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《热力学第二定律》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解热力学第二定律的基本观点和原理。
2. 掌握热力学第二定律的几种表述方式。
3. 能够运用热力学第二定律诠释生活中的现象。
二、教学重难点1. 重点：理解热力学第二定律的基本观点和原理。
2. 难点：运用热力学第二定律诠释生活中的现象。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包含图片、视频、案例等教学资源。
2. 准备相关实验器械，进行实验演示。
3. 准备习题集，供学生练习。
4. 了解学生已掌握的物理学基础知识。
四、教学过程：本节课的教学目标是让学生理解热力学第二定律的内容和意义，掌握熵的观点和基本定律，能够运用熵的观点分析实际问题。
1. 引入课题：通过一些平时生活中的现象，如空调制冷、热机的工作等，引出热力学第二定律的内容和意义，激发学生的兴趣和好奇心。
2. 讲解热力学第二定律的内容和意义：通过PPT和视频等形式，详细讲解热力学第二定律的内容和意义，包括方向性、不可逆性、熵增加原理等。
3. 讲解熵的观点：通过PPT和图片等形式，介绍熵的观点和定义，包括熵的定义、熵的物理意义等。
同时，可以通过一些简单的实验和例子，帮助学生理解熵的观点。
4. 熵的基本定律：通过PPT和视频等形式，介绍熵的基本定律和性质，包括熵增原理、熵平衡方程等。
同时，可以通过一些实际问题，引导学生运用熵的基本定律进行分析。
5. 实例分析：通过一些实际例子，如空调制冷、热机的工作等，引导学生运用熵的观点和基本定律进行分析，加深学生对热力学第二定律的理解和应用。
6. 教室讨论：让学生分组讨论一些与热力学第二定律相关的问题，如能源利用、环境珍爱等，鼓励学生积极思考，发表自己的看法和建议。
7. 总结回顾：对本节课所学的知识进行总结回顾，强调热力学第二定律的重要性和应用，鼓励学生将所学知识应用到实际生活中去。
8. 安置作业：让学生回家复习本节课所学的知识，并完成一些与热力学第二定律相关的作业，稳固所学知识。
《热力学第二定律》讲义一、热力学第二定律的引入在我们生活的这个世界中，热现象无处不在。
从烧开水到汽车发动机的运转，从空调制冷到太阳能的利用，热的传递和转化始终伴随着我们。
而热力学第二定律，就是用来描述热现象中能量转化和传递的方向性规律。
想象一下，如果热能够自发地从低温物体传递到高温物体，那我们的世界将会变得多么奇妙。
冬天的时候，我们不需要取暖设备，房间里的温度会自动升高；冰箱也不再需要耗电来制冷，食物会自动保持低温。
但这样的情景在现实中从未发生，这背后隐藏着热力学第二定律的奥秘。
二、热力学第二定律的表述热力学第二定律有多种表述方式，其中最为常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
举个例子，一杯热水放在室温下会逐渐冷却，热量从热水传递到了周围的环境中。
但如果没有外界的干预，比如使用冰箱或其他制冷设备，热量不会自动从周围环境返回热水，使热水重新变热。
开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
比如说，一个热机从高温热源吸收热量，然后对外做功。
但在这个过程中，它不可避免地会向低温热源排放一些热量，无法将从高温热源吸收的全部热量都转化为有用功。
这两种表述虽然形式不同，但本质上是等价的，都揭示了热现象中能量转化和传递的不可逆性。
三、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看，热力学第二定律与系统的微观状态数有关。
在一个孤立系统中，分子的运动是无序的。
随着时间的推移，系统总是趋向于从微观状态数少的状态向微观状态数多的状态演变。
例如，将两种不同的气体放在一个容器中，它们会逐渐混合均匀。
而要使混合后的气体重新分离成原来的两种纯净气体，几乎是不可能的。
这是因为混合后的微观状态数远远大于分离状态的微观状态数。
从概率的角度来说，系统向微观状态数多的方向发展的概率要大得多，这就导致了热现象中自发过程的方向性。
四、热力学第二定律的应用热力学第二定律在许多领域都有着重要的应用。
第4节热力学第二定律[学习目标]1．知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性。
具有方向性的过程是不可逆的。
2．理解热力学第二定律的两种表述。
3．学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题。
知识点1热力学第二定律1．热传导的方向性(1)热量可以自发地由高温物体传到低温物体。
(2)热量不能自发地由低温物体传到高温物体。
(3)热传导过程是有方向性的。
2．热力学第二定律的克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
即热传导的过程具有方向性。
3．热力学第二定律的开尔文表述不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)[判一判]1．(1)热量不能由低温物体传给高温物体。
()(2)科技发达后，热机的效率可以达到100%。
()(3)机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为机械能。
()提示：(1)×(2)×(3)√知识点2能源是有限的1．能量耗散能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。
在各种各样的活动中，其他形式的能最终都转化成内能流散到周围环境中，再也不能自动聚集起来驱动机械做功了，这种转化过程叫作能量耗散。
2．品质降低能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。
能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的能量。
能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。
[判一判]2．(1)能量耗散不遵循能量守恒定律。
()(2)能量耗散会导致能量品质的降低。
()(3)为了可持续发展，必须节约能源。
()提示：(1)×(2)√(3)√1．(对热力学第二定律的理解)关于热力学定律，下列说法中正确的是() A．在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度B．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律C．热机的效率可以达到100%D．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传给高温物体解析：选D。
第三章热力学第二定律
一、选择题
1.理想气体与温度为T 的大热源接触，做等温膨胀吸热Q，而所做的功是变到相同终态最大功的20%，则体系的熵变为（）
A.ΔS = 5Q /T
B.ΔS = Q /T
CΔS= Q/5T D.ΔS =T/Q A
2.下列过程哪一种是等熵过程（）
A. 1mol 某液体在正常沸点下发生相变
B. 1mol 氢气经一恒温可逆过程
C. 1mol 氮气经一绝热可逆膨胀或压缩过程
D. 1mol 氧气经一恒温不可逆过程
C
3.d G = −S d T+V d p 适用的条件是（）
A.只做膨胀功的单组分,单相体系
B. 理想气体
C. 定温、定压
D. 封闭体系 A 4．熵变△S 是
(1) 不可逆过程热温商之和 (2) 可逆过程热温商之和
(3) 与过程无关的状态函数 (4) 与过程有关的状态函数
以上正确的是：（）
A.1,2
B. 2,3
C. 2
D.4 C 5．体系经历一个不可逆循环后（）
A.体系的熵增加
B.体系吸热大于对外做功
C.环境的熵一定增加 C环境内能减少 C 6．理想气体在绝热可逆膨胀中，对体系的ΔH 和ΔS 下列表示正确的是（）A. ΔH > 0, ΔS > 0 B. ΔH = 0, ΔS = 0
C. ΔH < 0, ΔS = 0
D.ΔH < 0, ΔS < 0 B
7.非理想气体绝热可逆压缩过程的△S（）
A.=0
B.>0
C.<0
D.不能确定 A
8.一定条件下，一定量的纯铁与碳钢相比，其熵值是（）
A.S（纯铁）>S（碳钢）
B.S（纯铁）<S（碳钢）
C.S（纯铁）=S（碳钢）
D.不能确定 B
9. n mol 某理想气体在恒容下由T
1加热到T
2
，其熵变为△S1，相同量的该气体
在恒压下由T1 加热到T2，其熵变为△S2,则△S1与△S2的关系（）
A.△S
1 >△S
2
B. △S
1
= △S
2
C. △S
1
< △S
2
D. △S
1
= △S
2
= 0 C
10.理想气体绝热向真空膨胀，则：（）
A.△S = 0， W = 0
B.△H = 0，△U = 0
C.△G = 0，△H = 0
D.△U = 0，△G = 0 B
11.系统经历一个不可逆循环后：（）
A.系统的熵增加
B.系统吸热大于对外作的功
C.环境的熵一定增加
D.环境的内能减少 C
12.下列四种表述：
(1) 等温等压下的可逆相变过程中，系统的熵变△S =△H 相变/T 相变
(2) 系统经历一自发过程总有d S > 0
(3) 自发过程的方向就是混乱度增加的方向
(4) 在绝热可逆过程中，系统的熵变为零
两者都不正确者为：（）
A.(1)、(2)
B.(3)、(4)
C.(2)、(3)
D.(1)、(4) C
13.理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：（）
A.可以从同一始态出发达到同一终态
B.不可以达到同一终态
C.不能断定A、B 中哪一种正确
D.可以达到同一终态，视绝热膨胀还是绝热压缩而定 B
14.恒温恒压条件下，某化学反应若在电池中可逆进行时吸热，据此可以判断下列热力学量中何者一定大于零？（）
A.△U
B.△H
C.△S
D.△G C
15.在绝热条件下，用大于气筒内的压力，迅速推动活塞压缩气体，此过程的熵变为：（）
A.大于零
B.等于零
C.小于零
D.不能确定 A
16.在绝热恒容的反应器中，H
2和Cl
2
化合成HCl，此过程中下列各状态函数的变
化值哪个为零？（）
A.△rUm
B.△rHm
C.△rSm
D.△rGm A
二、填空题
1.标准压力、273.15K 时,水凝结为冰，可以判断系统的下列热力学量
△G= 。
（0）2．在恒熵、恒容、不做非膨胀功的封闭体系中，当热力学函数到达最值的状态为平衡状态。
（U，小）3.1mol 理想气体向真空膨胀,若其体积增加到原来的10 倍,则系统、环境和孤立系统的熵变应分别为：、、（19.14 J/K, 0 , 19.14 J/K）
4.1mol单原子理想气体从p
1V
1
T
1
等容冷却到p
2
V
1
T
2
,则该过程的△U 0，△S 0，
W 0（填>、<、=）。
（<、<、=）
5.CO晶体的标准摩尔残余熵S= 。
（-5.76J/K·mol）
6. 1 mol Ag(s) 在等容下由273.2K 加热到303.2K, 已知在该温度区间内Ag(s) 的Cv,m/J·K-1·mol-1=24.48,则其熵变为: 。
（2.531 J/K）
7. 当反应进度ξ= 1mol 时，可能做的最大非膨胀功为：。
（66 kJ）
8. 范德华气体绝热向真空膨胀后，气体的温度将。
（下降）
9.单原子理想气体的Cv,m =1.5R,温度由T
1变到T
2
时，等压过程系统的熵变△
Sp 与等容过程熵变△SV 之比是。
（5：3）10.固体碘化银(AgI)有α和β两种晶型,这两种晶型的平衡转化温度为419.7K,由α型转化为β型时,转化热等于6462J·mol-1,由α型转化为β型时的△S 应为：。
（15.4J）
四、判断题
1. 自然界中存在温度降低，但熵值增加的过程。
正确
2. 熵值不可能为负值。
正确
3. 体系达平衡时熵值最大，吉布斯自由能最小。
不正确
4. 不可逆过程的熵不会减少。
不正确
5. 在绝热体系中，发生一个从状态A到状态B的不可逆过程，不论用什么方法，体系再也回不到原来的状态了。
正确
6．可逆热机的效率最高，在其他条件相同的情况下，由可逆热机牵引火车，其速度将最慢。
正确
7．对于绝热体系，可以用△S≥0判断过程的方向和限度。
不正确
8．第二类永动机是不可能制造出来的。
正确
9. 把热从低温物体传到高温物体，不引起其它变化是可能的。
不正确
10.在101.325kPa,385K 的水变为同温下的水蒸气,对该变化过程，△S(系统)+△S（环境>0 正确
四、计算题
1. 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求
（1）热机效率；
（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为
根据定义
2.卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：
（1）热机效率；
（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热
解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出
（2）
3. 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义
因此，上面三种过程的总熵变分别为。
4. 已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
（3）系统先与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同
在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此
5. 始态为，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到，的末态。
求各步骤及途径的。
（1）恒温可逆膨胀；
（2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至；
（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，△U = 0，因此
（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:
（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:
根据理想气体绝热过程状态方程，
各热力学量计算如下。
