厦门大学 物理化学 3 热力学第二定律.pdf

物理化学 第3章 热力学第二定律 厦门大学 材料科学与工程系 程 璇 2009-2010 第二学期 第三章 热力学第二定律 3.1 卡诺循环 3.2 热力学第二定律 3.3 熵、熵增加原理 3.4 熵变的计算 3.5 热力学第三定律与标准熵 3.6 亥姆霍兹自由能及吉布斯自由能 3.7 ΔA和ΔG的计算 3.8 热力学基本方程式及麦克斯韦关系式 3.9 克拉佩龙方程 2009-2010 第二学期 引言 热力学第一定律（热化学）可以回答： 在一定温度下，化学反应 H 和 O 变成 H O 的 2 2 2 过程的能量变化可用 ΔU （或ΔH ）来表示。 但热力学第一定律不能回答： 什么条件下，H 和 O 能自发地变成 H O？ 2 2 2 什么条件下，H O 自发地变成H 和 O ？ 2 2 2 反应能进行到什么程度？ 3 2009-2010 第二学期 自发变化的共同特征 自发变化 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无 需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。 自发变化的共同特征— 不可逆性 任何自发变化的逆过 程是不能自动进行的。例如： (1) 热量从高温物体传入低温物体； (2) 气体从高压往低压方向扩散； (3) 电流从高电位向低电位方向流动； (4) 锌片与硫酸铜的置换反应等。 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复原 状后，会给环境留下不可磨灭的影响。 2009-2010 第二学期 决定自发变化的共同因素 i ）决定热量流动方向的因素是温度； ii ）决定气体流动方向的是压力； iii ）决定电流方向的是电位； iv ）而决定化学过程和限度的因素是什么呢？ 找出： 一个决定一切自发过程的方向和限度的共同因素 这个共同因素能决定一切自发过程的方向和限度 （包括决定化学过程的方向和限度）。 这就是热力学第二定律所要解决的中心问题 2009-2010 第二学期 3.1 卡诺循环 •卡诺循环 •热机效率 •冷冻系数 2009-2010 第二学期 卡诺循环（Carnot cycle） 1824 年，法国工程师Carnot设计 了一个循环，以理想气体为工作 物质，从高温(T )热源吸收Q 的 h h 热量，一部分通过理想热机用来 对外做功W，另一部分Qc 的热量 放给低温 (Tc)热源。这种循环称 为卡诺循环。