資源簡介

第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
學習目標　1.知道什么是可逆過程和不可逆過程。2.知道熱傳遞的方向性及與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的。3.了解熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制成的原因。4.了解熵的概念及熵增加原理，并能解釋生活中的有關現象。
知識點一　熱力學第二定律
以下哪些現象能夠發生、哪些不能發生？
(1)一杯熱茶自然放置，茶會自動變得更熱。
(2)蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能。
(3)電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.可逆過程與不可逆過程
(1)可逆過程
一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果存在另一過程，它能使____________________完全復原，即系統回到原來的狀態，同時消除原來過程對外界的一切影響，則____________過程稱為可逆過程。
(2)不可逆過程
一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果用任何方法都不能使________和________完全復原，則原來的過程稱為不可逆過程。
2.熱傳遞的方向性
(1)熱量可自發地由________物體傳給________物體，或者由物體的________部分傳給________部分。
(2)熱量不能自發地由________物體傳給____________物體，或由物體的低溫部分傳給高溫部分。
(3)熱傳遞是__________過程，具有__________。
3.功熱轉化的方向性
功熱轉化這一熱現象是不可逆的，具有方向性。
4.結論
凡是與____________有關的宏觀過程都具有________。
5.熱力學第二定律
(1)克勞修斯表述
不可能使熱量從________物體傳向________物體而不引起其他變化。
(2)開爾文表述
不可能從____________吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化。
6.第二類永動機
(1)定義
從__________吸取熱量并使之________轉化為功而不引起其他變化的機器。
(2)第二類永動機不可能制成的原因
第二類永動機雖然不違背熱力學____________，但違背了熱力學____________。
(3)熱力學第二定律的又一表述
第二類永動機是____________實現的。
【思考】 1.傳熱的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題：
(1)制冷機工作時熱量是自發地從低溫熱庫傳到高溫熱庫嗎？
(2)熱機工作時能否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做功？熱機的效率怎么表示，可能達到100%嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　熱力學第二定律的理解
例1 (多選)(2024·山西運城高二期末)關于熱力學第二定律，下列說法正確的是(　　)
A.從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是可能的
B.空調既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性
C.隨著技術的不斷進步，熱機的效率可能達到100%
D.電冰箱在通電正常工作時，可將熱量從低溫物體傳導到高溫物體，但并不違反熱力學第二定律
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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利用熱力學第二定律解題的三要點
(1)明確熱力學第二定律的兩種表述是等效的。其實質是自然界中進行的所有涉及熱現象的宏觀物理過程都具有方向性。
(2)特別注意“不產生其他影響”和“產生其他影響”。熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但要產生其他影響。
(3)熱機的效率總是小于1，因為它總要向低溫熱庫散熱。　　
訓練1 (教材P70，T5改編)(多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環，在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列有關說法正確的是(　　)
A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外
B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能
C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第二定律
D.電冰箱和常見家用空調雖然都是制冷設備，但制冷原理卻完全不相同
角度2　熱力學第一定律與熱力學第二定律的比較
例2 (教材P70，T4改編)(多選)關于熱力學兩大定律，下列說法正確的是(　　)
A.熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的
B.熱力學第二定律的兩種表述是等效的
C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能
D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的
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總結提升
熱力學第一定律與熱力學第二定律的區別與聯系
熱力學第一定律 熱力學第二定律
區別 是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機
聯系 兩定律都是熱力學基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎
訓練2 (多選)(2024·河南商丘市期末)關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是(　　)
A.一切物理過程都不可能自發地進行
B.從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功
C.利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能是可能的
D.做功可以改變物體的內能，熱傳遞也可以改變物體的內能，同時做功和熱傳遞一定會改變物體的內能
知識點二　熵——系統無序程度的量度
一只完好的杯子從高處落到地上摔碎了(如圖所示)，這是一個可逆過程還是不可逆過程？在這個過程中熵是增加還是減少？為什么？請說說生活中的其他例子。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.有序與無序
(1)生活中符合某種規則的現象稱為________，反之稱為________。規則越多，一個宏觀狀態對應的微觀狀態越少，出現的概率越小，我們稱之為越有序。反之規則越少，一個宏觀狀態對應的微觀狀態就越多，出現的概率也越大，我們稱之為越無序。
(2)熱力學第二定律的微觀本質：與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序程度________的方向進行。
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定義
用來量度系統____________的物理量叫作熵，用符號S表示。
(2)熵增加原理
在孤立系統中的宏觀過程必然朝著__________的方向進行。
3.熵與能量退降
在熵增加的同時，一切不可逆過程總是使得能量從可利用狀態轉化為不可利用狀態，__________退化了，這種現象稱為能量退降。
【思考】 1.如圖所示，將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴散到整杯水中。試討論這個過程中無序程度的變化？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如圖所示是兩幅宣傳節約能源的圖片。請問：既然能量是守恒的，我們為什么還要節約能源？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 (多選)關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法中正確的是(　　)
A.大量分子無規則的熱運動能夠自發轉變為有序運動
B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態向無序運動狀態轉化的過程
C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化的過程
D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
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對熵增加原理的理解
(1)對于孤立的熱力學系統而言，所發生的是由非平衡態向著平衡態的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進行。或者說，一個孤立系統的熵永遠不會減小。這就是熵增加原理。
(2)從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律，一個孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，熵值越大代表著越無序，所以自發的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發展。　　
訓練3 下列關于熵的說法錯誤的是(　　)
A.熵是物體內分子運動無序程度的量度
B.在孤立系統中，一個自發的過程熵總是向減少的方向進行
C.熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的
D.熵值越大，代表系統分子運動越無序
隨堂對點自測
1.(熱力學第二定律的理解)(2024·湖北十堰高二期末)關于熱力學第二定律，下列說法不正確的是(　　)
A.第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第一定律
B.自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性
C.熱量不可能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體
D.熱機效率不可能達到100%
2.(熱力學第一定律與熱力學第二定律的比較)日常生活中使用的燃油汽車，其動力來源于發動機內部的氣缸，在氣缸內，通過氣體燃燒將氣體的內能轉化為機械能，下列說法正確的是(　　)
A.現代汽車技術已經非常先進，能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉化成機械能
B.氣體燃燒過程符合熱力學第二定律，內能無法全部用來做功以轉化成機械能
C.氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉化為機械能，故該過程不符合熱力學第一定律
D.發動機工作時，若沒有漏氣和摩擦，也沒有發動機的熱量損失，則燃料產生的熱量能夠完全轉化成機械能
3.(熱力學定律與熵綜合)如圖所示，絕熱的氣缸被一個絕熱的活塞分成左、右兩部分，活塞質量不計，活塞用銷釘鎖住，活塞與氣缸之間沒有摩擦，氣缸左邊裝有一定質量的理想氣體，右邊為真空，現在拔去銷釘，抽去活塞，讓氣體向右邊的真空做絕熱自由膨脹，下列說法正確的是(　　)
A.氣體在向真空膨脹的過程中對外做功，氣體內能減少
B.氣體在向真空膨脹的過程中，分子平均動能變小
C.氣體在向真空膨脹的過程中，系統的熵不可能增加
D.若無外界的干預，氣體分子不可能自發地退回到左邊，使右邊重新成為真空
第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
知識點一
導學
提示　(1)不可能。因為是“自動”過程，所以茶變熱時的內能增量只能來源于周圍環境，即周圍環境中的熱量會自動地收集到茶中。所以，這是不可能發生的現象。
(2)不可能。蒸汽的內能轉化為機械能必定需要做功，即熱蒸汽推動活塞做功。這一過程中，一方面由于活塞摩擦氣缸而產生熱能，另一方面由于熱蒸汽與周圍環境的溫度差，蒸汽機會向周圍環境散熱。所以，蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化為機械能是不可能的。
(3)可能。電冰箱通電后，消耗電能，將箱內低溫物體的熱量傳到箱外。
知識梳理
1.(1)系統和外界　原來的　(2)系統　外界
2.(1)高溫　低溫　高溫　低溫　(2)低溫　高溫　(3)不可逆
方向性
4.熱現象　方向性
5.(1)低溫　高溫　(2)單一熱源
6.(1)單一熱源　完全　(2)第一定律　第二定律　(3)不可能
[思考] 1.提示　不能。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現熱量從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱，但這不是自發地進行的，需要消耗電能。
2.提示　(1)不是。熱量從低溫熱庫傳到高溫熱庫時需要有外界做功。
(2)不能。熱機工作時只將從高溫熱庫吸收熱量的一部分用來做功，剩余的釋放到低溫熱庫。熱機的效率η＝，不可能達到100%。
例1 AD　[從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是可能的，只是要引起其他的變化，故A正確；空調制冷說明熱量可以在一定的條件下由低溫物體傳向高溫物體，但不是自發地由低溫物體傳向高溫物體，根據熱力學第二定律，自發的熱現象具有方向性，故B錯誤；即使隨著技術的不斷進步，熱機的效率也不可能達到100%，故C錯誤；電冰箱在通電正常工作時，可將熱量從低溫物體傳導到高溫物體，但并不違反熱力學第二定律，故D正確。]
訓練1 BC　[由熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助。電冰箱把熱量從溫度較低的內部傳到溫度較高的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故A錯誤，B正確；電冰箱的工作原理沒有違反熱力學第二定律，電冰箱與家用空調的制冷原理相同，故D錯誤，C正確。]
例2 ABD　[熱力學第二定律有幾種不同的表述形式，但它們是等效的，它與熱力學第一定律是各自獨立的，A、B正確；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q 可能等于0，C錯誤；由熱力學第二定律可知D中現象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D正確。]
訓練2 BC　[根據熱力學第二定律，一部分物理過程是可以自發進行的，故A錯誤；根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸熱，并全部用來對外做功而不引起其他變化，若引起外界變化則可以，故B正確；根據熱力學第二定律可知，利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能，這在原理上是可行的，故C正確；做功可以改變物體的內能，熱傳遞也可以改變物體的內能，但同時做功和熱傳遞不一定會改變物體的內能，比如物體吸收熱量的同時對外做功，內能不一定改變，故D錯誤。]
知識點二
導學
提示　一只完好的杯子從高處落到地上摔碎了，它不可能再自發地恢復成一只完好的杯子，故此過程是一個不可逆過程；在這個過程中，無序程度增加，熵增加了。比如一本書掉到地板上是不可逆過程，這個過程能量是守恒的，熵增加了。
知識梳理
1.(1)有序　無序　(2)增大
2.(1)無序程度　(2)熵增加
3.能量品質
[思考] 1.提示　一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會自發地進入清水中，最終整杯水均勻地變紅了，但這杯均勻的紅水中的小炭粒絕不會自發地聚集在一起，成為一滴紅墨水，而其余部分又變成了清水。此過程中從有序變成無序，無序程度增加了，即熵增加了。
2.提示　能量是守恒的，但能量退降卻導致能量品質的降低，可利用的能量減少，因此，我們要節約能源。
例3 CD　[熱傳遞的過程中熱量從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化，而不是從有序運動狀態向無序運動狀態的轉化，B錯誤，C正確；大量分子的運動不可能從無序運動自動轉為有序運動，A錯誤；自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，D正確。]
訓練3 B　[熵是分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，A、D正確；孤立系統中發生的任何實際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值增加，B錯誤，C正確。]
隨堂對點自測
1.A　[第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律，故A錯誤；自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，都不可逆，故B正確；根據熱力學第二定律知，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，故C正確；熱力學第二定律可表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化，所以熱機效率不可能達到100%，故D正確。]
2.B　[根據熱力學第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，現代汽車技術已經非常先進，但也不能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉化成機械能，A錯誤；氣體燃燒過程符合熱力學第二定律，內能無法全部用來做功以轉化成機械能，B正確；氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉化為機械能，該過程符合熱力學第一定律，C錯誤；根據熱力學第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，發動機工作時，就算沒有漏氣和摩擦，也沒有發動機的熱量損失，燃料產生的熱量也不能完全轉化成機械能，D錯誤。]
3.D　[由于活塞抽去，右邊為真空，所以氣體膨脹時不做功，A錯誤；氣體在向真空膨脹的過程中，不做功，不交換熱量，內能不變，故溫度不變，分子平均動能不變，B錯誤；氣體在向真空膨脹的過程中，無序程度在增加，系統的熵在增加，C錯誤；若無外界的干預，氣體分子不可能自發地退回到左邊，使右邊重新成為真空，D正確。]第3節　熱力學第二定律　
第4節　熵——系統無序程度的量度
(分值:100分)
選擇題1~10題,每小題8分,共80分,11~12題,每小題10分,共20分,合計100分。
對點題組練
題組一　熱力學第二定律
1.(多選)下列有關熱力學第二定律的說法正確的是 (　　)
氣體自發地擴散運動總是向著更為無序的方向進行,是不可逆過程
能源危機說明自然界的總能量在不斷減少
水的溫度自動下降時,釋放的內能可以自發地全部轉化為機械能
物體從高溫熱庫吸收熱量后,內能可能變少
2.(多選)關于第二類永動機,下列說法中正確的是 (　　)
沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功,而不引起其他變化的熱機叫作第二類永動機
第二類永動機違背了能量守恒定律,所以不可能制成
第二類永動機不可能制成,說明機械能可以全部轉化為內能,內能卻不能全部轉化為機械能
第二類永動機不可能制成,說明機械能可以全部轉化為內能,內能卻不能全部轉化為機械能,同時不引起其他變化
3.(多選)(2024·四川南充市期末)關于熱力學第二定律,下列說法正確的是 (　　)
濃度為75%的醫用酒精長時間靜置,可以自然分離為水和純酒精
空調既能制熱也能制冷,說明熱量能夠從低溫物體傳到高溫物體
若不產生其他影響,不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功
理想熱機的效率可以達到100%
4.2022年7月8日消息,世界能源格局發生重要變化,能源投資新趨勢正在形成。從清潔能源總體投資分布看,預計今年投資將占全球能源投資增長額的四分之三。關于能源與可持續發展,下列說法正確的是 (　　)
籃球從空中落下,最后靜止在地面上,說明機械能消失了
大量使用天然氣作燃料符合“低碳生活”理念
隨著科技的發展,永動機是可以制成的
在火力發電中,燃氣的內能不可能全部轉變為電能
5.(多選)下列現象及關于熱力學第一、第二定律的敘述正確的是 (　　)
一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中,氣體一定從外界吸收熱量
熱力學第一定律和熱力學第二定律是從不同角度闡述了能量守恒定律
0 ℃的冰融化為0 ℃的水,此過程系統吸收熱量,內能增加
“覆水難收(潑出去的水難以收回)”反映了與熱現象有關的宏觀過程具有方向性
6.如圖所示,用兩種不同的金屬絲組成一個回路,接觸點1插在一杯熱水中,接觸點2插在一杯冷水中,此時靈敏電流計的指針會發生偏轉,這就是溫差發電現象,根據這一現象,下列說法中正確的是 (　　)
這一過程違反了熱力學第二定律
這一過程違反了熱力學第一定律
熱水和冷水的溫度將發生變化
這一過程違反了能量守恒定律
題組二　熵——系統無序程度的量度
7.(2023·四川遂寧市期末)孤立絕熱密閉容器內的理想氣體靜置足夠長時間后,該氣體 (　　)
分子排列將變得有序,其無規則運動停止
分子平均動能保持不變
每個分子的速率都相同
孤立系統的熵減小了
8.(多選)下面關于熱力學第二定律微觀意義的說法正確的是 (　　)
從微觀的角度看,熱力學第二定律是一個統計規律
一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性減小的方向進行
有的自然過程沿著分子熱運動無序性增大的方向進行,有的自然過程沿著分子熱運動無序性減小的方向進行
在任何自然過程中,一個孤立系統的總熵不會減小
9.(多選)下列自發過程熵增加的是 (　　)
晶體熔化為液體
水蒸發成為水蒸氣
水凝固成冰
紅墨水滴入一杯清水中
綜合提升練
10.2022年4月16號上午,神舟13號飛船在內蒙古東風著陸場順利降落,氣閘艙是實驗艙中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置。氣閘艙的工作原理簡化圖如圖所示,座艙A充滿一定質量的理想氣體,座艙B內為真空。打開閥門K,氣體會自發擴散至B中,氣體最終達到平衡,整個系統不漏氣且與外界沒有熱交換,下列說法正確的是 (　　)
平衡后,氣體系統的熵值在減小
座艙A中氣體自發擴散過程中,氣體對外做功,內能減小
平衡后,座艙B中氣體可能自發地全部回到座艙A中
平衡后,氣體分子單位時間內,與器壁單位面積的碰撞次數減少
11.(2024·北京海淀區期末)“二氧化碳跨臨界直冷制冰”是北京冬奧會的“中國方案”,圖中國家速滑館5 000 m2的冰面全由它制成,冰面溫差可控制在±0.5 ℃ 以內。其制冰過程可簡化為圖中的循環過程,其中橫軸為溫度T,縱軸為壓強p;過程A→B:一定量的二氧化碳在壓縮機的作用下變為高溫高壓的超臨界態(一種介于液態和氣態之間,分子間有強烈相互作用的特殊狀態);過程B→C:二氧化碳在冷凝器中經歷一恒壓過程向外放熱而變成高壓液體;過程C→D:二氧化碳進入蒸發器中蒸發,進而使與蒸發器接觸的水降溫而凝固;過程D→A:二氧化碳經歷一恒壓過程回到初始狀態。下列說法正確的是 (　　)
過程A→B中,每個二氧化碳分子的動能都將增大
過程B→C中,二氧化碳始終遵循理想氣體的實驗定律
過程D→A中,若二氧化碳可看作理想氣體,則該過程中二氧化碳將吸熱
整個循環過程中,熱量從低溫水向高溫二氧化碳傳遞,違反熱力學第二定律
培優加強練
12.(2024·遼寧大連高二期末)電冰箱由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器四個部分組成一個密閉的連通系統,制冷劑在連通系統內循環流經這四個部分。各部分的溫度和壓強如圖所示,則下列說法正確的是 (　　)
冷凝器向環境散失的熱量可能小于蒸發器從冰箱內吸收的熱量
該過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞,符合熱力學第二定律
制冷劑在蒸發器中的狀態可以看成理想氣體
制冷劑在通過冷凝器的過程中分子勢能和分子動能都增大
第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
1.AD　[氣體自發地擴散運動總是向著無序的方向進行，是不可逆的過程，故A正確；根據能量守恒定律可知自然界的總能量是守恒的，故B錯誤；物體溫度下降釋放的內能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉化為機械能，故C錯誤；改變物體內能的方式有熱傳遞和做功，所以物體吸收熱量后對外做功的情況下內能可能減少，故D正確。]
2.AD　[由第二類永動機的表述知，A正確；第二類永動機雖然不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，是不可能制成的，故B錯誤；機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化，故D正確，C錯誤。]
3.BC　[濃度為75%的醫用酒精長時間靜置，不會自然分離為水和純酒精，違反熱力學第二定律，故A錯誤；空調既能制熱也能制冷，說明通過壓縮機做功熱量能夠從低溫物體傳到高溫物體，故B正確；熱力學第二定律可表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全用來做功，而不引起其他變化，故C正確；由C中分析可知，理想熱機的效率不可以達到100%，故D錯誤。]
4.D　[籃球從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能轉化為了籃球和周圍其他物體的內能，或轉化為其他形式的能，能量不會消失，A錯誤；因天然氣主要成分是甲烷。其完全燃燒時生成二氧化碳和水；不完全燃燒生成一氧化碳和水，因此大量使用天然氣作燃料不符合“低碳生活”理念，B錯誤；不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器—永動機，是違背了能量的轉化和守恒定律，永動機是不可能制成的，C錯誤；由熱力學第二定律可知，任何機械都有效率的問題，因此燃氣的內能不可能全部轉變為電能，D正確。]
5.ACD　[一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中，內能不變，即ΔU＝0，而W<0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，氣體一定從外界吸收熱量，故A正確；熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現象中的體現，熱力學第二定律則指出了能量轉化的方向性，故B錯誤；0 ℃的冰融化為0 ℃的水，系統吸收熱量，分子勢能增加，分子平均動能不變，分子總動能不變，系統內能增加，故C正確；熱力學第二定律的微觀意義是一切自發過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行，潑出去的水相比盆中的水，分子無序性增加了，反映了與熱現象有關的宏觀過程具有方向性，故D正確。]
6.C　[任何宏觀的實際熱現象都符合熱力學第二定律，故A錯誤；熱傳遞和做功均會改變內能，該過程沒有違反熱力學第一定律，故B錯誤；在實驗過程中，熱水內能減少，一部分轉移到低溫物體，一部分轉化為電能，熱水一定會降溫，冷水一定會升溫，故C正確；能量守恒定律是普遍定律，在實驗過程中，熱水的內能部分轉化成電能，電能也部分轉化成冷水的內能，符合能量守恒定律，故D錯誤。]
7.B　[分子排列將變得無序，且分子的無規則熱運動永不停息，故A錯誤；孤立絕熱密閉容器的理想氣體，溫度不變，分子的平均動能不變，故B正確；分子做無規則的熱運動，在相同溫度下各個分子的動能并不相同，所以每個分子的速率不相同，故C錯誤；孤立絕熱密閉容器的理想氣體靜置足夠長時間后，孤立系統的熵不會減小，故D錯誤。]
8.AD　[系統的熱力學過程就是大量分子無序運動狀態的變化，從微觀角度看，熱力學第二定律是一個統計規律，A正確；熱力學第二定律的微觀意義是“一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行”，B、C錯誤；熵是用來量度系統無序程度的物理量，在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵都不會減小，D正確。]
9.ABD　[根據熵增加原理，自然界的一切自發過程，總是朝著熵增加的方向進行，水凝固成冰過程中，分子的無序程度減小，也就是熵減小，故C錯誤；晶體熔化為液體，水蒸發成為水蒸氣，紅墨水滴入一杯清水中，分子無序程度增加，故A、B、D正確。]
10.D　[由于氣體分子無規則運動的空間變大，所以無序性增加，即熵增加，故A錯誤；氣體自由擴散，沒有對外做功，又因為整個系統不漏氣且與外界沒有熱交換，則氣體內能不變，故B錯誤；根據熵增加原理可知，一切宏觀熱現象均具有方向性，B中氣體不可能自發地全部回到座艙A中，故C錯誤；氣體溫度不變，體積增大，壓強減小，單位體積內的分子數減少，單位時間內對器壁單位面積的碰撞次數減少，故D正確。]
11.C　[過程A→B中，溫度升高，二氧化碳分子的平均動能將增大，但不是每個二氧化碳分子的動能都將增大，故A錯誤；過程B→C中，二氧化碳在C是液態，不是氣體，不符合理想氣體實驗定律的條件，故B錯誤；過程D→A中，若二氧化碳可看作理想氣體，壓強不變，溫度升高，體積增大，因溫度升高，故二氧化碳的內能增大，又由于體積增大，二氧化碳對外做功，所以該過程中二氧化碳將吸熱，故C正確；整個循環過程中，熱量從低溫水向高溫二氧化碳傳遞，該過程引起了其他的變化，所以不違反熱力學第二定律，故D錯誤。]
12.B　[根據熱力學第一定律，Q1(從低溫物體吸收的熱量)＋W(壓縮機對系統做的功)＝Q2(向高溫物體釋放的熱量)，因此冷凝器向環境散失的熱量大于蒸發器從冰箱內吸收的熱量，A錯誤；這一過程不是自發完成的，蒸發器和冷凝器兩處的熱交換方向都是從高溫物體向低溫物體，整個過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，符合熱力學第二定律，B正確；制冷劑在蒸發器中雖然是氣體狀態，但是不滿足遠離液化的狀態，不能看成理想氣體，C錯誤；在冷凝器中制冷劑溫度降低，分子平均動能減小，分子間距從氣體過渡到液體，分子勢能降低，D錯誤。](共61張PPT)
第3節　熱力學第二定律
第4節　熵——系統無序程度的量度
第3章 熱力學定律
1.知道什么是可逆過程和不可逆過程。2.知道熱傳遞的方向性及與熱現象有關的宏觀過程都是不可逆的。3.了解熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不能制成的原因。4.了解熵的概念及熵增加原理，并能解釋生活中的有關現象。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　熵——系統無序程度的量度
知識點一　熱力學第二定律
知識點一　熱力學第二定律
以下哪些現象能夠發生、哪些不能發生？
(1)一杯熱茶自然放置，茶會自動變得更熱。
(2)蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化成機械能。
(3)電冰箱通電后把箱內低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體。
提示　(1)不可能。因為是“自動”過程，所以茶變熱時的內能增量只能來源于周圍環境，即周圍環境中的熱量會自動地收集到茶中。所以，這是不可能發生的現象。
(2)不可能。蒸汽的內能轉化為機械能必定需要做功，即熱蒸汽推動活塞做功。這一過程中，一方面由于活塞摩擦氣缸而產生熱能，另一方面由于熱蒸汽與周圍環境的溫度差，蒸汽機會向周圍環境散熱。所以，蒸汽機把蒸汽的內能全部轉化為機械能是不可能的。
(3)可能。電冰箱通電后，消耗電能，將箱內低溫物體的熱量傳到箱外。
1.可逆過程與不可逆過程
(1)可逆過程
一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果存在另一過程，它能使____________完全復原，即系統回到原來的狀態，同時消除原來過程對外界的一切影響，則________過程稱為可逆過程。
(2)不可逆過程
一個系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態，如果用任何方法都不能使______和______完全復原，則原來的過程稱為不可逆過程。
系統和外界
原來的
系統
外界
2.熱傳遞的方向性
(1)熱量可自發地由______物體傳給______物體，或者由物體的______部分傳給______部分。
(2)熱量不能自發地由______物體傳給______物體，或由物體的低溫部分傳給高溫部分。
(3)熱傳遞是________過程，具有________。
高溫
低溫
高溫
低溫
低溫
高溫
不可逆
方向性
3.功熱轉化的方向性
功熱轉化這一熱現象是不可逆的，具有方向性。
4.結論
凡是與________有關的宏觀過程都具有________。
5.熱力學第二定律
(1)克勞修斯表述
不可能使熱量從______物體傳向______物體而不引起其他變化。
(2)開爾文表述
不可能從__________吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化。
熱現象
方向性
低溫
高溫
單一熱源
6.第二類永動機
(1)定義
從__________吸取熱量并使之______轉化為功而不引起其他變化的機器。
(2)第二類永動機不可能制成的原因
第二類永動機雖然不違背熱力學__________，但違背了熱力學__________。
(3)熱力學第二定律的又一表述
第二類永動機是________實現的。
單一熱源
完全
第一定律
第二定律
不可能
【思考】 1.傳熱的方向性能否簡單理解為“熱量不會從低溫物體傳給高溫物體”？
提示　不能。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發地從高溫物體傳向低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，這個過程是自發進行的，不需要任何外界的影響或者幫助，有時我們也能實現熱量從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱，但這不是自發地進行的，需要消耗電能。
2.如圖所示是制冷機和熱機的工作過程示意圖，通過此圖思考以下問題：
(1)制冷機工作時熱量是自發地從低溫熱庫傳到高溫熱庫嗎？
(2)熱機工作時能否將從高溫熱庫吸收的熱量全部用來做功？熱機的效率怎么表示，可能達到100%嗎？
AD
角度1　熱力學第二定律的理解
例1 (多選)(2024·山西運城高二期末)關于熱力學第二定律，下列說法正確的是(　　)
A.從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是可能的
B.空調既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性
C.隨著技術的不斷進步，熱機的效率可能達到100%
D.電冰箱在通電正常工作時，可將熱量從低溫物體傳導到高溫物體，但并不違反熱力學第二定律
解析　從單一熱源吸取熱量使之全部變成有用的機械功是可能的，只是要引起其他的變化，故A正確；空調制冷說明熱量可以在一定的條件下由低溫物體傳向高溫物體，但不是自發地由低溫物體傳向高溫物體，根據熱力學第二定律，自發的熱現象具有方向性，故B錯誤；即使隨著技術的不斷進步，熱機的效率也不可能達到100%，故C錯誤；電冰箱在通電正常工作時，可將熱量從低溫物體傳導到高溫物體，但并不違反熱力學第二定律，故D正確。
利用熱力學第二定律解題的三要點
(1)明確熱力學第二定律的兩種表述是等效的。其實質是自然界中進行的所有涉及熱現象的宏觀物理過程都具有方向性。
(2)特別注意“不產生其他影響”和“產生其他影響”。熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但要產生其他影響。
(3)熱機的效率總是小于1，因為它總要向低溫熱庫散熱。
BC
訓練1 (教材P70，T5改編)(多選)如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環，在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列有關說法正確的是(　　)
A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外
B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的
熱量傳到外界，是因為其消耗了電能
C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第二定律
D.電冰箱和常見家用空調雖然都是制冷設備，但制冷原理卻完全不相同
解析　由熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助。電冰箱把熱量從溫度較低的內部傳到溫度較高的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故A錯誤，B正確；電冰箱的工作原理沒有違反熱力學第二定律，電冰箱與家用空調的制冷原理相同，故D錯誤，C正確。
角度2　熱力學第一定律與熱力學第二定律的比較
例2 (教材P70，T4改編)(多選)關于熱力學兩大定律，下列說法正確的是(　　 )
A.熱力學第一定律和熱力學第二定律是相互獨立的
B.熱力學第二定律的兩種表述是等效的
C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能
D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的
ABD
解析　熱力學第二定律有幾種不同的表述形式，但它們是等效的，它與熱力學第一定律是各自獨立的，A、B正確；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q 可能等于0，C錯誤；由熱力學第二定律可知D中現象是可能的，但不引起其他變化是不可能的，D正確。
熱力學第一定律與熱力學第二定律的區別與聯系
熱力學第一定律 熱力學第二定律
區別 是能量守恒定律在熱力學中的表現，否定了創造能量和消滅能量的可能性，從而否定了第一類永動機 是關于在有限空間和時間內，一切和熱現象有關的物理過程、化學過程具有不可逆性的經驗總結，從而否定了第二類永動機
聯系 兩定律都是熱力學基本定律，分別從不同角度揭示了與熱現象有關的物理過程所遵循的規律，二者既相互獨立，又相互補充，都是熱力學的理論基礎
訓練2 (多選)(2024·河南商丘市期末)關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是(　　)
A.一切物理過程都不可能自發地進行
B.從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功
C.利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能是可能的
D.做功可以改變物體的內能，熱傳遞也可以改變物體的內能，同時做功和熱傳遞一定會改變物體的內能
BC
解析　根據熱力學第二定律，一部分物理過程是可以自發進行的，故A錯誤；根據熱力學第二定律可知，不可能從單一熱源吸熱，并全部用來對外做功而不引起其他變化，若引起外界變化則可以，故B正確；根據熱力學第二定律可知，利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的一部分內能轉化為機械能，這在原理上是可行的，故C正確；做功可以改變物體的內能，熱傳遞也可以改變物體的內能，但同時做功和熱傳遞不一定會改變物體的內能，比如物體吸收熱量的同時對外做功，內能不一定改變，故D錯誤。
知識點二　熵——系統無序程度的量度
一只完好的杯子從高處落到地上摔碎了(如圖所示)，這是一個可逆過程還是不可逆過程？在這個過程中熵是增加還是減少？為什么？請說說生活中的其他例子。
提示　一只完好的杯子從高處落到地上摔碎了，
它不可能再自發地恢復成一只完好的杯子，故此
過程是一個不可逆過程；在這個過程中，無序程
度增加，熵增加了。比如一本書掉到地板上是不可逆過程，這個過程能量是守恒的，熵增加了。
1.有序與無序
(1)生活中符合某種規則的現象稱為______，反之稱為______。規則越多，一個宏觀狀態對應的微觀狀態越少，出現的概率越小，我們稱之為越有序。反之規則越少，一個宏觀狀態對應的微觀狀態就越多，出現的概率也越大，我們稱之為越無序。
(2)熱力學第二定律的微觀本質：與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序程度______的方向進行。
有序
無序
增大
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定義
用來量度系統__________的物理量叫作熵，用符號S表示。
(2)熵增加原理
在孤立系統中的宏觀過程必然朝著________的方向進行。
3.熵與能量退降
在熵增加的同時，一切不可逆過程總是使得能量從可利用狀態轉化為不可利用狀態，__________退化了，這種現象稱為能量退降。
無序程度
熵增加
能量品質
【思考】 1.如圖所示，將一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會逐漸擴散到整杯水中。試討論這個過程中無序程度的變化？
提示　一滴紅墨水滴入一杯清水中，紅墨水會自發地進入清水中，最終整杯水均勻地變紅了，但這杯均勻的紅水中的小炭粒絕不會自發地聚集在一起，成為一滴紅墨水，而其余部分又變成了清水。此過程中從有序變成無序，無序程度增加了，即熵增加了。
2.如圖所示是兩幅宣傳節約能源的圖片。請問：既然能量是守恒的，我們為什么還要節約能源？
提示　能量是守恒的，但能量退降卻導致能量品質的降低，可利用的能量減少，因此，我們要節約能源。
CD
例3 (多選)關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法中正確的是(　　)
A.大量分子無規則的熱運動能夠自發轉變為有序運動
B.熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態向無序運動狀態轉化的過程
C.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化的過程
D.一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
解析　熱傳遞的過程中熱量從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，是大量分子從無序程度小的運動狀態向無序程度大的運動狀態轉化，而不是從有序運動狀態向無序運動狀態的轉化，B錯誤，C正確；大量分子的運動不可能從無序運動自動轉為有序運動，A錯誤；自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，D正確。
對熵增加原理的理解
(1)對于孤立的熱力學系統而言，所發生的是由非平衡態向著平衡態的變化過程，因此，總是朝著熵增加的方向進行。或者說，一個孤立系統的熵永遠不會減小。這就是熵增加原理。
(2)從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律，一個孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，熵值越大代表著越無序，所以自發的宏觀過程總是向無序程度更大的方向發展。
訓練3 下列關于熵的說法錯誤的是(　　)
A.熵是物體內分子運動無序程度的量度
B.在孤立系統中，一個自發的過程熵總是向減少的方向進行
C.熱力學第二定律的微觀實質是熵是增加的
D.熵值越大，代表系統分子運動越無序
解析　熵是分子運動無序程度的量度，熵越大，分子運動無序程度越大，A、D正確；孤立系統中發生的任何實際過程，其能量的總值保持不變，而其熵值增加，B錯誤，C正確。
B
隨堂對點自測
2
A
1.(熱力學第二定律的理解)(2024·湖北十堰高二期末)關于熱力學第二定律，下列說法不正確的是(　　)
A.第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第一定律
B.自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性
C.熱量不可能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體
D.熱機效率不可能達到100%
解析　第二類永動機不可能制成是因為違背了熱力學第二定律，故A錯誤；自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，都不可逆，故B正確；根據熱力學第二定律知，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，故C正確；熱力學第二定律可表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全用來做功而不引起其他變化，所以熱機效率不可能達到100%，故D正確。
B
2.(熱力學第一定律與熱力學第二定律的比較)日常生活中使用的燃油汽車，其動力來源于發動機內部的氣缸，在氣缸內，通過氣體燃燒將氣體的內能轉化為機械能，下列說法正確的是(　　)
A.現代汽車技術已經非常先進，能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉化成機械能
B.氣體燃燒過程符合熱力學第二定律，內能無法全部用來做功以轉化成機械能
C.氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉化為機械能，故該過程不符合熱力學第一定律
D.發動機工作時，若沒有漏氣和摩擦，也沒有發動機的熱量損失，則燃料產生的熱量能夠完全轉化成機械能
解析　根據熱力學第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，現代汽車技術已經非常先進，但也不能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉化成機械能，A錯誤；氣體燃燒過程符合熱力學第二定律，內能無法全部用來做功以轉化成機械能，B正確；氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉化為機械能，該過程符合熱力學第一定律，C錯誤；根據熱力學第二定律可知，熱機的效率不可能達到100%，發動機工作時，就算沒有漏氣和摩擦，也沒有發動機的熱量損失，燃料產生的熱量也不能完全轉化成機械能，D錯誤。
D
3.(熱力學定律與熵綜合)如圖所示，絕熱的氣缸被一個絕熱的活塞分成左、右兩部分，活塞質量不計，活塞用銷釘鎖住，活塞與氣缸之間沒有摩擦，氣缸左邊裝有一定質量的理想氣體，右邊為真空，現在拔去銷釘，抽去活塞，讓氣體向右邊的真空做絕熱自由膨脹，下列說法正確的是(　　)
A.氣體在向真空膨脹的過程中對外做功，氣體內能減少
B.氣體在向真空膨脹的過程中，分子平均動能變小
C.氣體在向真空膨脹的過程中，系統的熵不可能增加
D.若無外界的干預，氣體分子不可能自發地退回到左
邊，使右邊重新成為真空
解析　由于活塞抽去，右邊為真空，所以氣體膨脹時不做功，A錯誤；氣體在向真空膨脹的過程中，不做功，不交換熱量，內能不變，故溫度不變，分子平均動能不變，B錯誤；氣體在向真空膨脹的過程中，無序程度在增加，系統的熵在增加，C錯誤；若無外界的干預，氣體分子不可能自發地退回到左邊，使右邊重新成為真空，D正確。
課后鞏固訓練
3
AD
對點題組練
題組一　熱力學第二定律
1.(多選)下列有關熱力學第二定律的說法正確的是(　　)
A.氣體自發地擴散運動總是向著更為無序的方向進行，是不可逆過程
B.能源危機說明自然界的總能量在不斷減少
C.水的溫度自動下降時，釋放的內能可以自發地全部轉化為機械能
D.物體從高溫熱庫吸收熱量后，內能可能變少
解析　氣體自發地擴散運動總是向著無序的方向進行，是不可逆的過程，故A正確；根據能量守恒定律可知自然界的總能量是守恒的，故B錯誤；物體溫度下降釋放的內能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉化為機械能，故C錯誤；改變物體內能的方式有熱傳遞和做功，所以物體吸收熱量后對外做功的情況下內能可能減少，故D正確。
AD
2.(多選)關于第二類永動機，下列說法中正確的是(　　)
A.沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機叫作第二類永動機
B.第二類永動機違背了能量守恒定律，所以不可能制成
C.第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能
D.第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化
解析　由第二類永動機的表述知，A正確；第二類永動機雖然不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律，是不可能制成的，故B錯誤；機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能，同時不引起其他變化，故D正確，C錯誤。
BC
3.(2024·四川南充市期末)(多選)關于熱力學第二定律，下列說法正確的是(　　)
A.濃度為75%的醫用酒精長時間靜置，可以自然分離為水和純酒精
B.空調既能制熱也能制冷，說明熱量能夠從低溫物體傳到高溫物體
C.若不產生其他影響，不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功
D.理想熱機的效率可以達到100%
解析　濃度為75%的醫用酒精長時間靜置，不會自然分離為水和純酒精，違反熱力學第二定律，故A錯誤；空調既能制熱也能制冷，說明通過壓縮機做功熱量能夠從低溫物體傳到高溫物體，故B正確；熱力學第二定律可表述為：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全用來做功，而不引起其他變化，故C正確；由C中分析可知，理想熱機的效率不可以達到100%，故D錯誤。
D
4.2022年7月8日消息，世界能源格局發生重要變化，能源投資新趨勢正在形成。從清潔能源總體投資分布看，預計今年投資將占全球能源投資增長額的四分之三。關于能源與可持續發展，下列說法正確的是(　　)
A.籃球從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能
消失了
B.大量使用天然氣作燃料符合“低碳生活”理念
C.隨著科技的發展，永動機是可以制成的
D.在火力發電中，燃氣的內能不可能全部轉變為電能
解析　籃球從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能轉化為了籃球和周圍其他物體的內能，或轉化為其他形式的能，能量不會消失，A錯誤；因天然氣主要成分是甲烷。其完全燃燒時生成二氧化碳和水；不完全燃燒生成一氧化碳和水，因此大量使用天然氣作燃料不符合“低碳生活”理念，B錯誤；不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器—永動機，是違背了能量的轉化和守恒定律，永動機是不可能制成的，C錯誤；由熱力學第二定律可知，任何機械都有效率的問題，因此燃氣的內能不可能全部轉變為電能，D正確。
ACD
5.(多選)下列現象及關于熱力學第一、第二定律的敘述正確的是(　　 )
A.一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中，氣體一定從外界吸收熱量
B.熱力學第一定律和熱力學第二定律是從不同角度闡述了能量守恒定律
C.0 ℃的冰融化為0 ℃的水，此過程系統吸收熱量，內能增加
D.“覆水難收(潑出去的水難以收回)”反映了與熱現象有關的宏觀過程具有方向性
解析　一定質量的理想氣體在等溫膨脹過程中，內能不變，即ΔU＝0，而W<0，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，氣體一定從外界吸收熱量，故A正確；熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現象中的體現，熱力學第二定律則指出了能量轉化的方向性，故B錯誤；0 ℃的冰融化為0 ℃的水，系統吸收熱量，分子勢能增加，分子平均動能不變，分子總動能不變，系統內能增加，故C正確；熱力學第二定律的微觀意義是一切自發過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行，潑出去的水相比盆中的水，分子無序性增加了，反映了與熱現象有關的宏觀過程具有方向性，故D正確。
C
6.如圖所示，用兩種不同的金屬絲組成一個回路，接觸點1插在一杯熱水中，接觸點2插在一杯冷水中，此時靈敏電流計的指針會發生偏轉，這就是溫差發電現象，根據這一現象，下列說法中正確的是 (　　)
A.這一過程違反了熱力學第二定律
B.這一過程違反了熱力學第一定律
C.熱水和冷水的溫度將發生變化
D.這一過程違反了能量守恒定律
解析　任何宏觀的實際熱現象都符合熱力學第二定律，故A錯誤；熱傳遞和做功均會改變內能，該過程沒有違反熱力學第一定律，故B錯誤；在實驗過程中，熱水內能減少，一部分轉移到低溫物體，一部分轉化為電能，熱水一定會降溫，冷水一定會升溫，故C正確；能量守恒定律是普遍定律，在實驗過程中，熱水的內能部分轉化成電能，電能也部分轉化成冷水的內能，符合能量守恒定律，故D錯誤。
B
題組二　熵——系統無序程度的量度
7.(2023·四川遂寧市期末)孤立絕熱密閉容器內的理想氣體靜置足夠長時間后，該氣體(　　)
A.分子排列將變得有序，其無規則運動停止
B.分子平均動能保持不變
C.每個分子的速率都相同
D.孤立系統的熵減小了
解析　分子排列將變得無序，且分子的無規則熱運動永不停息，故A錯誤；孤立絕熱密閉容器的理想氣體，溫度不變，分子的平均動能不變，故B正確；分子做無規則的熱運動，在相同溫度下各個分子的動能并不相同，所以每個分子的速率不相同，故C錯誤；孤立絕熱密閉容器的理想氣體靜置足夠長時間后，孤立系統的熵不會減小，故D錯誤。
AD
8.(多選)下面關于熱力學第二定律微觀意義的說法正確的是(　　)
A.從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律
B.一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性減小的方向進行
C.有的自然過程沿著分子熱運動無序性增大的方向進行，有的自然過程沿著分子熱運動無序性減小的方向進行
D.在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小
解析　系統的熱力學過程就是大量分子無序運動狀態的變化，從微觀角度看，熱力學第二定律是一個統計規律，A正確；熱力學第二定律的微觀意義是“一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行”，B、C錯誤；熵是用來量度系統無序程度的物理量，在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵都不會減小，D正確。
ABD
9.(多選)下列自發過程熵增加的是(　 　)
A.晶體熔化為液體 B.水蒸發成為水蒸氣
C.水凝固成冰 D.紅墨水滴入一杯清水中
解析　根據熵增加原理，自然界的一切自發過程，總是朝著熵增加的方向進行，水凝固成冰過程中，分子的無序程度減小，也就是熵減小，故C錯誤；晶體熔化為液體，水蒸發成為水蒸氣，紅墨水滴入一杯清水中，分子無序程度增加，故A、B、D正確。
D
綜合提升練
10.2022年4月16號上午，神舟13號飛船在內蒙古東風著陸場順利降落，氣閘艙是實驗艙中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置。氣閘艙的工作原理簡化圖如圖所示，座艙A充滿一定質量的理想氣體，座艙B內為真空。打開閥門K，氣體會自發擴散至B中，氣體最終達到平衡，整個系統不漏氣且與外界沒有熱交換，下列說法正確的是(　　)
A.平衡后，氣體系統的熵值在減小
B.座艙A中氣體自發擴散過程中，氣體對外做功，
內能減小
C.平衡后，座艙B中氣體可能自發地全部回到座艙A中
D.平衡后，氣體分子單位時間內，與器壁單位面積的碰撞次數減少
解析　由于氣體分子無規則運動的空間變大，所以無序性增加，即熵增加，故A錯誤；氣體自由擴散，沒有對外做功，又因為整個系統不漏氣且與外界沒有熱交換，則氣體內能不變，故B錯誤；根據熵增加原理可知，一切宏觀熱現象均具有方向性，B中氣體不可能自發地全部回到座艙A中，故C錯誤；氣體溫度不變，體積增大，壓強減小，單位體積內的分子數減少，單位時間內對器壁單位面積的碰撞次數減少，故D正確。
C
11.(2024·北京海淀區期末)“二氧化碳跨臨界直冷制冰”是北京冬奧會的“中國方案”，圖中國家速滑館5 000 m2的冰面全由它制成，冰面溫差可控制在±0.5 ℃ 以內。其制冰過程可簡化為圖中的循環過程，其中橫軸為溫度T，縱軸為壓強p；過程A→B：一定量的二氧化碳在壓縮機的作用下變為高溫高壓的超臨界態(一種介于液態和氣態之間，分子間有強烈相互作用的特殊狀態)；過程B→C：二氧化碳在冷凝器中經歷一恒壓過程向外放熱而變成高壓液體；過程C→D：二氧化碳進入蒸發器中蒸發，進而使與蒸發器接觸的水降溫而凝固；過程D→A：二氧化碳經歷一恒壓過程回到初始狀態。下列說法正確的是(　　)
A.過程A→B中，每個二氧化碳分子的動能都將增大
B.過程B→C中，二氧化碳始終遵循理想氣體的實驗定律
C.過程D→A中，若二氧化碳可看作理想氣體，則該過程中二氧化碳將吸熱
D.整個循環過程中，熱量從低溫水向高溫二氧化碳傳遞，違反熱力學第二定律
解析　過程A→B中，溫度升高，二氧化碳分子的平均動能將增大，但不是每個二氧化碳分子的動能都將增大，故A錯誤；過程B→C中，二氧化碳在C是液態，不是氣體，不符合理想氣體實驗定律的條件，故B錯誤；過程D→A中，若二氧化碳可看作理想氣體，壓強不變，溫度升高，體積增大，因溫度升高，故二氧化碳的內能增大，又由于體積增大，二氧化碳對外做功，所以該過程中二氧化碳將吸熱，故C正確；整個循環過程中，熱量從低溫水向高溫二氧化碳傳遞，該過程引起了其他的變化，所以不違反熱力學第二定律，故D錯誤。
B
培優加強練
12.(2024·遼寧大連高二期末)電冰箱由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器四個部分組成一個密閉的連通系統，制冷劑在連通系統內循環流經這四個部分。各部分的溫度和壓強如圖所示，則下列說法正確的是(　　)
A.冷凝器向環境散失的熱量可能小于蒸發器從冰箱
內吸收的熱量
B.該過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，
符合熱力學第二定律
C.制冷劑在蒸發器中的狀態可以看成理想氣體
D.制冷劑在通過冷凝器的過程中分子勢能和分子動
能都增大
解析　根據熱力學第一定律，Q1(從低溫物體吸收的熱量)＋W(壓縮機對系統做的功)＝Q2(向高溫物體釋放的熱量)，因此冷凝器向環境散失的熱量大于蒸發器從冰箱內吸收的熱量，A錯誤；這一過程不是自發完成的，蒸發器和冷凝器兩處的熱交換方向都是從高溫物體向低溫物體，整個過程實現了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，符合熱力學第二定律，B正確；制冷劑在蒸發器中雖然是氣體狀態，但是不滿足遠離液化的狀態，不能看成理想氣體，C錯誤；在冷凝器中制冷劑溫度降低，分子平均動能減小，分子間距從氣體過渡到液體，分子勢能降低，D錯誤。

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