軸水泥攪拌樁(完成稿)ppt課件

1、 第第2章章 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律2.1 熱力學(xué)概論熱力學(xué)概論2.2 熱力學(xué)的一些根本概念熱力學(xué)的一些根本概念2.3 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律2.4 焓和熱容焓和熱容2.5 理想氣體的熱力學(xué)能和焓理想氣體的熱力學(xué)能和焓2.6 幾種熱效應(yīng)幾種熱效應(yīng)2.7 化學(xué)反響的焓變化學(xué)反響的焓變2.1.1 熱力學(xué)的研討對象熱力學(xué)的研討對象初期主要研討熱和機(jī)械功之間的初期主要研討熱和機(jī)械功之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系相互轉(zhuǎn)化關(guān)系 Joule自自1840起，用各種不同方法起，用各種不同方法研討熱和功的轉(zhuǎn)換關(guān)系，歷經(jīng)研討熱和功的轉(zhuǎn)換關(guān)系，歷經(jīng)40余年，得出熱功當(dāng)量：余年，得出熱功當(dāng)量：1 cal=4.184 J

2、 熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律1850年，年，Kelvin,Clausius熱力熱力學(xué)第二定律：學(xué)第二定律： 2.1 熱力學(xué)概論熱力學(xué)概論Joule 18181889 英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家熱力學(xué)能熱力學(xué)能U U焓焓H H熵熵S S亥姆霍茨函數(shù)亥姆霍茨函數(shù)A A吉布斯函數(shù)吉布斯函數(shù)G G總結(jié)總結(jié)提高提高歸納歸納引出或引出或定義出定義出熱力學(xué)實(shí)踐根底熱力學(xué)實(shí)踐根底熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)公熱力學(xué)公式或結(jié)論式或結(jié)論生活實(shí)踐生活實(shí)踐消費(fèi)實(shí)踐消費(fèi)實(shí)踐科學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)閱歷閱歷總結(jié)總結(jié)p,V,T 變化過程變化過程相變化過程相變化過程化學(xué)變

3、化等過程化學(xué)變化等過程能量效應(yīng)能量效應(yīng)( (功與熱功與熱) )過程的方向與限制過程的方向與限制處置處置的的壓力壓力p p體積體積V V溫度溫度T T可由實(shí)可由實(shí)驗(yàn)測定驗(yàn)測定即有關(guān)能量守恒即有關(guān)能量守恒和物質(zhì)平衡的規(guī)律和物質(zhì)平衡的規(guī)律演演繹繹邏邏輯輯推推理理 2. 1.2 熱力學(xué)的研討方法和局限性熱力學(xué)的研討方法和局限性熱力學(xué)方法特點(diǎn)熱力學(xué)方法特點(diǎn):研討對象是大數(shù)量分子的集合體，研討其宏觀性質(zhì)，所研討對象是大數(shù)量分子的集合體，研討其宏觀性質(zhì)，所得結(jié)論具有統(tǒng)計(jì)意義。得結(jié)論具有統(tǒng)計(jì)意義。在一定條件下，能判變化能否發(fā)生以及進(jìn)展到什么程度，在一定條件下，能判變化能否發(fā)生以及進(jìn)展到什么程度，但不思索變化所

4、需求的時(shí)間。但不思索變化所需求的時(shí)間。只思索變化前后的凈結(jié)果，不思索變化的細(xì)節(jié)和物質(zhì)的只思索變化前后的凈結(jié)果，不思索變化的細(xì)節(jié)和物質(zhì)的微觀構(gòu)造。微觀構(gòu)造。熱力學(xué)研討的局限性熱力學(xué)研討的局限性:經(jīng)過熱力研討可以知道：經(jīng)過熱力研討可以知道：熱力學(xué)研討以為正向反響的趨勢很大，反響根本可以進(jìn)展熱力學(xué)研討以為正向反響的趨勢很大，反響根本可以進(jìn)展終究，逆反響的趨勢極小終究，逆反響的趨勢極小 反響一旦發(fā)生，可以計(jì)算出反響熱和平衡常數(shù)反響一旦發(fā)生，可以計(jì)算出反響熱和平衡常數(shù) 知道添加壓力、降低溫度對正反響有利知道添加壓力、降低溫度對正反響有利 無法闡明：無法闡明：如何使反響發(fā)生，反響有多少種途徑如何使反響發(fā)生

5、，反響有多少種途徑反響的速率是多少，反響的歷程如何等反響的速率是多少，反響的歷程如何等 2221H (g)O (g)H O(l)2熱力學(xué)研討的必要性：熱力學(xué)研討的必要性：當(dāng)合成一個(gè)新產(chǎn)品時(shí)，首先要用熱力學(xué)方法判別一下，當(dāng)合成一個(gè)新產(chǎn)品時(shí)，首先要用熱力學(xué)方法判別一下，該反響能否進(jìn)展，假設(shè)熱力學(xué)以為不能進(jìn)展，就不用去該反響能否進(jìn)展，假設(shè)熱力學(xué)以為不能進(jìn)展，就不用去浪費(fèi)精神浪費(fèi)精神熱力學(xué)給出的反響限制，是實(shí)踐上的最高值，只能設(shè)法熱力學(xué)給出的反響限制，是實(shí)踐上的最高值，只能設(shè)法盡量接近它，而絕不可以跨越它盡量接近它，而絕不可以跨越它熱力學(xué)研討對指點(diǎn)科學(xué)研討和消費(fèi)實(shí)踐無疑有重要的意熱力學(xué)研討對指點(diǎn)科學(xué)研

6、討和消費(fèi)實(shí)踐無疑有重要的意義義2.2.1 系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)和環(huán)境 2.2 熱力學(xué)的一些根本概念熱力學(xué)的一些根本概念環(huán)境環(huán)境系統(tǒng)系統(tǒng)(1) 敞開系統(tǒng)敞開系統(tǒng)物質(zhì)物質(zhì)能量能量(2) 封鎖系統(tǒng)封鎖系統(tǒng)(3) 隔離系統(tǒng)孤立系統(tǒng)隔離系統(tǒng)孤立系統(tǒng)被劃定被劃定的研討的研討對象稱對象稱為系統(tǒng)為系統(tǒng)與系統(tǒng)親密相與系統(tǒng)親密相關(guān)、有相互作關(guān)、有相互作用或影響所能用或影響所能及的部分稱為及的部分稱為環(huán)境。環(huán)境。2.2.2 系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì) 用系統(tǒng)的一些宏觀可丈量來描畫系統(tǒng)的熱力學(xué)外形，這些可丈量稱為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)。強(qiáng)度性質(zhì)：與系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量無關(guān)，無加和性。如強(qiáng)度性質(zhì)：與系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量無關(guān)，無加和性。

7、如T T、 p p、 廣延性質(zhì)：容量性質(zhì)，與系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量有關(guān)，有廣延性質(zhì)：容量性質(zhì)，與系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量有關(guān)，有加和性。如加和性。如V V、U U、H H 等，如強(qiáng)度性質(zhì)，另一種廣度性質(zhì)一種廣度性質(zhì)VmnVVm 2.2.3 相相定義：系統(tǒng)中物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均勻的部分。定義：系統(tǒng)中物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)均勻的部分。均相系統(tǒng)均相系統(tǒng)(單相系統(tǒng)單相系統(tǒng))系統(tǒng)中只含一個(gè)相；系統(tǒng)中只含一個(gè)相；非均相系統(tǒng)非均相系統(tǒng)(多相系統(tǒng)多相系統(tǒng))系統(tǒng)中含有兩個(gè)及兩個(gè)以上的相。系統(tǒng)中含有兩個(gè)及兩個(gè)以上的相。2.2.4 熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)系統(tǒng)的各種性質(zhì)不再隨時(shí)間而改動(dòng)。系統(tǒng)的各種性質(zhì)不再隨時(shí)間而改動(dòng)。 0dtd

8、n 40dtdp 20dtdn 30dtdT 1j . ii 相平衡相平衡）（力平衡力平衡）（化學(xué)平衡化學(xué)平衡）（熱平衡熱平衡）（同時(shí)有：同時(shí)有：熱平衡：系統(tǒng)各部分熱平衡：系統(tǒng)各部分T T 相等；假設(shè)不絕熱相等；假設(shè)不絕熱, ,那么那么T T系統(tǒng)系統(tǒng)= T= T環(huán)環(huán)境。境。力平衡：系統(tǒng)各部分力平衡：系統(tǒng)各部分p p 相等；邊境不相對位移。相等；邊境不相對位移。2.2.5 外形函數(shù)外形函數(shù)定態(tài)定值定態(tài)定值 XA = const殊途同歸，變值相等殊途同歸，變值相等初態(tài)1001PH2O(l)終態(tài)1001PH2O(g)1P真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)X2X1A。B。IXAB.I= XAB.IIII(3) 周而復(fù)始

9、，變值為零周而復(fù)始，變值為零 X 0系統(tǒng)的外形系統(tǒng)的外形: 系統(tǒng)所處的樣子。用宏觀性質(zhì)描畫系統(tǒng)的外形。系統(tǒng)所處的樣子。用宏觀性質(zhì)描畫系統(tǒng)的外形。宏觀性質(zhì)也稱為系統(tǒng)的外形函數(shù)。宏觀性質(zhì)也稱為系統(tǒng)的外形函數(shù)。(4)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)彼此之間相互關(guān)聯(lián)，如系統(tǒng)宏觀性質(zhì)彼此之間相互關(guān)聯(lián)，如pnRTV 理想氣體理想氣體 外形函數(shù)是外形的單值函數(shù)，外形定了，一切的外形函外形函數(shù)是外形的單值函數(shù)，外形定了，一切的外形函數(shù)都有定值。外形函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有全微分的性質(zhì)數(shù)都有定值。外形函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有全微分的性質(zhì)yyZxxZzxyddd以以 V = f (p,T ) V = f (p,T ) 為例為例TTVppVVpTdd

10、d假設(shè)假設(shè)Z = f (xZ = f (x、y ), y ), 那么其全微分為那么其全微分為2.2.6 過程和途徑過程和途徑過程：系統(tǒng)在一定條件下發(fā)生的變化。過程：系統(tǒng)在一定條件下發(fā)生的變化。 幾種主要的幾種主要的P、V、T變化過程變化過程定溫過程定溫過程 ( )T 定壓過程定壓過程 ( )P 定容過程定容過程 ( )V絕熱過程絕熱過程 ( ) q循環(huán)過程循環(huán)過程 對抗恒定外壓過程對抗恒定外壓過程 p = const 自在膨脹過程自在膨脹過程 p = 0 氣體氣體 真空真空氣體向真空膨脹氣體向真空膨脹途徑：始態(tài)途徑：始態(tài) - - - - 終態(tài)終態(tài) 系統(tǒng)所閱歷詳細(xì)的步驟。系統(tǒng)所閱歷詳細(xì)的步驟。例

11、：例：25 1 P的的1mol H2O(l) 變化成為變化成為H2O (g)初態(tài)251PH2O(l)終態(tài)1001PH2O(g)1001PH2O(l)( )P( )P25pH2O(g)( )T( )V始態(tài)ACB終態(tài)Y途徑I途徑II外形函數(shù)外形函數(shù)的改動(dòng)量的改動(dòng)量終態(tài)的外形終態(tài)的外形函數(shù)的量值函數(shù)的量值始態(tài)的外形始態(tài)的外形函數(shù)的量值函數(shù)的量值外形函數(shù)法外形函數(shù)法2.3.1 熱熱:熱的本質(zhì)是大量分子無規(guī)那么運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)熱的本質(zhì)是大量分子無規(guī)那么運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn) 2.3 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)吸熱，系統(tǒng)吸熱，Q0 ;系統(tǒng)放熱，系統(tǒng)放熱，Q0W0Q0對環(huán)境做功對環(huán)境做功對系統(tǒng)做功對系統(tǒng)做功環(huán)境

12、環(huán)境 U 0 U 0， U0 (2) 以水為系統(tǒng)以水為系統(tǒng)Q0，W=0， U0 (3) 以電阻絲為系統(tǒng)以電阻絲為系統(tǒng)Q0， U 或或=0 (4) 以電池和電阻絲為系統(tǒng)以電池和電阻絲為系統(tǒng)Q0，W=0， UpV = const例：例：1mol 0 101.3kPa的的N2氣體氣體計(jì)算經(jīng)以下過程的計(jì)算經(jīng)以下過程的Q、W 、U 及及H(1) ( )V下加熱至壓力為下加熱至壓力為152.0kPa；(2)( )p 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 ；(3) ( )T.r 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 ；(4) ( )q.r 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 解：解：(1) ( )VW = 0constpT K9

13、 .4092 .2733 .1010 .152TppT1122 QV =U= nCV.m(T2- T1) =2.5 8.314 (409.9-273.2)=2.841 kJH= nCP.m(T2- T1) =3.5 8.314 (409.9-273.2)=3.978 kJ(2) ( )pW = - p(V2-V1) = - p(2V1-V1)= - p1V1= -RT1= -8.314 273.15 = -2.271 kJ11122T2TVVT U = nCV.m(T2- T1) =2.5 8.314 273.2=5.678 kJQP = H =nCp.m(T2- T1)=1.4 5.677

14、= 7.950 kJ例：例：1mol 0 101.3kPa的的N2氣體氣體計(jì)算經(jīng)以下過程的計(jì)算經(jīng)以下過程的Q、W 、U 及及H(1) ( )V下加熱至壓力為下加熱至壓力為152.0kPa；(2)( )p 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 ；(3) ( )T.R 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 ；(4) ( )q.R 下膨脹至下膨脹至V2=2V1 解：解： (3) ( )T.r U = H = 012VVVVnRTlnpdVW21= -8.314 273.2 ln2 = -1.574 kJQ = - W = 1.574 kJ(4) ( )q.R Q = 0T2V2-1= T1V1-111212TVVT

15、 = 0.5 0.4 273.2 = 207.0 KU = nCV.m(T2-T1) = 2.5 8.314 (207-273.2) = -1.376 kJH= nCP.m(T2-T1)= 3.5 8.314 (207-273.2) = -1.926 kJW = U = -1.376 kJ練習(xí)：某理想氣體，其練習(xí)：某理想氣體，其CV,m = 20 Jmol1K1，現(xiàn)有該，現(xiàn)有該氣體氣體10 mol處于處于283 K，采取以下不同途徑升溫至，采取以下不同途徑升溫至566 K。試計(jì)算各個(gè)過程的。試計(jì)算各個(gè)過程的Q，W， U， H，并比較之。，并比較之。( 1 )體積堅(jiān)持不變；體積堅(jiān)持不變；( 2

16、)系統(tǒng)與環(huán)境無熱交換；系統(tǒng)與環(huán)境無熱交換；( 3 )壓力堅(jiān)持不變。壓力堅(jiān)持不變。 解：( 1 )dV = 0，W = 0。 QV = U1 = n CV,m ( T2T1 ) = ( 1020283 ) J = 56.6 kJ H1 = n Cp,m ( T2T1 ) = 10(208.314)283 J = 80.129 kJ ( 2 )Q = 0， U2 = U1 = 56.6 kJ， H2 = H1 = 80.129 kJ W = U2 = 56.6 kJ ( 3 )dp = 0， U3 = U1 = 56.6 kJ H3 = H1 = 80.129 kJ Qp = H3 = 80.12

17、9 kJ23.529kJ)TnR(T)Vp(VpdVW2112VV21 2.5.4 Joule-Thomson 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1843年年Joule的氣體自在膨脹實(shí)驗(yàn)是不夠準(zhǔn)確的的氣體自在膨脹實(shí)驗(yàn)是不夠準(zhǔn)確的1852年年Joule和和Thomson 設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)，稱為節(jié)流過程。設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)，稱為節(jié)流過程。Thomson 即即 Kelvin 18241907 英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家 他在熱學(xué)、電磁學(xué)、流膂力學(xué)、他在熱學(xué)、電磁學(xué)、流膂力學(xué)、光學(xué)、地球物理、數(shù)學(xué)、工程運(yùn)用等光學(xué)、地球物理、數(shù)學(xué)、工程運(yùn)用等方面都做出了奉獻(xiàn)方面都做出了奉獻(xiàn) 1848年創(chuàng)建了熱力學(xué)溫標(biāo)，年創(chuàng)建了熱力學(xué)溫標(biāo)，Kelvin開

18、氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)1851年他又提出了熱力學(xué)第二定律。年他又提出了熱力學(xué)第二定律。 緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfpiii,p V T緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfp緊縮區(qū)多孔塞膨脹區(qū)ipfpfff,p V T1. 節(jié)流過程動(dòng)態(tài)圖節(jié)流過程動(dòng)態(tài)圖絕熱筒左邊氣體緊縮時(shí)，系統(tǒng)得到的功：左邊氣體緊縮時(shí)，系統(tǒng)得到的功：右邊氣體膨脹，系統(tǒng)做的功為：右邊氣體膨脹，系統(tǒng)做的功為：2. 節(jié)流過程特點(diǎn)節(jié)流過程特點(diǎn)Q = 0Wi-pi V=- pi(0-Vi)=piViWf-pf V=- pf(Vf-0

19、)=-pfVfWWi+Wf=piVi-pfVf U = W Uf Ui = piVi - pfVf Ui + piVi = Uf + pfVf 即即 Hi = Hf 定定焓過程焓過程ipfpfff, ,p V Tiii, ,p V T3. 焦焦-湯系數(shù)湯系數(shù)HTJpT 定義定義 p0Tp0Tp0不變不變普通常溫下實(shí)際氣體的普通常溫下實(shí)際氣體的 J-T0，所以用節(jié)流方法可以使，所以用節(jié)流方法可以使空氣液化為液氮和液氧?？諝庖夯癁橐旱鸵貉?。常溫下，常溫下，H2, He的的 J-TVs,lW - pVg= -nRT(3) 相變化過程的相變化過程的U U = Q + W = H - p(V-V)Vg

20、Vs,lU = H pV H pVg= H nRT假設(shè)假設(shè) s, l g 例：例：1mol水水100 ，101325Pa下的汽化熱為下的汽化熱為40.67kJ/mol，求以下過程求以下過程Q、W、 U、 H。100 p 1mol H2O(l)( ) T.P100 p1mol H2O(g)(1)(p=101325Pa)解：解： Q = QP=H= 40.67 kJU =H -nRT = 40670 8.314 373.2= 37.57 kJW = psuV pVg = RT = 8.314 373.2 = 3.103 kJ100 p 1mol H2O(l)真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)100 p1mol H2

21、O(g)(2)(p=101325Pa)解：解： H= 40.67kJ U = 37.57 kJW = 0Q = U = 37.57 kJ(1) 等壓等壓反響物反響物n1,T1, p1,V11pQH (2) 等容等容2VQU (3) 等溫等溫 p,V 變化變化3U30U12UU 12Hp VU pVQQnRTrrHUnRT 產(chǎn)物產(chǎn)物n2,T1, p1,V2產(chǎn)物產(chǎn)物n2,T1, p2,V12.6.2 化學(xué)反響熱化學(xué)反響熱化學(xué)反響熱：系統(tǒng)內(nèi)反響物與產(chǎn)物的溫度一樣，反響所產(chǎn)化學(xué)反響熱：系統(tǒng)內(nèi)反響物與產(chǎn)物的溫度一樣，反響所產(chǎn)生的凈的熱效應(yīng)生的凈的熱效應(yīng)1.反響前后的物質(zhì)都是凝聚相反響前后的物質(zhì)都是凝聚相2.參與反響的氣體可看成理想氣體參與反響