5、6 熱力學(xué)第二定律的微觀解釋 能源和可持續(xù)發(fā)展 課后篇鞏固提升 基礎(chǔ)鞏固 1.(多選)關(guān)于宏觀態(tài)與微觀態(tài),下列說(shuō)法正確的是(　　) A.同一系統(tǒng),在不同“規(guī)則”下,其宏觀態(tài)可能不同 B.宏觀態(tài)越有序,其對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越多 C.一個(gè)宏觀態(tài)往往對(duì)應(yīng)有多個(gè)微觀態(tài),對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)越多,這個(gè)宏觀態(tài)的無(wú)序度越大 D.一個(gè)宏觀態(tài)可能是另一宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的微觀態(tài) 解析宏觀態(tài)越有序,其對(duì)應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目就越少。 答案ACD 2.(多選)下列對(duì)能量耗散理解正確的是(　　) A.能量耗散說(shuō)明能量在不斷減少 B.能量耗散遵守能量守恒定律 C.能量耗散說(shuō)明能量不能憑空產(chǎn)生,但可以憑空消失 D.能量耗散從能量角度反映出自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自發(fā)過(guò)程具有方向性 解析在發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的宏觀過(guò)程中,其他形式的能量最終轉(zhuǎn)化為流散到周圍環(huán)境的內(nèi)能,無(wú)法再回收利用,這種現(xiàn)象叫能量耗散。能量耗散并不違反能量守恒定律,宇宙中的能量既沒(méi)有減少,也沒(méi)有消失,它從能量角度反映出自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自發(fā)過(guò)程具有方向性,故A、C錯(cuò)誤,B、D正確。 答案BD 3.下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律微觀意義的說(shuō)法正確的是(　　) A.從微觀的角度看,熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 B.一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行 C.有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行,有的自然過(guò)程沿著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性減小的方向進(jìn)行 D.在任何自然過(guò)程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)減小 解析從熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)看,一切不可逆過(guò)程總是沿著大量分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行,B、C項(xiàng)錯(cuò)誤;熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,A項(xiàng)正確;任何自然過(guò)程總是朝著無(wú)序程度增大的方向進(jìn)行,也就是熵增加的方向進(jìn)行,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案A 4.(多選)以一副撲克牌為例,下列關(guān)于有序和無(wú)序、宏觀態(tài)和微觀態(tài)的認(rèn)識(shí)中不正確的是(　　) A.按黑桃、紅桃、草花、方塊的順序,而且從大到小將撲克牌排列起來(lái),撲克牌這時(shí)是有序的 B.將撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分,撲克牌是無(wú)序的,每部分內(nèi)部是有序的 C.一副撲克牌,這就是一個(gè)宏觀態(tài),將牌洗動(dòng)一次就是一個(gè)微觀態(tài) D.一副撲克牌按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分,這是一個(gè)宏觀態(tài),從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分,它是該宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài) 解析 選項(xiàng) 個(gè)性分析 綜合點(diǎn)評(píng) A正確 撲克牌的排列是有確定規(guī)則的,是有序的 規(guī)定了某個(gè)規(guī)則,就規(guī)定了一個(gè)“宏觀態(tài)”,符合這個(gè)規(guī)則的就是有序,破壞了這個(gè)規(guī)則,則原有“宏觀態(tài)”改變 B錯(cuò)誤 按偶數(shù)和奇數(shù)分成兩部分,是有序的,內(nèi)部是無(wú)序的 C正確 一副撲克牌是一個(gè)系統(tǒng),是一個(gè)宏觀態(tài),洗動(dòng)一次,該狀態(tài)為這副撲克牌宏觀態(tài)對(duì)應(yīng)的一個(gè)微觀態(tài);奇偶分開(kāi)是一種宏觀態(tài),從偶數(shù)部分抽出一張插入到奇數(shù)部分,原宏觀態(tài)被破壞 D錯(cuò)誤 答案BD 5.(多選)煤是重要的能源和化工原料,直接燃燒既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。最近,某企業(yè)利用“煤粉加壓氣化制備合成氣新技術(shù)”,讓煤變成合成氣(一氧化碳及氫氣總含量≥90%),把煤“吃干榨盡”。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A.煤粉加壓氣化制備合成氣過(guò)程涉及化學(xué)變化和物理變化 B.煤粉加壓氣化制備合成氣過(guò)程涉及化學(xué)變化但沒(méi)有物理變化 C.該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的清潔利用 D.該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤的高效利用 解析煤粉加壓氣化制備合成氣中既有物理變化,又有化學(xué)變化,A正確,B錯(cuò)誤;該技術(shù)使煤得以良好利用又環(huán)保,C、D正確。 答案ACD 能力提升 1.下列供熱方式最有利于環(huán)境保護(hù)的是(　　) A.用煤做燃料供熱 B.用石油做燃料供熱 C.用天然氣或煤氣做燃料供熱 D.用太陽(yáng)灶供熱 解析煤、石油、天然氣等燃料的利用,使人類獲得大量的內(nèi)能。但由于這些燃料中含有雜質(zhì)以及燃燒的不充分,使得廢氣中含有粉塵、一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)污染了大氣。而太陽(yáng)能是一種無(wú)污染的能源,應(yīng)大力推廣,故應(yīng)選D。 答案D 2.CO2氣體有個(gè)“怪脾氣”,它幾乎不吸收太陽(yáng)的短波輻射,大氣中CO2濃度增加,能使地表溫度因受太陽(yáng)輻射而上升;另外,它還有強(qiáng)烈吸收地面紅外熱輻射的作用,阻礙了地球周圍的熱量向外層空間的排放,使整個(gè)地球就像一個(gè)大溫室一樣。因此,大氣中CO2濃度的急劇增加已導(dǎo)致氣溫的逐步上升,使全球氣候變暖。 (1)這種大氣中以CO2為主的氣體產(chǎn)生的效應(yīng)稱為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.光熱效應(yīng) B.光電效應(yīng) C.光氣效應(yīng) D.溫室效應(yīng) (2)導(dǎo)致大氣中CO2濃度增加的主要原因是(　　) A.大量植物和生物物種滅絕 B.大量燃料如石油、煤炭、天然氣等的燃燒 C.人口劇增,呼出的二氧化碳增多 D.自然因素破壞了地球環(huán)境生態(tài)平衡 (3)(多選)為了減緩大氣中CO2濃度的增加,可以采取的措施有(　　) A.禁止使用煤、石油和天然氣 B.開(kāi)發(fā)使用核能、太陽(yáng)能 C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣 D.植樹(shù)造林 解析(1)CO2氣體將導(dǎo)致氣溫上升,因而稱為溫室效應(yīng)。(2)致使CO2濃度增加的主要原因是大量燃燒煤、石油、天然氣等燃料。(3)為了減緩CO2氣體的濃度可以進(jìn)行植樹(shù)造林,利用光合作用,減少大氣中的CO2氣體,同時(shí)開(kāi)發(fā)新能源,減少石油、煤、天然氣的使用,從而減少CO2氣體的排放。 答案(1)D　(2)B　(3)BD 3.質(zhì)量一定的某種物質(zhì),在壓強(qiáng)不變的條件下,由液態(tài)Ⅰ到氣態(tài)Ⅲ(可看成理想氣體)變化過(guò)程中溫度(T)隨加熱時(shí)間(t)變化關(guān)系如圖所示。單位時(shí)間所吸收的熱量可看作不變。 (1)(多選)以下說(shuō)法正確的是(　　) A.在區(qū)間Ⅱ,物質(zhì)的內(nèi)能不變 B.在區(qū)間Ⅲ,分子間的勢(shì)能不變 C.從區(qū)間Ⅰ到區(qū)間Ⅲ,物質(zhì)的熵增加 D.在區(qū)間Ⅰ,物質(zhì)分子的平均動(dòng)能隨著時(shí)間的增加而增大 (2)在區(qū)間Ⅲ,若將壓強(qiáng)不變的條件改為體積不變,則溫度升高　　　　(選填“變快”“變慢”或“快慢不變”),請(qǐng)說(shuō)明理由。 解析(1)在區(qū)間Ⅱ物質(zhì)溫度不變,吸收熱量主要用來(lái)增加分子勢(shì)能,故內(nèi)能增加,則選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在區(qū)間Ⅲ物質(zhì)為氣態(tài),可視為理想氣體,分子勢(shì)能不變,故選項(xiàng)B正確;從區(qū)間Ⅰ到區(qū)間Ⅲ,無(wú)序性增強(qiáng),物質(zhì)“熵”增加,故選項(xiàng)C正確;在區(qū)間Ⅰ物質(zhì)溫度升高,故平均動(dòng)能增大,則選項(xiàng)D正確。 (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W和理想氣體的狀態(tài)方程pVT=C可知,在吸收相同的熱量Q時(shí),壓強(qiáng)不變的條件下,V增加,W<0,ΔU1=Q-|W|;體積不變的條件下,W=0,ΔU2=Q,可得ΔU1<ΔU2,故體積不變的條件下溫度升高變快。 答案(1)BCD　(2)變快　理由見(jiàn)解析 4.下面是曉陽(yáng)同學(xué)在題為《能源利用和節(jié)約能源》的研究性學(xué)習(xí)中收集到的有關(guān)太陽(yáng)能的資料:太陽(yáng)能是人類最基本的能源,它無(wú)污染、無(wú)費(fèi)用,這種能源的使用期和太陽(yáng)本身壽命一樣長(zhǎng),當(dāng)太陽(yáng)光照射地面時(shí),在1 m2地面上1 s內(nèi)平均得到的太陽(yáng)輻射能約為1.0103 J。太陽(yáng)能熱水器就是直接利用太陽(yáng)能的裝置,目前已經(jīng)廣泛地出現(xiàn)在我們的生活中。 曉陽(yáng)同學(xué)在網(wǎng)上下載了某型號(hào)太陽(yáng)能熱水器的宣傳廣告: 容積(V)　100 L 集熱管的采光面積(S)　1.5 m2 效率(η)　40% 使用年限(z)　15年 (1)曉陽(yáng)同學(xué)家每天大約需要100 kg熱水,用這種熱水器將這些水從25 ℃加熱到45 ℃需要多長(zhǎng)時(shí)間? (2)與效率為80%的電熱水器相比,曉陽(yáng)同學(xué)家每天節(jié)約多少電能? 解析(1)設(shè)T為光照時(shí)間,k=1.0103 J/(sm2),Q吸=cm(t-t0)=4.210310020 J=8.4106 J,太陽(yáng)能熱水器傳給水的熱量Q放=kStη,因?yàn)镼吸=Q放,所以 t=Q吸kSη=8.41061.01031.540% s =1.4104 s≈3.9 h。 (2)由Q電=Q吸=Wη1得 W=Q電η1=8.41060.8 J=1.05107 J≈2.9 kWh。 答案(1)3.9 h　(2)2.9 kWh