第6次课2学时-河北科技大学.doc

第 9 次课 2 学时 上次课复习： 标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓。会用标准摩尔生成焓、标 准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓。 本次课题（或教材章节题目）：第二章开篇，§3.1自发变化的共同特征—不可逆性，§3.2 热力学第二定律，§3.3 卡诺定理，§3.4熵的概念§3.5克劳修斯不等式与熵增加原理。§3.6 熵变的计算（等温过程熵变的计算）。 教学要求： 理解自发过程, 卡诺循环和卡诺定理；熵的概念；掌握热力学第二定律的文字表述及数学表达式；克劳修斯不等式与熵增加原理。等温过程熵变的计算。 重 点： 第二定律的数学表达式；熵增加原理；等温过程熵变的计算。 难 点：熵的概念；克劳修斯不等式与熵增加原理。 教学手段及教具：多媒体教学 讲授内容及时间分配： §3.1自发变化的共同特征—不可逆性，§3.2 热力学第二定律， 0.5学时 §3.3卡诺定理，§3.4熵的概念； 0.7学时 §3.5克劳修斯不等式与熵增加原理 0.4学时 §3.6 熵变的计算（等温过程熵变的计算） 0.4学时 课后作业 200—201页习题1，2，6 参考资料 1.热力学第二定律从物理说法导出数学说法.黄子卿.化学通报,1974,5,56. 2.关于热力学的卡诺定理. 王志兴. 东北师大学报, 1981, 4, 31. 3.熵的概念及其在化学中的应用. 邵美成. 化学通报, 1974, 2, 56. 注：本页为每次课教案首页 热力学第二定律 热力学第一定律解决了一个变化过程中体系与环境之间的能量交换问题，即能量是守恒的。但是热力学第一定律不能告诉我们：在一定的条件下，什么样的变化过程是能够进行的，什么样的变化过程是不能够进行的。能够进行的过程，进行到什么程度为止。这两个问题（即过程的方向和限度问题）需要有一个新的定律来解决。这新定律就是热力学第二定律。 热力学第二定律是从哪些问题出发来考虑变化过程的方向与限度的问题呢？ 在能量转换过程中，其表现形式是热与功的转换。我们知道：热是体系与环境之间因内部粒子的无序运动强度不同而交换的能量；而功是体系与环境之间因粒子的有序运动而交换的能量。在热功转换中，一个有序，一个无序。从有序向无序转化是可以自发的，无条件的；而从无序向有序转化则是非自发的，需要有条件的控制才能实现。这就预示着一种方向性。就是说，实际能够进行的过程有一定的方向性。不是任意可以进行的。 热力学第二定律就是从热转化为功要有一定的限制条件出发，引出状态变化时存在的新状态函数—熵，来判断变化过程方向性的一个基本定律。 §3.1 自发变化的共同特征—不可逆性 “自发变化”是指无须外力帮忙即可自动发生的变化。常见的自发变化如： ⑴气体向真空膨胀；⑵热量从高温物体传人低温物体；⑶一滴墨水滴入水中会自动扩散；⑷锌片投入硫酸铜溶液中自动发生置换反应；⑸水自动的从高位槽流向低位槽。 从上述例子可以看出，一切自发变化都有一定的变化方向，并且都不会自动的逆向进行。这告诉我们“自发变化是热力学的不可逆过程”。 自发变化不会自动的逆向进行，并不意味着它们根本不可能逆转。若借助外力则可使一个自发变化发生后再返回原来的状态。如用一个泵可以把流入低位槽的水再抽回到高位槽中去。 有人设想：水自动的从高位槽流向低位槽，水的势能转变成动能。将这些动能从低位槽的水中以热的形式取出，并完全转变为功，带动水泵把流入低位槽的水再抽回到高位槽中去。实践证明，这个设想是不可能实现的。这个设想可总结为“从单一热源吸热，全部转化为功，而不引起其他变化”。 其他的几个例子也都可以转换为能否“从单一热源吸热，全部转化为功，而不引起其他变化”的问题。经验证明，后一过程是不可能实现的，从而导出这样一个结论：一个自发变化发生后，不可能使体系和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发变化是不可逆的。这个结论是一切自发变化的共同特征。 §3.2 热力学第二定律 热力学第二定律的语言表述： 克劳修斯说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化”。 开尔文说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化”。 开尔文说法的反面就是“从单一热源吸热可以完全变为功”，即Q1=0, 从而η=（Q1+Q2）/Q2=100%。这并不违反热力学第一定律，所以，曾有人试图制造这种从单一热源吸热可以完全变为功的机器。这就是第二类永动机。人类的经验表明，第二类永动机是不可能实现的。所以，“第二类永