物理化学课件第二章



物理化学课件?第二章 物理化学课件 第二章
热力学第二定律
第二章 热力学第二定律

  2.1 自发变化的共同特征
  2.2 热力学第二定律
  2.3
  2.4
  2.5
  2.6
  2.7
  2.8 卡诺循环与卡诺定理 熵的概念 克劳修斯不等式与熵增加原理 熵变的计算 热力学第二定律的本质与熵的统计意义 亥姆霍兹自由能和吉不斯自由能 热力学函数之间的基本关系式

  2.9 变化的方向和平衡条件
  2.10
§
  2.1 自发变化的共同特征
热力学第一定律主要解决能量转化及在转化过程 中各种能量具有的当量关系, 中各种能量具有的当量关系,但热力学第一定律无法 确定过程的方向和平衡点, 确定过程的方向和平衡点,这是被历史经验所证实的 结论。 结论。 十九世纪,汤姆荪(Thomson) 十九世纪,汤姆荪(Thomson)和贝塞罗特 Berthlot)就曾经企图用△ (Berthlot)就曾经企图用△H的符号作为化学反应 方向的判据。 方向的判据。他们认为自发化学反应的方向总是与放 热的方向一致,而吸热反应是不能自动进行的。 热的方向一致,而吸热反应是不能自动进行的。虽然 这能符合一部分反应, 这能符合一部分反应,但后来人们发现有不少吸热反 应也能自动进行,如众所周知的水煤气反应就是一例。 应也能自动进行,如众所周知的水煤气反应就是一例。
这就宣告了此结论的失败。可见, 这就宣告了此结论的失败。可见,要判断化学反 应的方向,必须另外寻找新的判据。 应的方向,必须另外寻找新的判据。自发变化 在一 定条件下,某种变化有自动发生的趋势, 定条件下,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, 无需借助外力,可以自动进行,这种变化称为自发变 化。 其特征在于过程中无须外力干预即能自动进行。 其特征在于过程中无须外力干预即能自动进行。 自发变化的共同特征?不可逆性(即一去不复还) 自发变化的共同特征 不可逆性(即一去不复还) 不可逆性 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。 任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。
(
  1) (
  2)
水往低处流;(有势差存在) 水往低处流;(有势差存在) ;( 存在 气体向真空膨胀;(有压力差存在) 气体向真空膨胀;(有压力差存在) ;( 存在
热量从高温物体传入低温物体;( 温差存在 ;(有 存在) (
  3) 热量从高温物体传入低温物体;(有温差存在) (
  4) (
  5) 浓度不等的溶液混合均匀;(存在着浓差) 浓度不等的溶液混合均匀;(存在着浓差) ;(存在着浓差 锌片与硫酸铜的置换反应等,(存在着化学势差) 锌片与硫酸铜的置换反应等,(存在着化学势差) ,(存在着化学势差
自发变化的共同特征?不可逆性 自发变化的共同特征 不可逆性
分析: 分析:
根据人类经验,自发过程都是有方向性的( 根据人类经验,自发过程都是有方向性的(共同特 即自发过程不能自动回复原状。 点) ,即自发过程不能自动回复原状。 但这一共同特点太抽象、太笼统, 但这一共同特点太抽象、太笼统,不适合于作为自发 过程的判据。 过程的判据。 我们逆向思维,考虑如果让一自发过程完全回复原状, 我们逆向思维,考虑如果让一自发过程完全回复原状, 而在环境中不留下任何其他变化,需要什么条件? 而在环境中不留下任何其他变化,需要什么条件? 举几个例子说明这一问题。 举几个例子说明这一问题。
一、理想气体向真空膨胀
这是一个自发过程, 这是一个自发过程,在理想气体向真空膨胀时 焦耳实验) (焦耳实验) W =
  0, T =
  0, U =
  0,Q = 0 , , , 如果现在让膨胀后的气体回复原状, 如果现在让膨胀后的气体回复原状,可以设想 经过恒温可逆压缩过程达到这一目的。 经过恒温可逆压缩过程达到这一目的。
在此压缩过程中环境对体系做功 W (≠
  0) 由于理想 气体恒温下内能不变: 气体恒温下内能不变: U = 0因此体系同时向环境放 因此体系同时向环境放 热 Q,并且 Q = W ,
如图所示(真空膨胀为非可逆过程,不能在状态图上 如图所示(真空膨胀为非可逆过程, 用实线画出来)。 用实线画出来)。
即:当体系回复到原状时,环境中有W 的功变成了 即 当体系回复到原状时,环境中有 Q ( = W ) 的热。 的热。 因此,环境最终能否回复原状( 因此,环境最终能否回复原状(即理气向真空膨胀 是否能成为可逆过程), ),就 取决于( 是否能成为可逆过程),就 取决于( 环境得到的 ) 热能否全部变为功而没有任何其它变化。 热能否全部变为功而没有任何其它变化。
二、热量由高温流向低温
热库的热容量假设为无限大( 热库的热容量假设为无限大(即有热量流动时不影响 热库的温度)。一定时间后, 热库的温度)。一定时间后,有Q2的热量经导热棒由 )。一定时间后 这是一个自发过程。 高温热库 T2流向低温热库 T
  1,这是一个自发过程。
的热量, 此机器就可以从热库 T1取出 Q2 的热量,并有 Q′ 的 取出 ′ 热量送到热库 T
  2,根据热力学第一定律(能量守 ,根据热力学第一定律( 恒): Q′= Q2 + W ′ 这时低温热库回复了原状; 这时低温热库回复了原状;如果再从高温热库取出 (Q′ ′Q
  2) =W 的热量,则两个热源均回复原状。但 的热量,则两个热源均回复原状。 ′ 电功) 此时环境损耗了 W 的功 (电功 ,而得到了等量的 电功 ( Q′ ′Q
  2) = W 的热量。 的热量。 ′ 因此, 因此,环境最终能否回复原状 ( 即热由高温向低温流 动能否成为一可逆过程), ),取决于 动能否成为一可逆过程),取决于 (环境得到的 ) 热 能否全部变为功而没有任何其他变化。 能否全部变为功而没有任何其他变化。
三、Cd 放入 PbCl2 溶液转变成 CdCl2 溶液和 Pb
Cd(s) + PbCl2(aq.) → Cd Cl2(aq.) + Pb(s) 已知此过程是自发的,在反应进行时有? ? 已知此过程是自发的,在反应进行时有?Q?的热量 放出(放热反应, 放出(放热反应,Q <
  0) ) 欲使此反应体系回复原状,可进行电解反应,即对 欲使此反应体系回复原状,可进行电解反应, 反应体系做电功。 反应体系做电功。可使 Pb 氧化成 PbCl
  2,CdCl2 还 原成 Cd。 。 Cd Cl2(aq.) + Pb(s) → Cd(s) + PbCl2(aq.)
如果电解时所做的电功为W,同时还有? ′ 如果电解时所做的电功为 ,同时还有?Q′? 的热量放出,那末当反应体系回复原状时, 的热量放出,那末当反应体系回复原状时,环境中 损失的功(电功) 损失的功(电功)为 W 得到的热为 ?Q?+?Q′? ? ? ′ 根据能量守恒原理: 根据能量守恒原理: ?W?=?Q?+?Q′? ? ? ? ? ′ 所以环境能否回复原状( 所以环境能否回复原状(即此反应能否成为可逆过 ),取决于 程),取决于 ( 环境得到的 ) 热 (?Q?+?Q′?) 能否全部转化为 ? ? ? ′ 而没有任何其他变化。 功 W ( =?Q?+?Q′?) 而没有任何其他变化。 ? ? ? ′
从上面所举的三个例子说明, 从上面所举的三个例子说明,所有的自发过程是否 能成为热力学可逆过程, 能成为热力学可逆过程,最终均可归结为这样一个 命题: 命题: 热能否全部转变为功而没有任何其他变化” “热能否全部转变为功而没有任何其他变化” 然而人类的经验告诉我们:热功转化是有方向性的, 然而人类的经验告诉我们:热功转化是有方向性的, 即
“功可自发地全部变为热;但热不可能全部转 功可自发地全部变为热; 变为功而不引起任何其他变化” 变为功而不引起任何其他变化”。
所以我们可以得出这样的结论: 所以我们可以得出这样的结论:“一切自发过程都是 不可逆过程” 不可逆过程” 这就是自发过程的共同特点 。
§
  2.2 热力学第二定律 (The Second Law of Thermodynamics) ) 一、热力学第二定律的经典表述
  1.克劳修斯说法:
  1.克劳修斯说法: 克劳修斯说法 不可能把热从低温物体传到 高温物体,而不引起其他变化。 高温物体,而不引起其他变化。

  2.开尔文说法:不可能从单一热源取出热使之完
  2.开尔文说法: 开尔文说法 全变为功, 全变为功,而不引起其他变化
克劳修斯的生平简介
克劳修斯的生平简介
在《论热的运动力……》一文中,克劳修斯首 次提出了热力学第二定律的定义:“热量不能自 动地从低温物体传向高温物体。”这与开尔文陈 述的热力学第二定律“不可制成一种循环动作的 热机,只从一个热源吸取热量,使之完全变为有 用的功,而其他物体不发生任何变化”是等价的, 它们是热力学的重要理论基础。同时,他还推导 了克劳修斯方程??关于气体的压强、体积、温 度 和气体普适常数之间的关系,修正了原来的范 德瓦尔斯方程。
克劳修斯的生平简介
1854年,克劳修斯最先提出了熵的概念,进一 步发展了热力学理论。他将热力学定律表达为: 宇宙的能量是不变的,而它的熵则总在增加。由 于他引进了熵的概念,因而使热力学第二定律公 式化,使它的应用更为广泛了。 1855年,克劳修斯被聘为苏黎世大学正教授,在 这所大学他任教长达十二年。这期间,他除了给 大学生讲课外,还积极地进行科学探索。
克劳修斯的生平简介
另外,克劳修斯除发表了大量的学术论文外, 还出版了一些重要的专著,如《机械热理论》第一 卷和第二卷、《势函数和势》等。 在克劳修斯的晚年,他不恰当地把热力学第二定律 引用到整个宇宙,认为整个宇宙的温度必将达到均 衡而不再有热量的传递,从而成为所谓的热寂状态 ,这就是克劳修斯首先提出来的“热寂说”。热寂 说否定了物质不灭性在质上的意义,而且把热力学 第二定律的应用范围无限的扩大了。
克劳修斯的生平简介
克劳修斯于1888年逝世,终年六十六岁。克劳 修斯虽然在晚年错误地提出了“热寂说”,但在他 的一生的大部分时间里,在科学、教育上做了大量 有益的工作。特别是他奠定了热力学理论基础,他 的大量学术论文和专著是人类宝贵的财富,他在科 学史上的功绩不容否定。他诚挚、勤奋的精神同样 值得后人学习
后来被奥斯特瓦德 表述为: 后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为:“第二类永动机 奥斯特瓦德 表述为 是不可能造成的” 是不可能造成的”。
物理化学三剑客
  1. 范特霍夫: 因化学热力定律及溶液渗透压的发现获1901年诺贝尔 范特霍夫: 因化学热力定律及溶液渗透压的发现获1901年诺贝尔 1901 化学奖。 化学奖。
  2. 阿伦尼乌斯: 由于电介质理论获1903年诺贝尔化学奖。 阿伦尼乌斯: 由于电介质理论获1903年诺贝尔化学奖。 1903年诺贝尔化学奖 奥斯特瓦尔德:
  3. 奥斯特瓦尔德:因为催化作用以及化学平衡与反应速度各种原理获 1909年诺贝尔化学奖. 1909年诺贝尔化学奖. 年诺贝尔化学奖
第二类永动机:从单一热源吸热, 第二类永动机:从单一热源吸热,并使它完全变为 功而不引起其他变化的机器。 功而不引起其他变化的机器。
说明: 说明:
  1.各种说法一定是等效的。若克氏说法不成立,
  1.各种说法一定是等效的。若克氏说法不成立,则开氏 各种说法一定是等效的 说法也一定不成立; 说法也一定不成立;
  2.要理解整个说法的完整性切不可断章取义。
  2.要理解整个说法的完整性切不可断章取义。如不能误 要理解整个说法的完整性切不可断章取义 解为热不能转变为功, 解为热不能转变为功,因为热机就是一种把热转变为功 的装置;也不能认为热不能完全转变为功, 的装置;也不能认为热不能完全转变为功,因为在状态 发生变化时,热是可以完全转变为功的( 发生变化时,热是可以完全转变为功的(如理想气体恒 温膨胀即是一例) 温膨胀即是一例)
  3.虽然第二类永动机并不违背能量守恒原则,
  3.虽然第二类永动机并不违背能量守恒原则,但它的本 虽然第二类永动机并不违背能量守恒原则 质却与第一类永动机没什么区别。 质却与第一类永动机没什么区别。

  1.存在的问题: 存在的问题: 存在的问题
自发) 根据上述方法来判断一个过程的 (自发 方向还是 自发 太笼统、抽象; 太
  •  
 

相关内容

物理化学课件第二章

  物理化学课件?第二章 物理化学课件 第二章热力学第二定律第二章 热力学第二定律2.1 自发变化的共同特征 2.2 热力学第二定律 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 卡诺循环与卡诺定理 熵的概念 克劳修斯不等式与熵增加原理 熵变的计算 热力学第二定律的本质与熵的统计意义 亥姆霍兹自由能和吉不斯自由能 热力学函数之间的基本关系式2.9 变化的方向和平衡条件 2.10§ 2.1 自发变化的共同特征热力学第一定律主要解决能量转化及在转化过程 中各种能量具有的当量关系, 中各种能量具有的当量 ...

物理学(第三版)课件第二章(2).ppt

  小 结一、 动能和动能定理 根据功的定义式 动能定理 二、 势能 1. 重力势能A= ∫QPv v F ?dr1 2 1 2 A = mvQ ? mvP 2 2E p = mghA = ?( E pB ? E pA ) = ??E p2. 引力势能GMm Ep = ? rA = ?( E pb ? E pa ) = ??E p3. 弹力势能1 2 E p = kx 2A = ?( E pb ? E pa ) = ??E pv v F ? dl ≡0作功与路径无关, 4. 保守力 作功与路径无关, ...

大学毛概课件 第二章 思想政治教育学的理论基础

  思想政治教育学原理(The theory of ideological and political education)法学与社会学院 甘路有思想政治教育学原理第二章 思想政治教育学的理论基础◆教学目的和要求通过本章的学习, 通过本章的学习,明 确思想政治教育学的理论 基础是马克思主义的科学 体系;深刻理解思想政治 体系; 教育学直接的理论依据。 教育学直接的理论依据。◆教学学时总学时: 总学时:4学时思想政治教育学原理本章主要内容第一节 马克思主义的科学体系是思想政治教育学的理 论基础一、要用 ...

物理化学

  第八章 电解质溶液 一 电化学中的基本概念和电解定律 电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。 能导电的物质称为导电体,通常分为两类: 第一类导体又称电子导体,如金属、石墨等。特点是:A. 自由电子作定向移动而导电;B. 导电过程中导体本 身不发生化学变化;C. 温度升高,电阻也升高;因热运动加剧,阻碍了自由电子的定向运动,导电能力下降;D 导电总量全部由电子承担。 第二类导体又称离子导体,如电解质溶液、熔融电解质等。特点是:正负离子作反方向移动而导电;B.导电过 ...

物理化学

  卡诺Sadi Carnot, 1796─18321796年6月1日,萨迪.卡诺在巴黎小卢森堡宫降生 1812年,萨迪.卡诺考入巴黎理工学院,在那里受教于泊 松.盖-吕萨克、安培和阿拉果(D.F.Arago)这样一批 卓有成就的老师。主要攻读分析数学、分析力学、画法几何 和化学 当父亲拉扎尔在1823年8月病故后,卡诺的弟弟回到巴黎, 协助卡诺完成了《关于火的动力》一书的写作,使它在 1824年6月12日发表出来。卡诺在这部著作中提出了“卡诺 热机”和“卡诺循环”的概念及“卡诺定理” 1832年6 ...

物理化学

  第一章 绪论细胞生物学研究的内容和现状细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科 细胞生物学的主要研究内容 细胞生物学的主要研究内容 当前细胞生物学研究的总趋势与 当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域 总趋势 我国细胞生物学的发展战略 发展战略) (附:我国细胞生物学的发展战略) 细胞重大生命活动的相互关系第一章 绪论细胞学与细胞生物学发展简史细胞的发现 细胞的发现 细胞学说的建立其意义 细胞学说的建立其意义 细胞学的经典时期 实验细胞学与细胞学的分支及其发展 ...

物理化学3

  物理化学试卷 3班级 姓名 分数一、选择题 ( 共 15 题 30 分 ) 1. 2 分 (0158) 0158 当体系将热量传递给环境之后,体系的焓: (A) 必定减少 (B) 必定增加 (C) 必定不变 (D) 不一定改变()2. 2 分 (0805) 0805 2 mol H2 和 2 mol Cl2 在绝热钢筒内反应生成 HCl 气体, 起始时为常温常压。 ( 则: (A) ?rU = 0,?rH = 0,?rS > 0,?rG < 0 (B) ?rU < 0,?rH ...

物理化学 绪论

  物理化学电子教案?绪论 围绕教学大纲热力学物化课件紧密结合教材 方便教师讲课表面其它物化电化学 动力学 统计力学便于学生理解上一内容下一内容回主目录返回2010-7-19绪论物化课件0.1 物理化学的目的和内容 0.2 物理化学的研究方法 0.3 物理化学的建立与发展 0.4 近代化学的发展趋势和特点 0.5 物理化学课程的学习方法上一内容下一内容回主目录返回2010-7-190.1 物理化学的目的和内容物化课件物理化学 从研究化学现象和物理现象之间 的相互联系入手,从而探求化学变化中具有普 ...

分析化学课件

  分 析 化 学定量分析化学武汉大学 分析科学研究中心第1章 绪 章1.1 前言论1.2 定量分析化学概述 1.3 滴定分析法概述1.1 前沿1 分析化学的定义、任务和作用 分析化学的定义、 分析化学是研究分析方法的科学或学科 是化学的一个分支 是一门人们赖以获得物质组成、 是一门人们赖以获得物质组成 、 结构和 形态的信息的科学 是科学技术的眼睛、 尖兵、 侦察员, 是科学技术的眼睛 、 尖兵 、 侦察员 , 是 进行科学研究的基础学科2 分析化学与分析方法分析化学是研究分析方法的科学,一个完整 ...

无机化学课件

  12Chapter 9Molecular Structure 分子结构Outline: 1. (Covalent Bounding) Valence Bond Theory 共价键理论 2.Valence-Shell Electron Pair Repulsion Theory 价层电子对互斥理论 3. Molecular Orbital Theory 分子轨道理论 4. 4. Bond Properties (Parameters) 键级 参数 键级(参数 参数)3Chemical Bond: ...

热门内容

4资本主义的生产

  题目 1 题型: 单项选择题 1.某资本家经营的企业通过改进技术,提高劳动生产率,使其生产商品花费的劳动时间比 社会必要劳动时间少 10\%,由此形成商品个别价值低于社会价值的那部分是( ) 。 A.超额剩余价值 B.绝对剩余价值 C.相对剩余价值 D.剩余价值 答案: A 分析: 解答本题关键是对以上几个概念的辨别。 超额剩余价值是商品的个别价值低于社会价值的差额。超额剩余价值也是由工人的劳动 创造的。在资本主义条件下,那些首先采用新技术、提高劳动生产率、降低个别劳动时间的 企业,就能够获得超 ...

大学英语四六级

  2007年12月 大学英语四六级、江苏省英语B级 考试考务培训会徐州工业职业技术学院英语等级考试考务办公室 2007年12月2007年12月大学英语四级考试基本情况介绍2007年12月大学英语四级 英语四级 考试基本情况介绍 考场校区:九里校区 考试时间: 2007年12月22日 9:00~11:20 考试人数:1854 1854 考 场 数:60 602007年12月大学英语四级监考员工作流程大学英语四级监考员名单考场号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 ...

市场营销

  市场营销学试题答案一、名词解释 1、市场营销:市场营销是个人或组织通过创造并同他人或组织交换产品和价值 以获得其所需所欲之物的一种社会过程。 2、个别式分销渠道结构:是传统分销渠道,是由生产企业、批发企业和零售企 业构成的、关系松弛的销售网络。各个成员(企业)之间彼此独立,相互间的联 系通过买卖条件维持。 二、判断正误(请根据你的判断,在正确的题后括号内划“ √ ”,错误的 划 “ ×”) 1、市场定位是目标市场营销的基础。 (×) 2、消费需求变化中最活跃的因素是个人可以任意支配的收 入。 ( ...

幼儿科技教育资源整合实践研究

  幼儿科技教育资源整合实践研究闸北区科技幼儿园 翟鸿云一、问题的提出 幼儿科技教育的资源是多层面的、多元化的综合资源,广泛存在 于家庭、幼儿园、社区、社会之中。 《幼儿园教育指导纲要》明确指出: “要充分利用环境和社区的教育资源,扩展幼儿生活和学习的空间” 。 著名教育家陈鹤琴在儿童教育理论体系中谈到: “大自然大社会都是活 教材,是儿童自己的世界,是儿童生活的环境” 。因此,幼儿园科技教 育的内容应该贴近幼儿的生活经验。只有当幼儿对其产生兴趣时,他 才会积极主动探究,才能发现和感受周围世界的神奇 ...

新建 Microsoft Word 文成语大全档

  日志已经是第一篇 下一篇:设计自己的 QQ 空间 |返回日志列表成语归类大全[ 网络] [图片 图片] [转] 成语归类大全[文;网络] [图片] [Flash]? ?分享 复制地址转载自 一路走来 2011 年 06 月 03 日 15:53 阅读(0) 评论(0) 分类:个人日记 权限: 公开??字体:大? o 小 o 中 o 大 更多? 设置置顶 o 权限设置 o 推荐日志 转为私密日志oo ? ?删除 编辑成语归类大全成语归类大全 一、 平易近人 描写人的品质: 冰清玉洁 废寝忘食 光明 ...