化工熱力學(xué)基本概念和重點(diǎn)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流化工熱力學(xué)基本概念和重點(diǎn).精品文檔.第一章 熱力學(xué)第一定律 及其應(yīng)用本章內(nèi)容：* 介紹有關(guān)熱力學(xué)第一定律的一些基本概念，熱、功、狀態(tài)函數(shù)，熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)能和焓，明確準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程的意義，進(jìn)一步介紹熱化學(xué)。第一節(jié) 熱力學(xué)概論* 熱力學(xué)研究的目的、內(nèi)容* 熱力學(xué)的方法及局限性* 熱力學(xué)基本概念一熱力學(xué)研究的目的和內(nèi)容目的：熱力學(xué)是研究熱和其它形式能量之間相互轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換過程中所應(yīng)遵循的規(guī)律的科學(xué)。內(nèi)容：熱力學(xué)第零定律、第一定律、第二定律和本世紀(jì)初建立的熱力學(xué)第三定律。其中第一、第二定律是熱力學(xué)的主要基礎(chǔ)。一熱力學(xué)研究的目的和內(nèi)容把熱

2、力學(xué)中最基本的原理用來研究化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)有關(guān)的物理現(xiàn)象，稱為化學(xué)熱力學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué)的主要內(nèi)容是：* 利用熱力學(xué)第一定律解決化學(xué)變化的熱效應(yīng)問題；* 利用熱力學(xué)第二律解決指定的化學(xué)及物理變化實(shí)現(xiàn)的可能性、方向和限度問題，建立相平衡、化學(xué)平衡理論；* 利用熱力學(xué)第三律可以從熱力學(xué)的數(shù)據(jù)解決有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算問題。二、熱力學(xué)的方法及局限性方法 ：以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，演繹出有特定用途的狀態(tài)函數(shù)，通過計(jì)算某變化過程的有關(guān)狀態(tài)函數(shù)改變值，來解決這些過程的能量關(guān)系和自動進(jìn)行的方向、限度。而計(jì)算狀態(tài)函數(shù)的改變只需要根據(jù)變化的始、終態(tài)的一些可通過實(shí)驗(yàn)測定的宏觀性質(zhì)，并不涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)和變化的細(xì)節(jié)。二

3、、熱力學(xué)的方法及局限性優(yōu)點(diǎn)：* 研究對象是大數(shù)量分子的集合體，研究宏觀性質(zhì)，所得結(jié)論具有統(tǒng)計(jì)意義。* 只考慮變化前后的凈結(jié)果，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理，簡化了處理方法。二、熱力學(xué)的方法及局限性局限性：* 只考慮變化前后的凈結(jié)果，只能對現(xiàn)象之間的聯(lián)系作宏觀的了解，而不能作微觀的說明或給出宏觀性質(zhì)的數(shù)據(jù)。例如：熱力學(xué)能給出蒸汽壓和蒸發(fā)熱之間的關(guān)系，但不能給出某液體的實(shí)際蒸汽壓的數(shù)值是多少。* 只講可能性，不講現(xiàn)實(shí)性，不知道反應(yīng)的機(jī)理、速率。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)：用熱力學(xué)方法研究問題時(shí)，首先要確定研究的對象，將所研究的一部分物質(zhì)或空間，從其余的物質(zhì)或空間中劃分出來，這種

4、劃定的研究對象叫體系或系統(tǒng)(system)。環(huán)境：系統(tǒng)以外與系統(tǒng)密切相關(guān)的其它部分稱環(huán)境(surrounding)。三、熱力學(xué)中的一些基本概念注意：* 體系內(nèi)可有一種或多種物質(zhì)，可為單相或多相，其空間范圍可以是固定或隨過程而變。* 體系和環(huán)境之間有分界，這個(gè)分界可以是真實(shí)的，也可以是虛構(gòu)的，既可以是靜止的也可以是運(yùn)動的。三、熱力學(xué)中的一些基本概念根據(jù)體系與環(huán)境的關(guān)系將體系區(qū)分為三種：* 孤立體系(隔離體系)(isolated system)： 體系與環(huán)境之間既無能量交換，又無物質(zhì)交換的體系。體系完全不受環(huán)境的影響，其中能量包括：熱、功；* 封閉體系(closed system )：與環(huán)境之間只

5、有能量交換，沒有物質(zhì)交換；* 敞開體系(open system)：與環(huán)境之間既有能量交換，又有物質(zhì)交換。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 體系的性質(zhì)通常用體系的宏觀可測性質(zhì)來描述體系的熱力學(xué)狀態(tài)。這些性質(zhì)稱熱力學(xué)變量。如：體積、壓力、溫度、粘度、密度等。體系的性質(zhì)分兩類：廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 廣度性質(zhì)(容量、廣延)：其數(shù)值的大小與體系中所含物質(zhì)的數(shù)量成正比，具有加和性。廣度性質(zhì)在數(shù)學(xué)上是一次奇函數(shù)。如：質(zhì)量、體積、熱力學(xué)能。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 強(qiáng)度性質(zhì)：其數(shù)值的大小與體系中所含物質(zhì)的量無關(guān)，而取決于體系自身的特性，不具有加和性。強(qiáng)度性質(zhì)在數(shù)學(xué)上是零次奇函數(shù)。如

6、：溫度、壓力、密度、粘度等。三、熱力學(xué)中的一些基本概念二者之間的聯(lián)系：某種廣度性質(zhì)除以質(zhì)量或物質(zhì)的量就成為強(qiáng)度性質(zhì)或兩個(gè)容量性質(zhì)相除得強(qiáng)度性質(zhì)。如：體積是廣度性質(zhì)，它除以物質(zhì)的量得到摩爾體積Vm = V / n，Vm是強(qiáng)度性質(zhì)，它不隨體系中所含物質(zhì)的量而變。=m / v, 是強(qiáng)度性質(zhì)，它不隨體系中所含物質(zhì)的量而變。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 熱力學(xué)平衡態(tài)體系的諸性質(zhì)不隨時(shí)間而改變則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)平衡態(tài)。注意：經(jīng)典熱力學(xué)中所指的狀態(tài)均指熱力學(xué)平衡態(tài)。因?yàn)橹挥性跓崃W(xué)平衡態(tài)下，體系的宏觀性質(zhì)才具有真正的確定值，體系狀態(tài)才確定。熱力學(xué)平衡態(tài)包括以下四個(gè)方面：* 熱平衡(thermal equil

7、ibrium)：體系的各個(gè)部分溫度相等；三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 力學(xué)平衡(機(jī)械平衡，mechanical equilibrium)：體系各部分之間及體系與環(huán)境之間沒有不平衡的力存在。* 相平衡(phase equilibrium)：當(dāng)體系不止一相時(shí)，各相組成不隨時(shí)間而變化。相平衡是物質(zhì)在各相之間分布的平衡。* 化學(xué)平衡(chemical equilibrium)：當(dāng)各物質(zhì)之間有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，達(dá)到平衡后，體系的組成不隨時(shí)間而變。三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 狀態(tài)及狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：體系一切性質(zhì)的總和，或者體系一切性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。狀態(tài)函數(shù)：用于描述和規(guī)定體系狀態(tài)的宏觀性質(zhì)，稱狀態(tài)函數(shù)或狀態(tài)性質(zhì)，也

8、稱熱力學(xué)函數(shù)，熱力學(xué)性質(zhì)。三、熱力學(xué)中的一些基本概念狀態(tài)函數(shù)有如下特征：* 是體系平衡狀態(tài)的單值函數(shù)，其數(shù)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，而與體系的歷史無關(guān) ；* 其變化值僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)。狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為：異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，數(shù)值還原。三、熱力學(xué)中的一些基本概念體系的一些性質(zhì)，其數(shù)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，而與體系的歷史無關(guān)；它的變化值僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)。具有這種特性的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)（state function）。用數(shù)學(xué)方法來表示這兩個(gè)特征，則可以說，狀態(tài)函數(shù)具有全微分性質(zhì)，即其微小改變量是全微分。三、熱力學(xué)中的一些基本概

9、念狀態(tài)方程：體系狀態(tài)函數(shù)之間的定量關(guān)系式稱為狀態(tài)方程（state equation ）對于一定量的單組分均勻體系，狀態(tài)函數(shù)T,p,V 之間有一定量的聯(lián)系。經(jīng)驗(yàn)證明，只有兩個(gè)是獨(dú)立的，它們的函數(shù)關(guān)系可表示為：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想氣體的狀態(tài)方程可表示為：pV=nRT三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 過程與途徑過程：體系狀態(tài)發(fā)生的任何變化。例如： 氣體的膨脹；水的升溫；冰的融化；化學(xué)反應(yīng)等。途徑：實(shí)現(xiàn)某一過程經(jīng)歷的具體步驟。例如：1molH2 (理想氣體)在298K時(shí)的膨脹過程三、熱力學(xué)中的一些基本概念三、熱力學(xué)中的一些基本概念在熱力學(xué)研究中一般涉及到以下幾個(gè)過程：

10、* 等溫過程： 體系溫度恒定不變的過程，在此過程中，T1 （始態(tài)） T2 (終態(tài)) T環(huán)* 等容過程： 體系體積恒定不變的過程； dV=0* 等壓過程： 體系壓力恒定不變的過程，在此過程中，* P1 （始態(tài)） P2 (終態(tài)) P環(huán)三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 絕熱過程： 體系與環(huán)境之間的能量傳遞只有功傳遞的過程。Q=0例如：系統(tǒng)被一絕熱壁所包圍或體系內(nèi)發(fā)生一極快的過程(爆炸、壓縮機(jī)內(nèi)空氣被壓縮等)；* 可逆過程： 將在后面討論；* 循環(huán)過程： 體系由始態(tài)出發(fā)經(jīng)歷一系列變化過程又回到始態(tài)的過程。很明顯經(jīng)歷一循環(huán)過程后，體系的所有狀態(tài)函數(shù)的增量均為零。U=0* 恒外壓過程：P外=常數(shù)* 自由膨脹過

11、程：P外=0三、熱力學(xué)中的一些基本概念* 熱和功熱(heat)：由于溫度不同，而在體系與環(huán)境之間產(chǎn)生的能量傳遞。以Q表示。如：相變熱、溶解熱、化學(xué)反應(yīng)熱等。特點(diǎn)：熱是一過程量，傳遞中的能量，而不是體系的性質(zhì)，即不是體系的狀態(tài)函數(shù)。三、熱力學(xué)中的一些基本概念熱產(chǎn)生的微觀原因：熱運(yùn)動是一種無序運(yùn)動，所以熱量是體系和環(huán)境的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)因無序運(yùn)動的平均強(qiáng)度不同而交換的能量，而不是指物體冷熱的“熱”。取號規(guī)則：由于能量傳遞具有方向性，所以用Q值的正負(fù)表示方向，規(guī)定體系吸熱Q為正，Q > 0, 反之Q為負(fù)，Q < 0。單位：能量單位為焦耳Joule，簡寫J。三、熱力學(xué)中的一些基本概念功（work）

12、：除熱以外，其它各種被傳遞的能量稱為功，以符號W表示。如：體積功（We）、電功、表面功（Wf）等。特點(diǎn)：功也是一過程量，不是體系的性質(zhì)，它不是體系的狀態(tài)函數(shù)三、熱力學(xué)中的一些基本概念功產(chǎn)生的微觀原因：功是大量質(zhì)點(diǎn)以有序運(yùn)動而傳遞的能量。取號規(guī)則：系統(tǒng)對環(huán)境作功，W<0；環(huán)境對系統(tǒng)作功，W>0單位：能量單位為焦耳，簡寫J 。三、熱力學(xué)中的一些基本概念相同點(diǎn)： 體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)與環(huán)境交換的能量，量綱均為J，KJ； 兩者均不是狀態(tài)函數(shù)，其數(shù)值與過程有關(guān)。其微分不是全微分，以Q和W表示； 兩者均有大小，也有方向。熱力學(xué)規(guī)定：體系吸熱為正，放熱為負(fù)；體系對外環(huán)境功為負(fù)，環(huán)境對體系做功為正。

13、三、熱力學(xué)中的一些基本概念不同點(diǎn)： 熱是由溫差引起的體系與環(huán)境之間的能量交換，而功則是除熱以外體系與環(huán)境之間的能量交換形式； 微觀上，熱是對大量分子無序熱運(yùn)動強(qiáng)度的度量，而功則是大量分子有序運(yùn)動強(qiáng)度的度量。三、熱力學(xué)中的一些基本概念體積功的計(jì)算：如右圖所示：氣體體積變化為：dVA·dl活塞移動時(shí)抵抗外力為：F外P外A在此過程中體系克服外力所做的功為：We -F外×dl-P外Adl-P外dV一定量的功為：We =-P外dV當(dāng)P外恒定時(shí)We = -P外 V -P外 (V2V1 )三、熱力學(xué)中的一些基本概念注意：* 體積功都用-P外dV表示，而不用-PdV表示。P內(nèi)部壓力， P外

14、指外壓 （Pe ） 。* 從公式We -P外dV看，功的大小決定于P外及dV的大小，其中任一項(xiàng)為零，則功為零第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律* 熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能* 熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式一、熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能一、熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能* 熱力學(xué)第一定律能量守恒定律：到1850年，科學(xué)界公認(rèn)能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律之一。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律可表述為：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總值不變。熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)所具有的特殊形式。一、熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能熱力學(xué)第一定律的另外一種表達(dá)形

15、式：第一類永動機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)的。所謂第一類永動機(jī)是一種循環(huán)作功的機(jī)器，它不消耗任何能量或燃料而能不斷對外作功。* 熱力學(xué)能系統(tǒng)總能量通常有三部分組成：（1）系統(tǒng)整體運(yùn)動（機(jī)械運(yùn)動）的動能（2）系統(tǒng)在外力場中的位能(電磁場、重力場等)（3）熱力學(xué)能，也稱為內(nèi)能一、熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能熱力學(xué)能 U 是指系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和，包括分子運(yùn)動的平動能、分子內(nèi)的轉(zhuǎn)動能、振動能、電子能、核能以及各種粒子之間的相互作用位能 等。熱力學(xué)中一般只考慮靜止的系統(tǒng)，無整體運(yùn)動，不考慮外力場的作用，所以只注意熱力學(xué)能。一、熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能注意：* 內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)* 內(nèi)能是體系的性質(zhì)，且是體系的廣度性質(zhì)；* 內(nèi)能

16、的絕對值不可求， 只能求出它的變化值。* 內(nèi)能的單位為焦耳：J二、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式對封閉系統(tǒng)，設(shè)想系統(tǒng)由狀態(tài)（1）變到狀態(tài)（2），系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換為Q，功交換為W，根據(jù)熱力學(xué)第一定律則系統(tǒng)的熱力學(xué)能的變化U為：對于微小變化二、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式意義：熱力學(xué)第一定律一方面說明了熱力學(xué)能、熱和功可以相互轉(zhuǎn)化，另一方面又表述了它們轉(zhuǎn)化時(shí)的數(shù)量關(guān)系。二、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式討論：* Q、W不是狀態(tài)函數(shù)，不能用微分符號表示。熱力學(xué)第一定律中的W指的是總功，而并非只是體積功。* 體系由始態(tài)變到終態(tài)，所經(jīng)歷途徑不同，Q、W都不同，但Q + W值卻是相同的，與途徑無關(guān)，因?yàn)閁 = Q

17、 + W，而U與途徑無關(guān)。對封閉體系，算出過程的Q、W，據(jù)U = Q + W可求出體系的U；* 對于隔離體系，Q = 0，W = 0，則U = 0。即隔離(孤立)體系的熱力學(xué)能是不變的，即熱力學(xué)能守恒；這也是熱力學(xué)第一定律的又一表達(dá)方式。* 對不作其它功的等容過程，W = 0，則U = QV二、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)，對一單相一定量封閉體系，經(jīng)驗(yàn)證明，用 p，V，T 中的任意兩個(gè)就能確定系統(tǒng)的狀態(tài)，即第三節(jié) 準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程* 功與過程* 準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程一、功與過程一、功與過程一、功與過程一、功與過程一、功與過程一、功與過程二、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程* 準(zhǔn)靜態(tài)過程

18、(guasistatic process)由以上討論可知，最后一個(gè)是一種非常特殊的途徑，因?yàn)樵撏緩皆谶M(jìn)行的時(shí)候，由于PePidP，活塞的移動非常慢，慢到以零為極限，這樣就有足夠的時(shí)間使氣體的壓力由微小的不均勻變?yōu)榫鶆?，使體系由不平衡態(tài)回到平衡態(tài)。因此在該途徑進(jìn)行的每個(gè)瞬間，體系都接近于平衡態(tài)，以至于在任意選取的時(shí)間dt內(nèi)，狀態(tài)參量在體系各部分有確定的值，整個(gè)過程可被看作是由一系列極接近于平衡的狀態(tài)所構(gòu)成，這種過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。二、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程* 可逆過程(reversible process)熱力學(xué)定義：當(dāng)體系經(jīng)過某一過程。由狀態(tài)I變化到狀態(tài)II之后，如果能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原(即

19、體系回到原來的狀態(tài)，同時(shí)消除了原來過程對環(huán)境所產(chǎn)生的一切影響，環(huán)境也復(fù)原)。則這樣的過程就稱為可逆過程。反之，如果用任何方法都不可能使體系和環(huán)境完全復(fù)原。則稱為不可逆過程(irreversible process)。二、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程可逆過程的特點(diǎn)：(1) 可逆過程是以無限小的變化進(jìn)行的，整個(gè)過程是由一連串非常接近于平衡狀態(tài)所構(gòu)成；(2) 在反向的過程中，用同樣的手續(xù)，循著原來過程的逆過程可以使體系和環(huán)境都完全復(fù)原；例如： 在等溫膨脹過程中將體系對外所做的功貯藏起來，這些功恰恰能使體系恢復(fù)到原態(tài)，同時(shí)將膨脹時(shí)所吸的熱還給儲熱器。(3) 在等溫可逆膨脹過程中體系做最大功，在等溫可逆壓縮過程

20、中環(huán)境對體系做最小功。二、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程說明：(1) 可逆過程、 準(zhǔn)靜態(tài)過程都是一種理想的極限過程，客觀世界中并不真正存在，實(shí)際過程只能無限地趨近于它。(2) 準(zhǔn)靜態(tài)過程不等于可逆過程，只有當(dāng)過程中沒有任何能量耗散時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)過程才為一種可逆過程。二、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程研究可逆過程的意義：(1) 一些重要熱力學(xué)函數(shù)的增量S, G等。只有通過可逆過程才能求得。(2)可逆過程效率最高，耗能最小，將實(shí)際過程與之比較，可確定提高效率的可能性。第四節(jié) 焓(enthalpy)* 等容熱* 焓及等壓熱* QVU，QPH兩關(guān)系式的意義一、等容熱定義:體系進(jìn)行一個(gè)等容dV=0、Wf0的過程中與環(huán)境所交換的

21、熱稱為等容熱，以QV 表示，單位為kJ，J。一、等容熱此式的意義：等容且不做非膨脹功的條件下，系統(tǒng)的熱力學(xué)能的變化等于等容熱效應(yīng)上式也說明在特定的條件下(dV0，Wf0)，體系與環(huán)境所交換的熱僅與體系的始、末態(tài)有關(guān)，與具體路徑無關(guān)。二、焓及等壓熱定義:體系進(jìn)行一個(gè)等壓 dp=0、Wf=0的過程中與環(huán)境所交換的熱稱為等壓熱，以Qp表示，單位為kJ，J。二、焓及等壓熱二、焓及等壓熱二、焓及等壓熱關(guān)于焓的幾點(diǎn)說明： 是狀態(tài)函數(shù)，廣度性質(zhì)； 絕對值無法求； 雖然具有能量的單位，但焓不是能量，也不遵守能量守恒定律，隔離體系中焓值不一定守恒； U有明確的物理意義，而焓則無明確的物理意義,它只是為了解決實(shí)際

22、問題的方便而定義的一個(gè)物理量。三、QVU，QPH兩關(guān)系式的意義(1) 把在特定條件的途徑函數(shù)與狀態(tài)函數(shù)的改變量聯(lián)系起來，這樣： QV ，QP 的數(shù)值就只與體系的始、末態(tài)有關(guān)，而與途徑無關(guān)，為QV ，QP 的計(jì)算提供了方便； U、H是不可測的量，故其增量也測不到，但這兩個(gè)函數(shù)的增量(尤其是H)在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用很廣，這兩個(gè)式子使得在特定條件下的H、U可用相應(yīng)的實(shí)測熱數(shù)據(jù)來表達(dá)。三、QVU，QPH兩關(guān)系式的意義(2) 由于U、H為狀態(tài)函數(shù)，其增量只與體系的始、末態(tài)有關(guān)，而與途徑無關(guān)，故這兩個(gè)關(guān)系式成為計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的一個(gè)著名而又簡便的方法蓋斯定律的理論基礎(chǔ) 。例題：20mol氧氣，在p=750m

23、mHg的恒壓下加熱，使其體積自1000升膨脹至2000升，已知體系吸熱352kJ，求過程中的Q、W、U、 H 。解： 封閉體系，等壓過程，只做體積功Qp=352kJ，H =Qp=352kJWe=-pe(V2-V1)=-(750/760)* 101325*(2000-1000)*10-3=-100kJU=Qp+We=352-100=252kJorH=U+pV=U+peVU=Qp-peV =-100kJ第五節(jié) 熱容(heat capacity)* 影響熱容的主要因素* 定容摩爾熱容* 定壓摩爾熱容* 摩爾熱容隨溫度變化的表達(dá)式* 相變焓的計(jì)算一、影響熱容的主要因素定義：一個(gè)組成不變、物質(zhì)的量一定的

24、均相封閉體系,在Wf0的條件下，每升高單位溫度所吸收的熱稱為該物質(zhì)的熱容，以C表示。平均熱容：熱容單位：J·K-1一、影響熱容的主要因素若物質(zhì)的量為1Kg，則稱為比熱容，單位為JK·Kg；若物質(zhì)的量為1mol，則為摩爾熱容(本書簡稱為熱容)單位為JK·mol。一、影響熱容的主要因素* 物質(zhì)的種類和狀態(tài)壓力一定，273.15K時(shí)，C(乙醇,l)11.5JK·molC(水,l)75.29JK·molC(水,g)33.58JK·mol即不同的物質(zhì)C不同，同種物質(zhì)相態(tài)不同，C也不同。一、影響熱容的主要因素* 溫度范圍實(shí)驗(yàn)證明，同一物質(zhì)在不同的

25、溫度范圍內(nèi)，溫度每升高K，所需熱量不同。因此，物質(zhì)在溫度 T K時(shí)的真熱容應(yīng)表示為：一、影響熱容的主要因素體系在微小過程中所吸收的熱為：當(dāng)溫度由T1 T2時(shí) ：一、影響熱容的主要因素* 升溫過程因?yàn)闊崾峭緩胶瘮?shù)，途徑不同，熱的值不同，熱容值也不同。在化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的是等壓、等容過程，對應(yīng)地?zé)崛菀簿陀卸▔簾崛莺投ㄈ轃崛?。二、定容摩爾熱容定義：組成不變的均相封閉體系，當(dāng)其物質(zhì)的量為1mol時(shí)，在等容、Wf0 的過程中的熱容為定容摩爾熱容，以 CV，m 表示，單位為 JK·mol二、定容摩爾熱容當(dāng)溫度在定義所述之條件下 由T1 T2 時(shí)若在此溫度區(qū)間范圍內(nèi)，CV,m 可看作常數(shù)則

26、(封閉體系，等容，Wf0，單純PVT變化)三、定壓摩爾熱容定義：組成不變的均相封閉體系，當(dāng)其物質(zhì)的量為1mol時(shí)，在等壓，Wf 0的過程中的熱容為定壓摩爾熱容，以CP，m 表示，單位為JK·mol三、定壓摩爾熱容當(dāng)溫度定義所述之條件下 由T1 T2 時(shí)若在此溫度區(qū)間范圍內(nèi)，CP,m 可看作常數(shù)則(封閉體系，等壓，Wf 0，單純PVT變化 )說明：C P，m 、C V，m 均為狀態(tài)函數(shù)，為體系的強(qiáng)度性質(zhì)。四、摩爾熱容隨溫度變化的表達(dá)式四、摩爾熱容隨溫度變化的表達(dá)式一般純物質(zhì)及組成較恒定的混合物（如：空氣）的C P，mf（T）可在化學(xué)化工手冊上查到。注意：查表所得的是Cp,m Cp =n

27、Cp,m ；經(jīng)驗(yàn)常數(shù)有一定的溫度適用范圍，且不同相態(tài)其值不同；若變化過程中有相變過程，則熱的求算應(yīng)分段進(jìn)行，并要加上相變熱的數(shù)值；四、摩爾熱容隨溫度變化的表達(dá)式在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，對理想氣體由分子運(yùn)動論可利用能量按自由度均分原理作近似估算：單原子氣體 C V，m1.5R C P，m2.5R雙原子氣體 C V，m2.5R C P，m3.5R非線型多原子氣體 C V，m3R C P，m4R五、相變焓的計(jì)算五、相變焓的計(jì)算五、相變焓的計(jì)算五、相變焓的計(jì)算第六節(jié) 熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用* 理想氣體的熱力學(xué)能和焓* 理想氣體的 CP,m與 CV,m之差* 絕熱過程的功和過程方程式一、理想氣體的熱力

28、學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)* 理想氣體熱力學(xué)能一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)* 理想氣體的焓一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)一、理想氣體的熱力學(xué)能和焓Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)二、理想氣體的 CP,m與 CV,m之差C p, m，C V, m在數(shù)值上是不等的，對氣體來說C p,m恒大于力C V, m對于一般封閉系統(tǒng)二、理想氣體的 CP,m與 CV,m之差二、理想氣體的 CP,m與 CV,m之差二、理想氣體的 CP,m與 CV,m之差三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式三、絕熱過程的功和過程方程式