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第3章 热力学第二定律练 习1、发过程一定是不可逆的。
而不可逆过程一定是自发的。
上述说法都对吗为什么 答案：（第一句对，第二句错，因为不可逆过程可以是非自发的，如自发过程的逆过程。
）2、什么是可逆过程自然界是否存在真正意义上的可逆过程有人说，在昼夜温差较大的我国北方冬季，白天缸里的冰融化成水，而夜里同样缸里的水又凝固成冰。
因此，这是一个可逆过程。
你认为这种说法对吗为什么 答案：（条件不同了）3、若有人想制造一种使用于轮船上的机器，它只是从海水中吸热而全部转变为功。
你认为这种机器能造成吗为什么这种设想违反热力学第一定律吗答案：（这相当于第二类永动机器，所以不能造成，但它不违反热力学第一定律)4、一工作于两个固定温度热源间的可逆热机，当其用理想气体作工作介质时热机效率为 η1，而用实际气体作工作介质时热机效率为 η2，则A ．η1>η2B ．η1<η2 C.η1=η2 D.η1≥η2 答案：（C ）5、同样始终态的可逆和不可逆过程，热温商值是否相等体系熵变 ΔS 体 又如何 答案：（不同，但 ΔS 体 相同，因为 S 是状态函数，其改变量只与始、终态有关）6、下列说法对吗为什么(1)为了计算不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条可逆途径来计算。
但绝热过程例外。
(2)绝热可逆过程 ΔS =0，因此，熵达最大值。
(3)体系经历一循环过程后，ΔS =0 ，因此，该循环一定是可逆循环。
(4)过冷水凝结成冰是一自发过程，因此，ΔS >0 。
(5)孤立系统达平衡态的标态是熵不再增加。
答案：〔(1) 对，(2) 不对，只有孤立体系达平衡时，熵最大，(3)不对，对任何循环过程，ΔS＝0 不是是否可逆，(4) 应是ΔS总＞0，水→冰是放热，ΔS＜0，ΔS＞0，(5) 对〕7、1mol H2O(l)在、下向真空蒸发变成、的 H2O(g)，试计算此过程的ΔS总，并判断过程的方向。
答案：(ΔS总=·K-1·mol-1>0)8、试证明两块重量相同、温度不同的同种铁片相接触时，热的传递是不可逆过程。
第三章热力学第二定律一．基本要求1．了解自发过程的共同特征及热力学第二定律的表述方式。
2．掌握Carnot循环中各步的功和热的计算，了解如何从Carnot循环中引出熵这个状态函数。
3．掌握Clausius不等式的应用及熵增加原理，会熟练计算一些常见过程如：等温、等压和等容过程的熵变，学会设计简单的可逆过程。
4．了解熵的本质和规定熵的由来，会使用规定熵值来计算化学变化的熵变。
5．理解为什么要定义Helmholtz自由能和Gibbs自由能，它他们有什么用处？如何计算不同过程中它们的变化值？6．了解有几个热力学判据，掌握如何利用Gibbs自由能判据来判断变化的方向和限度。
7．了解热力学的四个基本共识的由来，记住每个热力学函数的特征变量，会利用d G的表示式计算温度和压力对Gibbs自由能的影响。
二．把握讲课要点的建议自发过程的共同特征是不可逆性，热力学第二定律即是概括了所有不可逆过程的经验定律。
通过学习本章，原则上解决了判断变化的方向和限度的问题，完成了化学热力学的最基本的任务。
所以学好本章十分重要。
通过学习Carnot循环，一方面熟练不同过程中功和热的计算，另一方面理解所导出的熵函数的状态函数的性质及热机效率总是小于1的原因。
Clausius不等式就是热力学第二定律的数学表达式，从这个不等式就可以引出以后的几个判据，解决判断变化方向与限度的问题，必须要让学生掌握。
熵增加原理引出了熵判踞，但要讲清楚绝热过程的熵变只能判断过程的可逆与否，而只有隔离系统的熵变才能判断过程的可逆与否及自发与否。
要计算隔离系统的熵变，必须介绍如何计算环境的熵变。
计算熵变一定要用可逆过程的热效应，如果实际是个不可逆过程，则要介绍几个如何设计可逆过程的方法，例如，如何可逆地绕到相变点：熔点、沸点或饱和蒸汽压时的可逆气-液平衡点。
不必完整地介绍熵的本质和热力学第三定律，只需要让学生了解熵是系统混乱度的一种量度，凡是混乱度增加的过程都是自发过程。
第三章 热力学第二定律〔一〕主要公式及其适用条件1、热机效率1211211/)(/)(/T T T Q Q Q Q W -=+=-=η式中：Q 1及Q 2分别为工质在循环过程中从高温热源T 1所吸收的热量和向低温热源T 2所放出的热量，W 为在循环过程中热机对环境所作的功。
此式适用于在两个不同温度的热源之间所进行的一切可逆循环。
2、卡诺定理的重要结论⎩⎨⎧<=+不可逆循环可逆循环,0,0//2211T Q T Q 不管是何种工作物质以及在循环过程中发生何种变化，在指定的高、低温热源之间，一切要逆循环的热温商之和必等于零，一切不可逆循环的热温商之和必小于零。
3、熵的定义式T Q dS /d r def＝ 式中：r d Q 为可逆热，T 为可逆传热r d Q 时系统的温度。
此式适用于一切可逆过程熵变的计算。
4、克劳修斯不等式⎰⎩⎨⎧≥∆21)/d (可逆过程不可逆过程T Q S 上式说明，可逆过程热温商的总和等于熵变，而不可逆过程热温商的总和必小于过程的熵变。
5、熵判据∆S (隔) = ∆S (系统) + ∆S (环境)⎩⎨⎧=>系统处于平衡态可逆过程能自动进行不可逆,,0,,0 此式适用于隔离系统。
只有隔离系统的总熵变才可人微言轻过程自动进行与平衡的判据。
在隔离系统一切可能自动进行的过程必然是向着熵增大的方向进行，绝不可能发生∆S 〔隔〕<0的过程，这又被称为熵增原理。
6、熵变计算的主要公式⎰⎰⎰-=+==∆212121r d d d d d Tp V H T V p U T Q S 对于封闭系统，一切可逆过程的熵变计算式，皆可由上式导出。
〔1〕∆S = nC V ,m ln(T 2/T 1) + nR ln(V 2/V 1)= nC p,m ln(T 2/T 1) + nR ln(p 2/p 1)= nC V ,m ln(p 2/p 1) + nC p,m ln(V 2/V 1)上式适用于封闭系统、理想气体、C V ,m =常数、只有pVT 变化的一切过程。
思考题
1．自发过程一定是不可逆的，所以不可逆过程一定是自发的。
这说法对吗？
2．空调、冰箱不是可以把热从低温热源吸出，放给高温热源吗？这是否与第二定律矛盾呢？
3．能否说系统达平衡时熵值最大，Gibbs 自由能最小？
4．某系统从始态出发，经一个绝热不可逆过程到达终态。
为了计算熵值，能否设计一个绝热可逆过程来计算？
*5．C p,m 是否恒大于C V ,m ？
6．将压力为101.3kPa ，温度为268.2K 的过冷液体苯，凝固成同温、同压的固体苯。
已知苯的凝固点T f 为278.7K ，如何设计可逆过程？
7．下列过程中，Q 、W 、△U 、△H 、△S 、△G 和△A 的数值哪些为零？哪些的绝对值相等？
（1）理想气体真空膨胀；（2）*实际气体绝热可逆膨胀；（3）水在冰点结成冰；（4）理想气体等温可逆膨胀；（5）H 2(g)和O 2(g)在绝热钢瓶中生成水。
*8．箱子一边是1molN 2(100kPa)，另一边是2molN 2(200kPa)，298K 时抽去隔板后的熵变值如何计算？
9．指出下列理想气体等温混合的熵变值。
（1）1molN 2(g,1V) + 1molN 2(g,1V) = 2molN 2(g,1V)
（2）1molN 2(g,1V) + 1molAr(g,1V) = (1molN 2 + 1molAr)(g,1V)
（3）1molN 2(g,1V) + 1molN 2(g,1V) = 2molN 2(g,2V)
10．四个热力学基本公式适用的条件是什么？是否一定要可逆过程？
概念题
1 理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀，该变化过程中系统的熵变△S sys 及环境的熵变△S sur 因为：
（A ）△S sys >0，△S sur ＝0 （B ）△S sys <0，△S sur ＝0
（C ）△S sys >0，△S sur <0 （D ）△S sys <0，△S sur >0
2 在绝热条件下，用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体，此过程度熵变：
（A ）大于零 （B ）小于零 （C ）等于零 （D ）不能确定
3 H 2(g)和O 2(g)在绝热钢瓶中化合，生成水的过程：
（A ）△H ＝0 （B ）△U ＝0
（C ）△S ＝0 （D ）△G ＝0
4 在大气压力和273.15K 下水凝结为冰，判断下列热力学量中哪一个一定为零：
（A ）△U （B ）△H （C ）△S （D ）△G
5 在N 2和O 2混合气体的绝热可逆压缩过程中，系统的热力学函数变化值在下列结论中正确的是：
（A ）△U ＝0 （B ）△A ＝0 （C ）△S ＝0 （D ）△G ＝0 6 单原子分子理想气体的 ，温度由T 1变到T 2 时，等压过程系统的熵变△S p 和等容过程系统的熵变△S V 之比是：
（A ）1：1 （B ）2：1 （C ）3：5 （D ）5：3
7 水在373K ，101325 Pa 的条件下气化为同温同压的水蒸气，热力学函数变量为△U 1，△H 1，△G 1；现把 的水（温度、压力同上）放在恒温373K 的真空箱中，控制体积，使系统终态蒸气压也为101325 Pa ，这时热力学函数变量为△U 2，△H 2，△G 2。
这两组热力学函数的关系为：
（A ） （B ）
（C ） （D ） R C m V 23,=kg 3101-⨯kg 310
1-⨯212121,,G G H H U U ∆>∆∆>∆∆>∆212121,,G G H H U U ∆<∆∆<∆∆<∆212121,,G G H H U U ∆=∆∆=∆∆=∆2
12121,,G G H H U U ∆=∆∆>∆∆=∆
8 298K 时，1mol 理想气体等温膨胀，压力从1000kPa 变到100kPa ，系统Gibbs 自由能变化值为：
（A ）0.04 kJ （B ）-12.4 kJ （C ）1.24 kJ （D ）-5.70 kJ
9 对于不做非体积功的隔离系统，熵判据为：
（A ） （B ） （C ） （D ） *10 某气体的状态方程 ，其中a 为大于零的常数，该气体经恒温膨胀，其热力学能：
（A ）不变 （B ）增大 （C ）减小 （D ）不能确定
11 封闭系统中，某过程的 ，应满足的条件是：
（A ）等温、可逆过程 （B ）等容、可逆过程
（C ）等温等压、可逆过程 （D ）等温等容、可逆过程
12 热力学第三定律可以表示为：
（A ）在0K 时，任何晶体的熵等于零 （B ）在0K 时，任何完整晶体的熵等于零
（C ）在0℃时，任何晶体的熵等于零 （D ）在0℃时，任何完整晶体的熵等于零 概念题答案
1 C
2 A 3B 4 D 5 C 6 D 7 C 8 D 9 D 10 A 11 A 12 B 0)(,≥U T dS 0)(,≥U p dS 0)(,≥p
U dS 0)(,≥V U dS ap RT pV m +=R W A =∆。
