氣體動(dòng)力學(xué)講義吳子牛lecture03課件

III:氣體動(dòng)力學(xué)第三講預(yù)備知識(shí)三2001年9月18日星期二上午9：50－中午12：15明理樓422III為什么要學(xué)化學(xué)熱力學(xué)？在高溫下，氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致化學(xué)能變?yōu)闊崮?，另外化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致氣體混合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使氣體的熱力學(xué)特性發(fā)生變化，對(duì)流動(dòng)有重要影響高超音速飛行器（如航天飛機(jī)和運(yùn)載火箭）以六倍音速以上速度飛行時(shí)，壁面的強(qiáng)烈氣動(dòng)摩擦和氣動(dòng)壓縮，導(dǎo)致局部高溫現(xiàn)象應(yīng)用背景和定量概念，在講到高超音速飛行時(shí)會(huì)詳細(xì)介紹III:重要性?xún)?nèi)容提要

化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)內(nèi)容一：化學(xué)反應(yīng)式化學(xué)熱力學(xué)內(nèi)容二：化學(xué)熱力學(xué)基本方程化學(xué)熱力學(xué)內(nèi)容三：有化學(xué)反應(yīng)的熱完全氣體混合物的熱力學(xué)特性化學(xué)平衡準(zhǔn)則III:內(nèi)容提要基元（單步）反應(yīng)例子基元反應(yīng)指單步完成的反應(yīng)以氫分子離解反應(yīng)為例，其遇到任何粒子M的碰撞，在一定條件下會(huì)分裂為兩個(gè)氫原子H,反應(yīng)式為從左向右為正向反應(yīng)，反應(yīng)速率為；從右向左為逆向反應(yīng)，反應(yīng)速率為。反應(yīng)物為和M,生成物為H和M.III-1:化學(xué)反應(yīng)式基元反應(yīng)例子續(xù)將反應(yīng)式寫(xiě)成則a=1,b=1,c=2,d=1,稱(chēng)為計(jì)量系數(shù)，表示一個(gè)最基本的化學(xué)反應(yīng)中所介入的各反應(yīng)物和生成物的分子或原子的個(gè)數(shù)。III-1:化學(xué)反應(yīng)式基元反應(yīng)的一般形式由k個(gè)化學(xué)組元組成封閉系統(tǒng)，化學(xué)反應(yīng)式寫(xiě)為從左向右為正向反應(yīng)，反應(yīng)速率為；從右向左為逆向反應(yīng)，反應(yīng)速率為。左邊為反應(yīng)物，右邊為生成物。這里和為計(jì)量系數(shù)。例如，令，則氫原子的離解反應(yīng)可以寫(xiě)成一般形式，并且有III-1:化學(xué)反應(yīng)式化學(xué)計(jì)量關(guān)系式據(jù)定比定律：反應(yīng)物和生成物的摩爾數(shù)改變與相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)之間存在比例關(guān)系由摩爾數(shù)和質(zhì)量的關(guān)系，并利用比例性質(zhì)，得由得III-1:化學(xué)反應(yīng)式III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程無(wú)化學(xué)反應(yīng)時(shí)所有關(guān)系式只是狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，各組元的物質(zhì)數(shù)量如摩爾數(shù)有變化，因此描述混合物的熱力學(xué)狀態(tài)除用到壓力p、體積V和溫度T外，還需要用到各組元的摩爾數(shù)。例如III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程基本方程的推導(dǎo)化學(xué)勢(shì)組元濃度子系統(tǒng)與混合物的關(guān)系基本方程的推導(dǎo)考慮包含k個(gè)組元的均勻系統(tǒng)，考慮它們的熱力學(xué)特性為了推導(dǎo)熱力學(xué)基本方程，對(duì)它們（如一式）求導(dǎo)得右端前兩項(xiàng)對(duì)應(yīng)于沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的變化，因此III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程組元濃度，質(zhì)量化學(xué)勢(shì)質(zhì)量比數(shù)（質(zhì)量濃度）摩爾比數(shù)（摩爾濃度）摩爾密度質(zhì)量化學(xué)式III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程摩爾化學(xué)勢(shì)與質(zhì)量化學(xué)式由得III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程用強(qiáng)度量表示的化學(xué)熱力學(xué)基本方程III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程自由焓基本關(guān)系式的簡(jiǎn)化類(lèi)似可以寫(xiě)出由，得III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程化學(xué)勢(shì)的物理意義由表明，摩爾化學(xué)勢(shì)可以理解為對(duì)應(yīng)組元等溫等壓條件下單位摩爾的自由焓已經(jīng)證得在等溫等壓條件下，III-2:化學(xué)熱力學(xué)基本方程III-3:熱完全氣體混合物特性考慮含k個(gè)摩爾數(shù)分別為熱完全氣體組元的混合物，混合物總體積為V,溫度為T(mén)，壓力為p,各組元的分壓力為，氣體總質(zhì)量為III-3:熱完全氣體混合物特性求氣體混合物的熱狀態(tài)方程內(nèi)能、焓、自由能、自由焓的表達(dá)式比熱表達(dá)式低溫、高溫混合物熱狀態(tài)方程低溫混合物沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)均為常數(shù)，混合氣體如同一個(gè)具有有效分子量的化學(xué)純的熱完全氣體，滿(mǎn)足

低溫空氣可以看成單一氣體，高溫混合物有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，從而III-3:熱完全氣體混合物特性狀態(tài)函數(shù)氣體混合物的狀態(tài)函數(shù)（內(nèi)能、焓、熵、自由能，自由焓）等于各組元的狀態(tài)函數(shù)之和III-3:熱完全氣體混合物特性各組分狀態(tài)函數(shù)類(lèi)似于單一熱完全氣體III-3:熱完全氣體混合物特性化學(xué)平衡準(zhǔn)則化學(xué)平衡條件質(zhì)量作用定律平衡常數(shù)III-4:化學(xué)平衡準(zhǔn)則平衡態(tài)定義力學(xué)平衡：各質(zhì)點(diǎn)所受合力為零熱力學(xué)平衡：孤立系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，其熱力學(xué)狀態(tài)達(dá)到不再變化的狀態(tài)（準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程如此）化學(xué)平衡：在系統(tǒng)處于力學(xué)平衡和熱力學(xué)平衡情況下，均勻封閉系統(tǒng)的熵變完全來(lái)自化學(xué)反應(yīng)。如果該熵變?yōu)?，則系統(tǒng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)。III-4:化學(xué)平衡準(zhǔn)則化學(xué)非平衡條件非平衡條件即亦即化學(xué)勢(shì)含義：化學(xué)反應(yīng)從高化學(xué)勢(shì)向低化學(xué)勢(shì)方向進(jìn)行。III-4:化學(xué)平衡準(zhǔn)則平衡常數(shù)定義（平衡值用星號(hào)）考慮熱完全氣體混合物，從而有帶入化學(xué)平衡準(zhǔn)則得即III-4:化學(xué)平衡準(zhǔn)則平衡關(guān)系式的幾種形式壓力平衡式摩爾平衡式（）習(xí)題提示1題目類(lèi)型：考慮壓力和溫度分別為的量熱完全氣體混合物，各組分的熱力學(xué)特性（分子量、比熱、氣體常數(shù)）均給出，同樣壓力和同樣溫度下體積百分比也給出，總壓力與溫度也給出，求各種氣體的分壓力、分密度、質(zhì)量比數(shù)；混合物的氣體常數(shù)、密度和分子量、比熱和比熱比。解體提示：體積百分比等于摩爾比數(shù)，于是由得。由得分密度。由

得質(zhì)量比數(shù)。由得混合物的氣體常數(shù)。由得混合物的比熱（比）。

習(xí)題:Pb1-7習(xí)題提示2習(xí)題Pb1-8提示:習(xí)題提示3習(xí)題Pb1-9提示:習(xí)題4習(xí)題Pb1-11提示:提示：絕熱且總體積不變，因此由熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能不變，從而對(duì)于