有方向的。 在一大桶水(特大)中摩擦石块 (W→Q) 理想气体的等温膨胀 (Q→W) 一、热力学第二定律的表述

热力学第二定律的述 说明: 热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任何 方式加以证明,其正确性只能由实验事实来检验。 热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的,由 种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。 热力学第二定律的现代表述是卡诺的专著 Reflexions on Motive Work of Fire”发表25年后由 Clausius和 Kelvin给出的 y上下下司主目录返回 2021年2月23日

2021年2月23日 说明： • 热力学第二定律是实验现象的总结。它不能被任何 方式加以证明，其正确性只能由实验事实来检验。 • 热力学第二定律的各种表述在本质上是等价的，由 一种表述的正确性可推出另外一种表述的正确性。 • 热力学第二定律的现代表述是卡诺的专著 “Reflexions on Motive Work of Fire” 发表 25 年后由 Clausius 和 Kelvin给出的 一、热力学第二定律的表述

二、自发过程和旅自发过程 气体向真空膨胀 高温物体传热给相接触的低温物体 浓溶液的扩散 锌片投入硫酸铜溶液中的反应 电解水的反应 自发过程:无需外力帮助,任其自然,即可发生的过程 Gibbs的定义:凡是在理论上或实际上能够提供非 体积功的过程是自发的,必须由环境提供非体积功 才能发生的过程是非自发的。 上页 下页 回主目录 返回 2021年2月23日

2021年2月23日 二、自发过程和非自发过程 • 气体向真空膨胀 • 高温物体传热给相接触的低温物体 • 浓溶液的扩散 • 锌片投入硫酸铜溶液中的反应 • 电解水的反应 自发过程: 无需外力帮助,任其自然,即可发生的过程 Gibbs的定义:凡是在理论上或实际上能够提供非 体积功的过程是自发的,必须由环境提供非体积功 才能发生的过程是非自发的