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本课件从自发变化的不可逆性切入，给出第二定律的两种经典表述，借助卡诺循环与卡诺定理引出熵函数，随后系统训练熵变计算，最后建立亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能判据，并配有典型例题。
第二章封面：不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化物理化学电子教案—第二章
第二章内容导览：1自发变化的共同特征2.2热力学第二定律2.3卡诺循环与卡诺定理2.4熵的概念2.5克劳修斯不等式与熵增加原理2.6熵变的计算2.7热力学第二定律的本质和熵的统计意义2.8亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能
第二章内容导览（续）：9 变化的方向和平衡条件2.10ΔG的计算示例2.11热力学第三定律与规定熵
热力学第一定律的局限性：本页以图示或标题形式呈现，属于「自发变化与第二定律的表述」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
自发变化的共同特征
热力学第二定律的两种表述：克劳修斯（Clausius）的说法：“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（Kelvin）的说法：“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。
”后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。
卡诺循环与卡诺定理导览
卡诺循环：1824年，法国工程师N.L.S.Carnot (1796~1832)设计了一个循环，以理想气体为工作物质，从高温热源吸收的热量，一部分通过理想热机用来对外做功W，另一部分的热量放给低温热源。这种循环称为卡诺循环。
N.L.S.Carnot高温热源低温热源Q1>0Q2<0W<0图1-7 热转化为功的限度(T1)(T2)
卡诺循环第一步：等温可逆膨胀：1mol理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步：过程1：等温可逆膨胀由到所作功如AB曲线下的面积所示。
卡诺循环pV图（一）：卡诺循环（Carnot cycle）
卡诺循环第二步：绝热可逆膨胀：过程2：绝热可逆膨胀由到所作功如BC曲线下的面积所示。
卡诺循环pV图（二）：卡诺循环（Carnot cycle）
卡诺循环第三步：等温可逆压缩：过程3：等温(TC)可逆压缩由到环境对体系所作功如DC曲线下的面积所示
卡诺循环pV图（三）：卡诺循环（Carnot cycle）
卡诺循环第四步：绝热可逆压缩：过程4：绝热可逆压缩由到环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示。
卡诺循环pV图（四）：卡诺循环（Carnot cycle）
卡诺循环的总功：整个循环：是体系所吸的热，为正值，是体系放出的热，为负值。即ABCD曲线所围面积为热机所作的功。
卡诺循环总功示意图：卡诺循环（Carnot cycle）
卡诺定理
熵的概念导览
卡诺循环的热温商结论：从卡诺循环得到的结论或：即卡诺循环中，热效应与温度商值的加和等于零。
不可逆循环的热温商：从卡诺循环得到的结论即卡诺循环中，热温值的加和等于零。不可逆循环的热温商之和小于零。
由此构成了过程的可逆性与过程热温商之间的关系
任意可逆循环的热温商推导
任意可逆循环热温商的加和：任意可逆循环的热温商用相同的方法把任意可逆循环分成许多首尾连接的小卡诺循环，前一个循环的绝热可逆膨胀线就是下一个循环的绝热可逆压缩线，如图所示的虚线部分，这样两个过程的功恰好抵消。从而使众多小卡诺循环的总效应与任意可逆循环的封闭曲线相当，所以任意可逆循环的热温商的加和等于零，或它的环程积分等于零。
熵的引出：用一闭合曲线代表任意可逆循环。可分成两项的加和在曲线上任意取A，B两点，把循环分成A→B和B→A两个可逆过程。
根据任意可逆循环热温商的公式
热温商与状态函数：等式表明，体系由A变到B，沿不同途径的热温商积分值相等，与途径无关。说明任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关，因此热温商具有状态函数的性质。
移项得：任意可逆过程
不可逆过程的热温商与熵变：或设有一个循环，为不可逆过程，为可逆过程，整个循环为不可逆循环。则有上式表明，体系经不可逆过程由A到B，过程的热温商之和小于过程的熵变。
克劳修斯不等式：Clausius不等式上式即为Clausius 不等式，也是热力学第二定律的数学表达式。若是不可逆过程，用“>”号，可逆过程用“=”号。
熵增加原理：如果是一个孤立体系，环境与体系间既无热的交换，又无功的交换，则熵增加原理可表述为：一个孤立体系的熵永不减少。或者
熵判据与自发性：有时把与体系密切相关的环境也包括在一起，用来判断过程的自发性，即：“>”号为自发过程“=”号为可逆过程
环境的熵变：任何可逆变化时环境的熵变(2)体系的热效应可能是不可逆的，但由于环境很大，对环境可看作是可逆热效应
熵变的计算导览
熵变的计算：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.6 熵变的计算」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
理想气体简单状态变化过程的熵变：理想气体等温可逆变化理想气体定压可逆变化理想气体定容可逆变化
例题：定温可逆膨胀与自由膨胀
自由膨胀过程的自发性判断：向真空自由膨胀时，因体系的始、终态相同，所以体系熵变与定温可逆过程相同而自由膨胀过程体系与环境无热交换自由膨胀过程的总熵变所以自由膨胀过程是自发的。
理想气体混合过程的熵变：理想气体（或理想溶液）的等温混合过程，并符合分体积定律，即
例题：2mol A与3mol B混合：例3：求2molA气体与3molB气体在定温定压下混合过程的熵变？解：混合后两种气体混合后熵是增加的。
可逆相变过程的熵变：相变过程的熵变等温等压可逆相变
不可逆相变的可逆途径
例题：263K水凝固的熵变：并判断该过程的方向。已知：ΔH凝=-6020J/mol
263K水凝固的可逆途径设计：并判断该过程的方向。已知：ΔH凝=-6020J/mol解：101.3kPa及263K，冰水不能平衡共存，是不可逆相变。
所以需要设计可逆过程完成始终态间的变化
环境熵变与过程方向：相变过程的熵变用尚不能判断过程的方向，还要计算出环境的熵变，将两者熵变合在一起考虑。因为是定压过程，所以过程的定压热ΔH可用基尔霍夫公式求出
263K水凝固的自发性结论：相变过程的熵变所以101.3kPa及263K下，1mol液态水凝固为冰是自发的。
热力学第三定律：化学过程的熵变“在0 K时，任何纯物质的完美晶体（只有一种排列方式）的熵值都等于零。”热力学第三定律的内容：
化学过程熵变的计算：在标准压力下，298.15 K时，各物质的标准摩尔熵值有表可查。根据化学反应计量方程，可以计算反应进度为1 mol时的熵变值。
(2)在标准压力下，求反应温度T时的熵变值。298.15K时的熵变值从查表得到
练习题：化学过程熵变的计算（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.6 熵变的计算」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
热与功转换的不可逆性：热力学第二定律的本质和熵的统计意义热与功转换的不可逆性热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子有序运动的结果。功转变成热是从规则运动转化为不规则运动，混乱度增加，是自发的过程；
而要将无序运动的热转化为有序运动的功就不可能自动发生。
气体混合过程的不可逆性：热力学第二定律的本质和熵的统计意义气体混合过程的不可逆性将N2和O2放在一盒内隔板的两边，抽去隔板，N2和O2自动混合，直至平衡。这是混乱度增加的过程，也是熵增加的过程，是自发的过程，其逆过程决不会自动发生。
热传导过程的不可逆性：热力学第二定律的本质和熵的统计意义热传导过程的不可逆性处于高温时的体系，分布在高能级上的分子数较集中；而处于低温时的体系，分子较多地集中在低能级上。
当热从高温物体传入低温物体时，两物体各能级上分布的分子数都将改变，总的分子分布的花样数增加，是一个自发过程，而逆过程不可能自动发生。
热力学第二定律的本质：热力学第二定律指出，凡是自发的过程都是不可逆的，而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。从以上几个不可逆过程的例子可以看出，一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而熵函数可以作为体系混乱度的一种量度，这就是热力学第二定律所阐明的不可逆过程的本质。
练习题：热力学第二定律的本质（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.7 第二定律的本质与熵的统计意义」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：热力学第二定律的本质（二）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.7 第二定律的本质与熵的统计意义」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：设计可逆途径：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.7 第二定律的本质与熵的统计意义」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：题：设计可逆途径（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.7 第二定律的本质与熵的统计意义」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能导览
新函数的推导：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
吉布斯自由能：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
吉布斯自由能示意图：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
吉布斯自由能判据：如果体系在等温、等压、且不作非体积功的条件下，或等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程，即自发变化总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行。这就是吉布斯自由能判据，因为大部分实验在等温、等压条件下进行，所以这个判据特别有用。
封闭体系的吉布斯自由能判据：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
亥姆霍兹自由能示意图：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
亥姆霍兹自由能判据：亥姆霍兹自由能如果体系在等温、等容且不作非体积功的条件下或等号表示可逆过程，或者体系处于平衡态，不等号表示是一个自发的不可逆过程，即自发变化总是朝着亥姆霍兹自由能减少的方向进行。这就是亥姆霍兹自由能判据。
热力学基本关系式：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：热力学基本关系式（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：热力学基本关系式（二）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
吉布斯自由能与温度、压力的关系：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
吉布斯自由能与温度、压力的关系（续）：吉布斯自由能与温度、压力的关系
ΔG的计算示例导览
简单状态变化与相变化的ΔG：简单状态变化的ΔG；相变化中的ΔG1.可逆相变的ΔG=02. 不可逆相变的ΔG需要设计可逆途径进行计算
练习题：简单状态变化与相变化的ΔG（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：简单状态变化与相变化的ΔG（二）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：简单状态变化与相变化的ΔG（三）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
可逆过程的设计：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
例题：263.3K水结冰的可逆途径：1mol，H2O(l)，263.3K，101.3kPa1mol，H2O(s)，263.3K，101.3kPa1mol，H2O(l)，263.3K，611Pa1mol，H2O(g)，263.3K，611Pa1mol，H2O(g)，263.3K，552Pa1mol，H2O(s)，263.3K，552Pa解：设计如下可逆途径ΔGΔG1ΔG2ΔG3ΔG4ΔG5
可逆过程设计示意图：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：可逆过程设计示意图（一）：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
练习题：可逆过程设计示意图：本页以图示或标题形式呈现，属于「2.10 ΔG的计算示例」一节，源文件未提取到更多正文文字，建议对照原课件图片补充要点。
本章小结：一题多解与结论唯一：通过对例题的详解，可以看出：1.选定体系、明确界面位置对于解题的重要性。2.判断一个途径可逆与否，可以用不同方法。最原始的方法是计算经过一个循环后总做功量和总吸热量；也可以用孤立体系总熵变的计算来判断。但这两种方法比较繁琐。
对于一个实际条件下的变化，用或判断较为方便，但一定要注意变化途径的条件，选取恰当的状态函数。3.不同方法判断同一变化途径的可逆与否，结论是一致的。说明热力学是一个封闭体系，可以自圆其说。由此可知，求解同一问题，可有不同思路，一题可以多解，但结果应该是唯一的。
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