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第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
学习目标　1.知道什么是可逆过程和不可逆过程。2.知道热传递的方向性及与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。3.了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。4.了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象。
知识点一　热力学第二定律
以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？
(1)一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。
(2)蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。
(3)电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.可逆过程与不可逆过程
(1)可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使____________________完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则____________过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果用任何方法都不能使________和________完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2.热传递的方向性
(1)热量可自发地由________物体传给________物体，或者由物体的________部分传给________部分。
(2)热量不能自发地由________物体传给____________物体，或由物体的低温部分传给高温部分。
(3)热传递是__________过程，具有__________。
3.功热转化的方向性
功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
4.结论
凡是与____________有关的宏观过程都具有________。
5.热力学第二定律
(1)克劳修斯表述
不可能使热量从________物体传向________物体而不引起其他变化。
(2)开尔文表述
不可能从____________吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。
6.第二类永动机
(1)定义
从__________吸取热量并使之________转化为功而不引起其他变化的机器。
(2)第二类永动机不可能制成的原因
第二类永动机虽然不违背热力学____________，但违背了热力学____________。
(3)热力学第二定律的又一表述
第二类永动机是____________实现的。
【思考】 1.传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？
(2)热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？热机的效率怎么表示，可能达到100%吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　热力学第二定律的理解
例1 (多选)(2024·山西运城高二期末)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A.从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的
B.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
C.随着技术的不断进步，热机的效率可能达到100%
D.电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传导到高温物体，但并不违反热力学第二定律
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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利用热力学第二定律解题的三要点
(1)明确热力学第二定律的两种表述是等效的。其实质是自然界中进行的所有涉及热现象的宏观物理过程都具有方向性。
(2)特别注意“不产生其他影响”和“产生其他影响”。热量可以从低温物体传到高温物体，但要产生其他影响。
(3)热机的效率总是小于1，因为它总要向低温热库散热。　　
训练1 (教材P70，T5改编)(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列有关说法正确的是(　　)
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
D.电冰箱和常见家用空调虽然都是制冷设备，但制冷原理却完全不相同
角度2　热力学第一定律与热力学第二定律的比较
例2 (教材P70，T4改编)(多选)关于热力学两大定律，下列说法正确的是(　　)
A.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
B.热力学第二定律的两种表述是等效的
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总结提升
热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
热力学第一定律 热力学第二定律
区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机
联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
训练2 (多选)(2024·河南商丘市期末)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　)
A.一切物理过程都不可能自发地进行
B.从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
D.做功可以改变物体的内能，热传递也可以改变物体的内能，同时做功和热传递一定会改变物体的内能
知识点二　熵——系统无序程度的量度
一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了(如图所示)，这是一个可逆过程还是不可逆过程？在这个过程中熵是增加还是减少？为什么？请说说生活中的其他例子。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.有序与无序
(1)生活中符合某种规则的现象称为________，反之称为________。规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。反之规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。
(2)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度________的方向进行。
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定义
用来量度系统____________的物理量叫作熵，用符号S表示。
(2)熵增加原理
在孤立系统中的宏观过程必然朝着__________的方向进行。
3.熵与能量退降
在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，__________退化了，这种现象称为能量退降。
【思考】 1.如图所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中。试讨论这个过程中无序程度的变化？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 (多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是(　　)
A.大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动
B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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对熵增加原理的理解
(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。　　
训练3 下列关于熵的说法错误的是(　　)
A.熵是物体内分子运动无序程度的量度
B.在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C.热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D.熵值越大，代表系统分子运动越无序
随堂对点自测
1.(热力学第二定律的理解)(2024·湖北十堰高二期末)关于热力学第二定律，下列说法不正确的是(　　)
A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C.热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D.热机效率不可能达到100%
2.(热力学第一定律与热力学第二定律的比较)日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的气缸，在气缸内，通过气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是(　　)
A.现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
B.气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能
C.气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律
D.发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则燃料产生的热量能够完全转化成机械能
3.(热力学定律与熵综合)如图所示，绝热的气缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与气缸之间没有摩擦，气缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是(　　)
A.气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B.气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C.气体在向真空膨胀的过程中，系统的熵不可能增加
D.若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
知识点一
导学
提示　(1)不可能。因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中。所以，这是不可能发生的现象。
(2)不可能。蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功。这一过程中，一方面由于活塞摩擦气缸而产生热能，另一方面由于热蒸汽与周围环境的温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。
(3)可能。电冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外。
知识梳理
1.(1)系统和外界　原来的　(2)系统　外界
2.(1)高温　低温　高温　低温　(2)低温　高温　(3)不可逆
方向性
4.热现象　方向性
5.(1)低温　高温　(2)单一热源
6.(1)单一热源　完全　(2)第一定律　第二定律　(3)不可能
[思考] 1.提示　不能。两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传到高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。
2.提示　(1)不是。热量从低温热库传到高温热库时需要有外界做功。
(2)不能。热机工作时只将从高温热库吸收热量的一部分用来做功，剩余的释放到低温热库。热机的效率η＝，不可能达到100%。
例1 AD　[从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的，只是要引起其他的变化，故A正确；空调制冷说明热量可以在一定的条件下由低温物体传向高温物体，但不是自发地由低温物体传向高温物体，根据热力学第二定律，自发的热现象具有方向性，故B错误；即使随着技术的不断进步，热机的效率也不可能达到100%，故C错误；电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传导到高温物体，但并不违反热力学第二定律，故D正确。]
训练1 BC　[由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助。电冰箱把热量从温度较低的内部传到温度较高的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律，电冰箱与家用空调的制冷原理相同，故D错误，C正确。]
例2 ABD　[热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q 可能等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。]
训练2 BC　[根据热力学第二定律，一部分物理过程是可以自发进行的，故A错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功而不引起其他变化，若引起外界变化则可以，故B正确；根据热力学第二定律可知，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的，故C正确；做功可以改变物体的内能，热传递也可以改变物体的内能，但同时做功和热传递不一定会改变物体的内能，比如物体吸收热量的同时对外做功，内能不一定改变，故D错误。]
知识点二
导学
提示　一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了，它不可能再自发地恢复成一只完好的杯子，故此过程是一个不可逆过程；在这个过程中，无序程度增加，熵增加了。比如一本书掉到地板上是不可逆过程，这个过程能量是守恒的，熵增加了。
知识梳理
1.(1)有序　无序　(2)增大
2.(1)无序程度　(2)熵增加
3.能量品质
[思考] 1.提示　一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会自发地进入清水中，最终整杯水均匀地变红了，但这杯均匀的红水中的小炭粒绝不会自发地聚集在一起，成为一滴红墨水，而其余部分又变成了清水。此过程中从有序变成无序，无序程度增加了，即熵增加了。
2.提示　能量是守恒的，但能量退降却导致能量品质的降低，可利用的能量减少，因此，我们要节约能源。
例3 CD　[热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递，是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化，而不是从有序运动状态向无序运动状态的转化，B错误，C正确；大量分子的运动不可能从无序运动自动转为有序运动，A错误；自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，D正确。]
训练3 B　[熵是分子运动无序程度的量度，熵越大，分子运动无序程度越大，A、D正确；孤立系统中发生的任何实际过程，其能量的总值保持不变，而其熵值增加，B错误，C正确。]
随堂对点自测
1.A　[第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，故A错误；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都不可逆，故B正确；根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；热力学第二定律可表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化，所以热机效率不可能达到100%，故D正确。]
2.B　[根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，现代汽车技术已经非常先进，但也不能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能，A错误；气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能，B正确；气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，该过程符合热力学第一定律，C错误；根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全转化成机械能，D错误。]
3.D　[由于活塞抽去，右边为真空，所以气体膨胀时不做功，A错误；气体在向真空膨胀的过程中，不做功，不交换热量，内能不变，故温度不变，分子平均动能不变，B错误；气体在向真空膨胀的过程中，无序程度在增加，系统的熵在增加，C错误；若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，D正确。]第3节　热力学第二定律　
第4节　熵——系统无序程度的量度
(分值:100分)
选择题1~10题,每小题8分,共80分,11~12题,每小题10分,共20分,合计100分。
对点题组练
题组一　热力学第二定律
1.(多选)下列有关热力学第二定律的说法正确的是 (　　)
气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行,是不可逆过程
能源危机说明自然界的总能量在不断减少
水的温度自动下降时,释放的内能可以自发地全部转化为机械能
物体从高温热库吸收热量后,内能可能变少
2.(多选)关于第二类永动机,下列说法中正确的是 (　　)
没有冷凝器,只有单一的热源,能将从单一热源吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机
第二类永动机违背了能量守恒定律,所以不可能制成
第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能
第二类永动机不可能制成,说明机械能可以全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化
3.(多选)(2024·四川南充市期末)关于热力学第二定律,下列说法正确的是 (　　)
浓度为75%的医用酒精长时间静置,可以自然分离为水和纯酒精
空调既能制热也能制冷,说明热量能够从低温物体传到高温物体
若不产生其他影响,不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功
理想热机的效率可以达到100%
4.2022年7月8日消息,世界能源格局发生重要变化,能源投资新趋势正在形成。从清洁能源总体投资分布看,预计今年投资将占全球能源投资增长额的四分之三。关于能源与可持续发展,下列说法正确的是 (　　)
篮球从空中落下,最后静止在地面上,说明机械能消失了
大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念
随着科技的发展,永动机是可以制成的
在火力发电中,燃气的内能不可能全部转变为电能
5.(多选)下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是 (　　)
一定质量的理想气体在等温膨胀过程中,气体一定从外界吸收热量
热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
0 ℃的冰融化为0 ℃的水,此过程系统吸收热量,内能增加
“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
6.如图所示,用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在一杯热水中,接触点2插在一杯冷水中,此时灵敏电流计的指针会发生偏转,这就是温差发电现象,根据这一现象,下列说法中正确的是 (　　)
这一过程违反了热力学第二定律
这一过程违反了热力学第一定律
热水和冷水的温度将发生变化
这一过程违反了能量守恒定律
题组二　熵——系统无序程度的量度
7.(2023·四川遂宁市期末)孤立绝热密闭容器内的理想气体静置足够长时间后,该气体 (　　)
分子排列将变得有序,其无规则运动停止
分子平均动能保持不变
每个分子的速率都相同
孤立系统的熵减小了
8.(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是 (　　)
从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律
一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小
9.(多选)下列自发过程熵增加的是 (　　)
晶体熔化为液体
水蒸发成为水蒸气
水凝固成冰
红墨水滴入一杯清水中
综合提升练
10.2022年4月16号上午,神舟13号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落,气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示,座舱A充满一定质量的理想气体,座舱B内为真空。打开阀门K,气体会自发扩散至B中,气体最终达到平衡,整个系统不漏气且与外界没有热交换,下列说法正确的是 (　　)
平衡后,气体系统的熵值在减小
座舱A中气体自发扩散过程中,气体对外做功,内能减小
平衡后,座舱B中气体可能自发地全部回到座舱A中
平衡后,气体分子单位时间内,与器壁单位面积的碰撞次数减少
11.(2024·北京海淀区期末)“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”,图中国家速滑馆5 000 m2的冰面全由它制成,冰面温差可控制在±0.5 ℃ 以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程,其中横轴为温度T,纵轴为压强p;过程A→B:一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态(一种介于液态和气态之间,分子间有强烈相互作用的特殊状态);过程B→C:二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体;过程C→D:二氧化碳进入蒸发器中蒸发,进而使与蒸发器接触的水降温而凝固;过程D→A:二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是 (　　)
过程A→B中,每个二氧化碳分子的动能都将增大
过程B→C中,二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
过程D→A中,若二氧化碳可看作理想气体,则该过程中二氧化碳将吸热
整个循环过程中,热量从低温水向高温二氧化碳传递,违反热力学第二定律
培优加强练
12.(2024·辽宁大连高二期末)电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统,制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示,则下列说法正确的是 (　　)
冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量
该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递,符合热力学第二定律
制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体
制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
1.AD　[气体自发地扩散运动总是向着无序的方向进行，是不可逆的过程，故A正确；根据能量守恒定律可知自然界的总能量是守恒的，故B错误；物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，故C错误；改变物体内能的方式有热传递和做功，所以物体吸收热量后对外做功的情况下内能可能减少，故D正确。]
2.AD　[由第二类永动机的表述知，A正确；第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，是不可能制成的，故B错误；机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，故D正确，C错误。]
3.BC　[浓度为75%的医用酒精长时间静置，不会自然分离为水和纯酒精，违反热力学第二定律，故A错误；空调既能制热也能制冷，说明通过压缩机做功热量能够从低温物体传到高温物体，故B正确；热力学第二定律可表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功，而不引起其他变化，故C正确；由C中分析可知，理想热机的效率不可以达到100%，故D错误。]
4.D　[篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能转化为了篮球和周围其他物体的内能，或转化为其他形式的能，能量不会消失，A错误；因天然气主要成分是甲烷。其完全燃烧时生成二氧化碳和水；不完全燃烧生成一氧化碳和水，因此大量使用天然气作燃料不符合“低碳生活”理念，B错误；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器—永动机，是违背了能量的转化和守恒定律，永动机是不可能制成的，C错误；由热力学第二定律可知，任何机械都有效率的问题，因此燃气的内能不可能全部转变为电能，D正确。]
5.ACD　[一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统吸收热量，分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。]
6.C　[任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；热传递和做功均会改变内能，该过程没有违反热力学第一定律，故B错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，热水一定会降温，冷水一定会升温，故C正确；能量守恒定律是普遍定律，在实验过程中，热水的内能部分转化成电能，电能也部分转化成冷水的内能，符合能量守恒定律，故D错误。]
7.B　[分子排列将变得无序，且分子的无规则热运动永不停息，故A错误；孤立绝热密闭容器的理想气体，温度不变，分子的平均动能不变，故B正确；分子做无规则的热运动，在相同温度下各个分子的动能并不相同，所以每个分子的速率不相同，故C错误；孤立绝热密闭容器的理想气体静置足够长时间后，孤立系统的熵不会减小，故D错误。]
8.AD　[系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，A正确；热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，B、C错误；熵是用来量度系统无序程度的物理量，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵都不会减小，D正确。]
9.ABD　[根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行，水凝固成冰过程中，分子的无序程度减小，也就是熵减小，故C错误；晶体熔化为液体，水蒸发成为水蒸气，红墨水滴入一杯清水中，分子无序程度增加，故A、B、D正确。]
10.D　[由于气体分子无规则运动的空间变大，所以无序性增加，即熵增加，故A错误；气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统不漏气且与外界没有热交换，则气体内能不变，故B错误；根据熵增加原理可知，一切宏观热现象均具有方向性，B中气体不可能自发地全部回到座舱A中，故C错误；气体温度不变，体积增大，压强减小，单位体积内的分子数减少，单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，故D正确。]
11.C　[过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，故A错误；过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B错误；过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确；整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误。]
12.B　[根据热力学第一定律，Q1(从低温物体吸收的热量)＋W(压缩机对系统做的功)＝Q2(向高温物体释放的热量)，因此冷凝器向环境散失的热量大于蒸发器从冰箱内吸收的热量，A错误；这一过程不是自发完成的，蒸发器和冷凝器两处的热交换方向都是从高温物体向低温物体，整个过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，B正确；制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，C错误；在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能减小，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，D错误。](共61张PPT)
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
第3章 热力学定律
1.知道什么是可逆过程和不可逆过程。2.知道热传递的方向性及与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。3.了解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制成的原因。4.了解熵的概念及熵增加原理，并能解释生活中的有关现象。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　熵——系统无序程度的量度
知识点一　热力学第二定律
知识点一　热力学第二定律
以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？
(1)一杯热茶自然放置，茶会自动变得更热。
(2)蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能。
(3)电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。
提示　(1)不可能。因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中。所以，这是不可能发生的现象。
(2)不可能。蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功。这一过程中，一方面由于活塞摩擦气缸而产生热能，另一方面由于热蒸汽与周围环境的温度差，蒸汽机会向周围环境散热。所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的。
(3)可能。电冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外。
1.可逆过程与不可逆过程
(1)可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使____________完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则________过程称为可逆过程。
(2)不可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果用任何方法都不能使______和______完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
系统和外界
原来的
系统
外界
2.热传递的方向性
(1)热量可自发地由______物体传给______物体，或者由物体的______部分传给______部分。
(2)热量不能自发地由______物体传给______物体，或由物体的低温部分传给高温部分。
(3)热传递是________过程，具有________。
高温
低温
高温
低温
低温
高温
不可逆
方向性
3.功热转化的方向性
功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
4.结论
凡是与________有关的宏观过程都具有________。
5.热力学第二定律
(1)克劳修斯表述
不可能使热量从______物体传向______物体而不引起其他变化。
(2)开尔文表述
不可能从__________吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。
热现象
方向性
低温
高温
单一热源
6.第二类永动机
(1)定义
从__________吸取热量并使之______转化为功而不引起其他变化的机器。
(2)第二类永动机不可能制成的原因
第二类永动机虽然不违背热力学__________，但违背了热力学__________。
(3)热力学第二定律的又一表述
第二类永动机是________实现的。
单一热源
完全
第一定律
第二定律
不可能
【思考】 1.传热的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物体”？
提示　不能。两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传向低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不需要任何外界的影响或者帮助，有时我们也能实现热量从低温物体传到高温物体，如电冰箱，但这不是自发地进行的，需要消耗电能。
2.如图所示是制冷机和热机的工作过程示意图，通过此图思考以下问题：
(1)制冷机工作时热量是自发地从低温热库传到高温热库吗？
(2)热机工作时能否将从高温热库吸收的热量全部用来做功？热机的效率怎么表示，可能达到100%吗？
AD
角度1　热力学第二定律的理解
例1 (多选)(2024·山西运城高二期末)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A.从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的
B.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
C.随着技术的不断进步，热机的效率可能达到100%
D.电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传导到高温物体，但并不违反热力学第二定律
解析　从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的，只是要引起其他的变化，故A正确；空调制冷说明热量可以在一定的条件下由低温物体传向高温物体，但不是自发地由低温物体传向高温物体，根据热力学第二定律，自发的热现象具有方向性，故B错误；即使随着技术的不断进步，热机的效率也不可能达到100%，故C错误；电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传导到高温物体，但并不违反热力学第二定律，故D正确。
利用热力学第二定律解题的三要点
(1)明确热力学第二定律的两种表述是等效的。其实质是自然界中进行的所有涉及热现象的宏观物理过程都具有方向性。
(2)特别注意“不产生其他影响”和“产生其他影响”。热量可以从低温物体传到高温物体，但要产生其他影响。
(3)热机的效率总是小于1，因为它总要向低温热库散热。
BC
训练1 (教材P70，T5改编)(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列有关说法正确的是(　　)
A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的
热量传到外界，是因为其消耗了电能
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律
D.电冰箱和常见家用空调虽然都是制冷设备，但制冷原理却完全不相同
解析　由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助。电冰箱把热量从温度较低的内部传到温度较高的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；电冰箱的工作原理没有违反热力学第二定律，电冰箱与家用空调的制冷原理相同，故D错误，C正确。
角度2　热力学第一定律与热力学第二定律的比较
例2 (教材P70，T4改编)(多选)关于热力学两大定律，下列说法正确的是(　　 )
A.热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的
B.热力学第二定律的两种表述是等效的
C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
ABD
解析　热力学第二定律有几种不同的表述形式，但它们是等效的，它与热力学第一定律是各自独立的，A、B正确；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q 可能等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但不引起其他变化是不可能的，D正确。
热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系
热力学第一定律 热力学第二定律
区别 是能量守恒定律在热力学中的表现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 是关于在有限空间和时间内，一切和热现象有关的物理过程、化学过程具有不可逆性的经验总结，从而否定了第二类永动机
联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者既相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
训练2 (多选)(2024·河南商丘市期末)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　)
A.一切物理过程都不可能自发地进行
B.从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
D.做功可以改变物体的内能，热传递也可以改变物体的内能，同时做功和热传递一定会改变物体的内能
BC
解析　根据热力学第二定律，一部分物理过程是可以自发进行的，故A错误；根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功而不引起其他变化，若引起外界变化则可以，故B正确；根据热力学第二定律可知，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的，故C正确；做功可以改变物体的内能，热传递也可以改变物体的内能，但同时做功和热传递不一定会改变物体的内能，比如物体吸收热量的同时对外做功，内能不一定改变，故D错误。
知识点二　熵——系统无序程度的量度
一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了(如图所示)，这是一个可逆过程还是不可逆过程？在这个过程中熵是增加还是减少？为什么？请说说生活中的其他例子。
提示　一只完好的杯子从高处落到地上摔碎了，
它不可能再自发地恢复成一只完好的杯子，故此
过程是一个不可逆过程；在这个过程中，无序程
度增加，熵增加了。比如一本书掉到地板上是不可逆过程，这个过程能量是守恒的，熵增加了。
1.有序与无序
(1)生活中符合某种规则的现象称为______，反之称为______。规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序。反之规则越少，一个宏观状态对应的微观状态就越多，出现的概率也越大，我们称之为越无序。
(2)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度______的方向进行。
有序
无序
增大
2.熵和熵增加原理
(1)熵的定义
用来量度系统__________的物理量叫作熵，用符号S表示。
(2)熵增加原理
在孤立系统中的宏观过程必然朝着________的方向进行。
3.熵与能量退降
在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，__________退化了，这种现象称为能量退降。
无序程度
熵增加
能量品质
【思考】 1.如图所示，将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中。试讨论这个过程中无序程度的变化？
提示　一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会自发地进入清水中，最终整杯水均匀地变红了，但这杯均匀的红水中的小炭粒绝不会自发地聚集在一起，成为一滴红墨水，而其余部分又变成了清水。此过程中从有序变成无序，无序程度增加了，即熵增加了。
2.如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
提示　能量是守恒的，但能量退降却导致能量品质的降低，可利用的能量减少，因此，我们要节约能源。
CD
例3 (多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是(　　)
A.大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动
B.热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C.热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析　热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递，是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化，而不是从有序运动状态向无序运动状态的转化，B错误，C正确；大量分子的运动不可能从无序运动自动转为有序运动，A错误；自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，D正确。
对熵增加原理的理解
(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
训练3 下列关于熵的说法错误的是(　　)
A.熵是物体内分子运动无序程度的量度
B.在孤立系统中，一个自发的过程熵总是向减少的方向进行
C.热力学第二定律的微观实质是熵是增加的
D.熵值越大，代表系统分子运动越无序
解析　熵是分子运动无序程度的量度，熵越大，分子运动无序程度越大，A、D正确；孤立系统中发生的任何实际过程，其能量的总值保持不变，而其熵值增加，B错误，C正确。
B
随堂对点自测
2
A
1.(热力学第二定律的理解)(2024·湖北十堰高二期末)关于热力学第二定律，下列说法不正确的是(　　)
A.第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律
B.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C.热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体
D.热机效率不可能达到100%
解析　第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，故A错误；自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都不可逆，故B正确；根据热力学第二定律知，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故C正确；热力学第二定律可表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化，所以热机效率不可能达到100%，故D正确。
B
2.(热力学第一定律与热力学第二定律的比较)日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的气缸，在气缸内，通过气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是(　　)
A.现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
B.气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能
C.气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律
D.发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则燃料产生的热量能够完全转化成机械能
解析　根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，现代汽车技术已经非常先进，但也不能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能，A错误；气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能，B正确；气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，该过程符合热力学第一定律，C错误；根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全转化成机械能，D错误。
D
3.(热力学定律与熵综合)如图所示，绝热的气缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与气缸之间没有摩擦，气缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是(　　)
A.气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B.气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C.气体在向真空膨胀的过程中，系统的熵不可能增加
D.若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左
边，使右边重新成为真空
解析　由于活塞抽去，右边为真空，所以气体膨胀时不做功，A错误；气体在向真空膨胀的过程中，不做功，不交换热量，内能不变，故温度不变，分子平均动能不变，B错误；气体在向真空膨胀的过程中，无序程度在增加，系统的熵在增加，C错误；若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，D正确。
课后巩固训练
3
AD
对点题组练
题组一　热力学第二定律
1.(多选)下列有关热力学第二定律的说法正确的是(　　)
A.气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是不可逆过程
B.能源危机说明自然界的总能量在不断减少
C.水的温度自动下降时，释放的内能可以自发地全部转化为机械能
D.物体从高温热库吸收热量后，内能可能变少
解析　气体自发地扩散运动总是向着无序的方向进行，是不可逆的过程，故A正确；根据能量守恒定律可知自然界的总能量是守恒的，故B错误；物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，故C错误；改变物体内能的方式有热传递和做功，所以物体吸收热量后对外做功的情况下内能可能减少，故D正确。
AD
2.(多选)关于第二类永动机，下列说法中正确的是(　　)
A.没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机
B.第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成
C.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能
D.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析　由第二类永动机的表述知，A正确；第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，是不可能制成的，故B错误；机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，故D正确，C错误。
BC
3.(2024·四川南充市期末)(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A.浓度为75%的医用酒精长时间静置，可以自然分离为水和纯酒精
B.空调既能制热也能制冷，说明热量能够从低温物体传到高温物体
C.若不产生其他影响，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功
D.理想热机的效率可以达到100%
解析　浓度为75%的医用酒精长时间静置，不会自然分离为水和纯酒精，违反热力学第二定律，故A错误；空调既能制热也能制冷，说明通过压缩机做功热量能够从低温物体传到高温物体，故B正确；热力学第二定律可表述为：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功，而不引起其他变化，故C正确；由C中分析可知，理想热机的效率不可以达到100%，故D错误。
D
4.2022年7月8日消息，世界能源格局发生重要变化，能源投资新趋势正在形成。从清洁能源总体投资分布看，预计今年投资将占全球能源投资增长额的四分之三。关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A.篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能
消失了
B.大量使用天然气作燃料符合“低碳生活”理念
C.随着科技的发展，永动机是可以制成的
D.在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
解析　篮球从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能转化为了篮球和周围其他物体的内能，或转化为其他形式的能，能量不会消失，A错误；因天然气主要成分是甲烷。其完全燃烧时生成二氧化碳和水；不完全燃烧生成一氧化碳和水，因此大量使用天然气作燃料不符合“低碳生活”理念，B错误；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器—永动机，是违背了能量的转化和守恒定律，永动机是不可能制成的，C错误；由热力学第二定律可知，任何机械都有效率的问题，因此燃气的内能不可能全部转变为电能，D正确。
ACD
5.(多选)下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　 )
A.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B.热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C.0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D.“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
解析　一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0，而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统吸收热量，分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确。
C
6.如图所示，用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在一杯热水中，接触点2插在一杯冷水中，此时灵敏电流计的指针会发生偏转，这就是温差发电现象，根据这一现象，下列说法中正确的是 (　　)
A.这一过程违反了热力学第二定律
B.这一过程违反了热力学第一定律
C.热水和冷水的温度将发生变化
D.这一过程违反了能量守恒定律
解析　任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；热传递和做功均会改变内能，该过程没有违反热力学第一定律，故B错误；在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，热水一定会降温，冷水一定会升温，故C正确；能量守恒定律是普遍定律，在实验过程中，热水的内能部分转化成电能，电能也部分转化成冷水的内能，符合能量守恒定律，故D错误。
B
题组二　熵——系统无序程度的量度
7.(2023·四川遂宁市期末)孤立绝热密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体(　　)
A.分子排列将变得有序，其无规则运动停止
B.分子平均动能保持不变
C.每个分子的速率都相同
D.孤立系统的熵减小了
解析　分子排列将变得无序，且分子的无规则热运动永不停息，故A错误；孤立绝热密闭容器的理想气体，温度不变，分子的平均动能不变，故B正确；分子做无规则的热运动，在相同温度下各个分子的动能并不相同，所以每个分子的速率不相同，故C错误；孤立绝热密闭容器的理想气体静置足够长时间后，孤立系统的熵不会减小，故D错误。
AD
8.(多选)下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　)
A.从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D.在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
解析　系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，A正确；热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，B、C错误；熵是用来量度系统无序程度的物理量，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵都不会减小，D正确。
ABD
9.(多选)下列自发过程熵增加的是(　 　)
A.晶体熔化为液体 B.水蒸发成为水蒸气
C.水凝固成冰 D.红墨水滴入一杯清水中
解析　根据熵增加原理，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行，水凝固成冰过程中，分子的无序程度减小，也就是熵减小，故C错误；晶体熔化为液体，水蒸发成为水蒸气，红墨水滴入一杯清水中，分子无序程度增加，故A、B、D正确。
D
综合提升练
10.2022年4月16号上午，神舟13号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落，气闸舱是实验舱中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。气闸舱的工作原理简化图如图所示，座舱A充满一定质量的理想气体，座舱B内为真空。打开阀门K，气体会自发扩散至B中，气体最终达到平衡，整个系统不漏气且与外界没有热交换，下列说法正确的是(　　)
A.平衡后，气体系统的熵值在减小
B.座舱A中气体自发扩散过程中，气体对外做功，
内能减小
C.平衡后，座舱B中气体可能自发地全部回到座舱A中
D.平衡后，气体分子单位时间内，与器壁单位面积的碰撞次数减少
解析　由于气体分子无规则运动的空间变大，所以无序性增加，即熵增加，故A错误；气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统不漏气且与外界没有热交换，则气体内能不变，故B错误；根据熵增加原理可知，一切宏观热现象均具有方向性，B中气体不可能自发地全部回到座舱A中，故C错误；气体温度不变，体积增大，压强减小，单位体积内的分子数减少，单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，故D正确。
C
11.(2024·北京海淀区期末)“二氧化碳跨临界直冷制冰”是北京冬奥会的“中国方案”，图中国家速滑馆5 000 m2的冰面全由它制成，冰面温差可控制在±0.5 ℃ 以内。其制冰过程可简化为图中的循环过程，其中横轴为温度T，纵轴为压强p；过程A→B：一定量的二氧化碳在压缩机的作用下变为高温高压的超临界态(一种介于液态和气态之间，分子间有强烈相互作用的特殊状态)；过程B→C：二氧化碳在冷凝器中经历一恒压过程向外放热而变成高压液体；过程C→D：二氧化碳进入蒸发器中蒸发，进而使与蒸发器接触的水降温而凝固；过程D→A：二氧化碳经历一恒压过程回到初始状态。下列说法正确的是(　　)
A.过程A→B中，每个二氧化碳分子的动能都将增大
B.过程B→C中，二氧化碳始终遵循理想气体的实验定律
C.过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，则该过程中二氧化碳将吸热
D.整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，违反热力学第二定律
解析　过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都将增大，故A错误；过程B→C中，二氧化碳在C是液态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B错误；过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确；整个循环过程中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误。
B
培优加强练
12.(2024·辽宁大连高二期末)电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A.冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱
内吸收的热量
B.该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，
符合热力学第二定律
C.制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体
D.制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动
能都增大
解析　根据热力学第一定律，Q1(从低温物体吸收的热量)＋W(压缩机对系统做的功)＝Q2(向高温物体释放的热量)，因此冷凝器向环境散失的热量大于蒸发器从冰箱内吸收的热量，A错误；这一过程不是自发完成的，蒸发器和冷凝器两处的热交换方向都是从高温物体向低温物体，整个过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，B正确；制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，C错误；在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能减小，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，D错误。

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