版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
物理化學(xué)電子教案—第二章2023/2/6熱力學(xué)三定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第三定律能量衡算變化的方向和限度由熱性質(zhì)判斷方向熱力學(xué)第零定律定義溫度2023/2/6第二章熱力學(xué)第一定律§2.1基本概念及術(shù)語(yǔ)§2.2熱力學(xué)第一定律§2.10可逆過(guò)程與可逆體積功§2.3恒容熱、恒壓熱、焓§2.4摩爾熱容§2.5相變焓§2.7化學(xué)反應(yīng)焓§2.8標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計(jì)算2023/2/61.系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)(System)在科學(xué)研究時(shí)必須先確定研究對(duì)象,把一部分物質(zhì)與其余分開(kāi),這種分離可以是實(shí)際的,也可以是想象的。這種被劃定的研究對(duì)象稱(chēng)為系統(tǒng),亦稱(chēng)為物系或體系。環(huán)境(surroundings)
與系統(tǒng)密切相關(guān)、有相互作用或影響所能及的部分稱(chēng)為環(huán)境。系統(tǒng)環(huán)境2023/2/6系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系,把系統(tǒng)分為三類(lèi):(1)封閉系統(tǒng)(closedsystem)系統(tǒng)與環(huán)境之間無(wú)物質(zhì)交換,但有能量交換。2023/2/6系統(tǒng)分類(lèi)(2)隔離系統(tǒng)(isolatedsystem)系統(tǒng)與環(huán)境之間既無(wú)物質(zhì)交換,又無(wú)能量交換,故又稱(chēng)為孤立系統(tǒng)。有時(shí)把封閉系統(tǒng)和系統(tǒng)影響所及的環(huán)境一起作為孤立系統(tǒng)來(lái)考慮。2023/2/6系統(tǒng)分類(lèi)絕熱,恒容,無(wú)非體積功的封閉系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)2023/2/6系統(tǒng)分類(lèi)(3)敞開(kāi)系統(tǒng)(opensystem)系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換,又有能量交換。2023/2/6例.在一個(gè)絕熱容器中盛有水,水中浸有電熱絲,通電加熱,如將下列不同對(duì)象看作是系統(tǒng),則分別為何種系統(tǒng):gl(1)以液態(tài)水為系統(tǒng);(2)絕熱箱中的所有水為系統(tǒng);(3)以絕熱箱中的所有水和電熱絲為系統(tǒng);(4)以絕熱箱中的水、電熱絲及外接電源為系統(tǒng)。敞開(kāi)系統(tǒng)封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)系統(tǒng)分類(lèi)2023/2/62.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)性質(zhì):用以描述系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài),亦稱(chēng)熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)狀態(tài):指靜止的系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài),也稱(chēng)熱力學(xué)狀態(tài);是系統(tǒng)的性質(zhì)的總和。系統(tǒng)所有性質(zhì)確定后,系統(tǒng)就處于確定的狀態(tài)。反之,系統(tǒng)的狀態(tài)確定后,系統(tǒng)的所有性質(zhì)均有各自確定的值。理想氣體T,p,V,n2023/2/6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(wú)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(wú)關(guān)。具有這種特性的物理量稱(chēng)為狀態(tài)函數(shù)(statefunction)。狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6狀態(tài)函數(shù)的特性:異途同歸,值變相等;周而復(fù)始,數(shù)值還原。狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì):(1)狀態(tài)函數(shù)的值取決于狀態(tài),狀態(tài)改變則狀態(tài)函數(shù)必定改變(但不一定每個(gè)狀態(tài)函數(shù)都改變);任何一個(gè)狀態(tài)函數(shù)改變,系統(tǒng)的狀態(tài)就會(huì)改變。狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6(2)狀態(tài)函數(shù)在數(shù)學(xué)上具有全微分的性質(zhì)。全微分的兩個(gè)性質(zhì):(a)全微分的積分與積分途徑無(wú)關(guān)環(huán)路積分為零(b)全微分為偏微分之和。(3)熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)是系統(tǒng)熱力學(xué)狀態(tài)的單值函數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6狀態(tài)函數(shù)的分類(lèi):(1)廣度性質(zhì)(extensiveproperties)又稱(chēng)為容量性質(zhì),它的數(shù)值與體系的物質(zhì)的量成正比,如體積、質(zhì)量、熵等。這種性質(zhì)有加和性。(2)強(qiáng)度性質(zhì)(intensiveproperties)它的數(shù)值取決于體系自身的特點(diǎn),與體系的數(shù)量無(wú)關(guān),不具有加和性,如溫度、壓力等。狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6V1,T1V2,T2V=V1+V2T≠T
1+T
2V:廣度量T:強(qiáng)度量狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6平衡態(tài):在一定條件下,系統(tǒng)中各個(gè)相的熱力學(xué)性質(zhì)不隨時(shí)間變化,且將系統(tǒng)與環(huán)境隔離后,系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài),則體系就處于熱力學(xué)平衡態(tài)。平衡態(tài)熱平衡力平衡相平衡化學(xué)平衡單一溫度單一壓力無(wú)任何相變化學(xué)反應(yīng)停止?fàn)顟B(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/6熱平衡力平衡相平衡化學(xué)平衡熱力學(xué)平衡態(tài)確定數(shù)值和物理意義的強(qiáng)度性質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)補(bǔ)充說(shuō)明:若系統(tǒng)內(nèi)有絕熱壁和剛性壁隔開(kāi)時(shí),只要壁的兩側(cè)各自處于平衡態(tài),則系統(tǒng)也處于平衡態(tài)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)2023/2/63.過(guò)程與途徑系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)變到另一個(gè)狀態(tài),稱(chēng)為過(guò)程。前一個(gè)狀態(tài)稱(chēng)為始態(tài),后一個(gè)狀態(tài)稱(chēng)為末態(tài)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的具體步驟稱(chēng)為途徑過(guò)程是抽象的,途徑是具體的;同一個(gè)過(guò)程可有不同的途徑。2023/2/6系統(tǒng)變化過(guò)程的分類(lèi)(1)單純pVT變化(2)相變化(3)化學(xué)變化具體的常見(jiàn)過(guò)程:1)恒溫過(guò)程(T=T環(huán)=C)4)絕熱過(guò)程(Q=0)2)恒壓過(guò)程(P=P外壓=C)3)恒容過(guò)程(V=定值)5)循環(huán)過(guò)程(△X=0)可逆過(guò)程2023/2/6開(kāi)心一練1.當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)一定時(shí),所有的狀態(tài)函數(shù)都有一定的數(shù)值。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),所有的狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值也隨之發(fā)生變化。2.在101.325kPa、100℃下有l(wèi)mol的水和水蒸氣共存的系統(tǒng),該系統(tǒng)的狀態(tài)完全確定?!痢?023/2/64.功和熱功和熱是系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化過(guò)程中,系統(tǒng)與環(huán)境交換能量的兩種形式。SI單位為焦耳(J)1.熱(heat)a)定義:體系與環(huán)境之間因溫差而傳遞的能量稱(chēng)為熱,用符號(hào)Q
表示。單位:KJ或J。b)Q的取號(hào):體系吸熱,Q>0;體系放熱,Q<0
。c)性質(zhì):熱不是狀態(tài)函數(shù),是一個(gè)過(guò)程量;熱的大小和具體的途徑有關(guān)。2023/2/6不能說(shuō)在某個(gè)狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)有多少熱量,只能說(shuō)在某個(gè)具體過(guò)程中體系和環(huán)境交換的熱是多少。功和熱2.功(work)a)定義:體系與環(huán)境之間傳遞的除熱以外的其它能量都稱(chēng)為功,用符號(hào)W表示。單位:KJ或J體積功是系統(tǒng)因其體積發(fā)生變化反抗環(huán)境壓力(pamb)而與環(huán)境交換的能量;除了體積功以外的一切其他形式的功為非體積功2023/2/6b)取號(hào):環(huán)境對(duì)體系作功,W>0,為正值;體系對(duì)環(huán)境作功,W<0,為負(fù)值。功和熱c)性質(zhì):
功也不是狀態(tài)函數(shù),其數(shù)值與變化途徑有關(guān)。系統(tǒng)dlpambAsW=-Fdl=-pamb
Asdl=-pambd(Asl)
W=-pambdV體積功的定義式2023/2/6對(duì)于有限過(guò)程,體積由V1變化到V2時(shí):對(duì)于恒外壓過(guò)程:對(duì)于真空自由膨脹過(guò)程:功和熱切記!2023/2/6例:理想氣體由初態(tài)經(jīng)兩個(gè)不同途徑到達(dá)相同的末態(tài),如下圖。求:兩個(gè)途徑的功P1=150KPaT1=300Kn1=2molP2=50KPaT2=300Kn2=2mol恒溫反抗外壓P2P’=100KPaT’=300Kn’=2mol恒溫反抗外壓100KPa恒溫反抗外壓50KPa功和熱2023/2/6解:對(duì)于途徑a對(duì)于途徑b,由兩步完成功和熱2023/2/6功和熱結(jié)論:功是途徑函數(shù)2023/2/65.熱力學(xué)能熱力學(xué)能(thermodynamicenergy)以前稱(chēng)為內(nèi)能(internalenergy),它是指系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和,包括分子運(yùn)動(dòng)的平動(dòng)能、分子內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)能、振動(dòng)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)能是狀態(tài)函數(shù),用符號(hào)U表示,單位為J。它的絕對(duì)值無(wú)法測(cè)定,只能求出它的變化值。
U=U2–U12023/2/6純物質(zhì)單相系統(tǒng)U=U(n,T,V)若n確定U=U(T,V)U的全微分形式熱力學(xué)能2023/2/6§
2.2熱力學(xué)第一定律能量守恒定律: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(guò)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1.熱力學(xué)第一定律2023/2/6焦耳(1818-1889)要使系統(tǒng)由某一熱力學(xué)狀態(tài)變到另一熱力學(xué)狀態(tài),只要過(guò)程的始末態(tài)相同,則所做的功和所傳遞的熱的總和是相等的,而與經(jīng)過(guò)怎樣的狀態(tài)無(wú)關(guān)。1.熱力學(xué)第一定律2023/2/6第一種表述:如果封閉系統(tǒng)由某一狀態(tài)經(jīng)過(guò)任意一個(gè)過(guò)程到達(dá)另一狀態(tài),則其內(nèi)能的改變等于在這個(gè)過(guò)程中所做的功和所傳遞的熱的總和。熱力學(xué)第一定律也可以表述為:第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī):一種既不靠外界提供能量,本身也不減少能量,卻可以不斷對(duì)外作功的機(jī)器稱(chēng)為第一類(lèi)永動(dòng)機(jī),它顯然與能量守恒定律矛盾。
熱力學(xué)第一定律2023/2/62.封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式始態(tài)終態(tài)QWU1U2U2=U1+Q+W即ΔU=Q+W(封閉系統(tǒng))對(duì)于無(wú)限小過(guò)程,則有dU=δQ+δW(封閉系統(tǒng))2023/2/6蓋.呂薩克—焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)3.焦耳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:水溫未變
dT=0
dV≠0表明:Q=0自由膨脹W=02023/2/6dU=Q+W
=0=0理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度T的函數(shù)即U=f(T)(理想氣體)T不變,ΔU=0(理想氣體)∵2023/2/61.對(duì)于內(nèi)能是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)概念,錯(cuò)誤理解是:
(A)系統(tǒng)處于一定的狀態(tài),具有一定的內(nèi)能;
(B)對(duì)應(yīng)于某一狀態(tài),內(nèi)能只能有一數(shù)值不能有兩個(gè)以上的數(shù)值;
(C)狀態(tài)發(fā)生變化,內(nèi)能也一定跟著變化;
(D)對(duì)應(yīng)于一個(gè)內(nèi)能值,可以有多個(gè)狀態(tài)。開(kāi)心一練2023/2/6開(kāi)心一練2.在一絕熱恒容容器中盛有水,水中放有電阻絲,由容器外的蓄電池給電阻絲供電,若以水為系統(tǒng),則下面的關(guān)系中正確的是:(A)W>0,Q>0,ΔU>0
(B)W=0,Q>0,ΔU>0
(C)W<0,Q>0,ΔU>0
(D)W=0,Q=0,ΔU=02023/2/63.用電阻絲加熱燒杯中的水,若以水中的電阻絲為系統(tǒng),則下面的關(guān)系中正確的是:(A)W>0,Q<0,ΔU>0
(B)W=0,Q>0,ΔU>0
(C)W=0,Q<0,ΔU<0
(D)W<0,Q>0,ΔU>0開(kāi)心一練4.若某化學(xué)反應(yīng)A(s)+M2N(aq)=AN(aq)+M2(g)在等溫等壓下于電池中進(jìn)行,做電功150kJ,體積功2.5kJ,放熱120kJ,則系統(tǒng)的熱力學(xué)能變化ΔU為:__________-272.5kJ2023/2/6§2.3恒容熱、恒壓熱及焓1.恒容熱dU=
Q+
W=
Q-pambdV+
W’dV=0時(shí),W=0W’=0dU=QV(dV=0,W’=0)積分為:ΔU=QV(ΔV=0,W’=0)適用條件:恒容且不做非體積功的過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行恒容且無(wú)非體積功的過(guò)程中與環(huán)境交換的熱2023/2/62.恒壓熱及焓恒壓熱及焓系統(tǒng)進(jìn)行恒壓且無(wú)非體積功的過(guò)程中與環(huán)境交換的熱dU=
Q+
W=
Q-pambdV+
W’當(dāng)W’=0,p=pamb=C
Qp=dU+pambdV=dU+d(pV)=d(U+pV)Qp=?(U+pV)積分為:2023/2/6H≡U+pV定義:H稱(chēng)為焓dH=Qp(dp=0,W’=0)?H=Qp
(dp=0,W’=0)則:或:適用條件:恒壓或等壓且不做非體積功的過(guò)程恒壓熱及焓2023/2/6H≡U+pV焓為什么要定義焓?為了使用方便,因?yàn)樵诘葔?、不作非體積功的條件下,?H=Qp
。容易測(cè)定,從而可求其它熱力學(xué)函數(shù)的變化值。焓是狀態(tài)函數(shù)定義式中焓由U,p,V狀態(tài)函數(shù)組成。2023/2/6焓不是能量
雖然具有能量的單位,但不遵守能量守恒定律。已知理想氣體,U=f(T),是否H=f(T)?理想氣體2023/2/63.QV=U,Qp=H兩式的意義1.將與途徑有關(guān)的Q轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)函數(shù)U、H2.將不可測(cè)的量轉(zhuǎn)化為可測(cè)的量.CO(g)+1/2O2(g)
T,p
C(s)+O2(g)
T,p
CO2(g)
T,p反應(yīng)a反應(yīng)c反應(yīng)bQp,a=
HaQp,c=?HcQp,b=
Hb注意:并不能說(shuō)恒容熱和恒壓熱就是狀態(tài)函數(shù)2023/2/6ΔHc=ΔHa+ΔHbQp,c=Qp,a
+Qp,bA?BB?CA?CreactantsAproductsC蓋斯定律“定壓或定容條件下的任意化學(xué)反應(yīng),在不做其它功時(shí),不論是一步完成的還是幾步完成的,其反應(yīng)熱的總值相等。”
2023/2/6§2.4摩爾熱容熱容溫度T時(shí),物質(zhì)在不發(fā)生相變化,化學(xué)變化,非體積功為零時(shí),溫度升高dT所需要的熱量δQ吸收微量熱量平均熱容熱容:廣度量,單位:
J·K-12023/2/61.摩爾定容熱容摩爾定容熱容:溫度T時(shí),物質(zhì)的量為n的物質(zhì),在不發(fā)生相變化,化學(xué)變化,恒容且非體積功為零時(shí),溫度升高dT所需要的熱量δQV,則摩爾定容熱容:強(qiáng)度量,單位:
J·mol-1·K-12023/2/6應(yīng)用——單純PVT變化過(guò)程ΔU的計(jì)算T1,V1T2,V2ΔUΔVUΔTUT2,V1ab恒容非恒容△U=△VU+△TU△TU=0QV≠ΔU2023/2/62.摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容:溫度T時(shí),物質(zhì)的量為n的物質(zhì),在不發(fā)生相變化,化學(xué)變化,恒壓且非體積功為零時(shí),溫度升高dT所需要的熱量δQp,則摩爾定壓熱容:強(qiáng)度量,單位:
J·mol-1·K-12023/2/6應(yīng)用——單純PVT變化過(guò)程ΔH的計(jì)算T1,p1T2,p2ΔHΔpHΔTHT2,p1ab等壓非等壓Q
≠ΔH2023/2/6凝聚態(tài)物質(zhì)ΔU≈ΔH(凝聚態(tài)物質(zhì))非恒容,千萬(wàn)不可??!×2023/2/63.Cp,m與CV,m的關(guān)系理想氣體:Cp,
m-CV,m=R單原子理想氣體:
CV,
m=3/2R,Cp,
m=5/2R雙原子理想氣體:CV,
m=5/2R,Cp,
m=7/2R混合理想氣體:凝聚態(tài):Cp,m≈CV,m2023/2/64.Cp,m(CV,m)隨T的變化表達(dá)Cp,m隨T的變化的方式(1)數(shù)據(jù)列表(2)Cp,m-T曲線(3)函數(shù)關(guān)系式平均摩爾熱容2023/2/6開(kāi)心一練4molAr(g)+2molCu(s)
0.1m3,0℃4molAr(g)+2molCu(s)0.1m3,100℃1.設(shè)定壓摩爾熱容已知,求Q、W、?U、?H解:W=0,QV=?U?U=?U(Ar,g)+?U(Cu,s)=n(Ar,g)CV,m(Ar,g)?T+n(Cu,s)CV,m,(Cu,s)?T=n(Ar,g)(Cp,m(Ar,g)-R)?T+n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)?T?H=?U+?(pV)=?U+n(Ar,g)R?T2023/2/6A(單原子理想氣體)3mol,0℃,50kPaB(雙原子理想氣體)7mol,100℃,150kPa開(kāi)心一練2.求混合后的溫度T2,p2,W,Q,?U,?H?解:因Q=0,?V=0,W’=0
故W=0,?U=0A+B(混合理想氣體)10mol,T2,p22023/2/6n(A)CV,m(A){T2-T1(A)}+n(B)CV,m(B){T2-T1(B)}=0?U=?U(A)+?U(B)=0開(kāi)心一練2023/2/6V2=V1(A)+V1(B)=218.06dm3開(kāi)心一練2023/2/6開(kāi)心一練?H=?H(A)+?H(B)=n(A)Cp,m(A){T2T1(A)}+n(B)Cp,m(B){T2
T1(B)}=795J或?H=?U+?(pV)=p2V2p1V1
=p2V2{p1(A)V1(A)+p1(B)V1(B)}=p2V2{n(A)RT1(A)+n(B)RT1(B)}
=795J2023/2/6開(kāi)心一練3.2mol理想氣體,Cp,m=7/2R。由始態(tài)100kPa,50dm3,先恒容加熱使壓力升高至200kPa,再恒壓冷卻使體積縮小至25dm3。求整個(gè)過(guò)程的W,Q,U和H。解:p1=100kPaV1=50dm3
T1p2=200kPaV2=50dm3
T2
p3=200kPaV3=25dm3
T3恒容恒壓2023/2/6由于T1=T3,所以U=0,H=0而恒容W1=0W=W1+W2=W2=5000JQ=U-W=-W=-5000J開(kāi)心一練2023/2/6§2.5相變焓
水蒸氣
液態(tài)水冰相:系統(tǒng)內(nèi)性質(zhì)完全相同的均勻部分相變:系統(tǒng)中同一種物質(zhì)在不同相之間的轉(zhuǎn)變固、液、氣、晶型2023/2/61.摩爾相變焓B()B()(恒溫恒壓)H()H()摩爾相變焓:?jiǎn)挝晃镔|(zhì)的量的物質(zhì)在恒定溫度T及該溫度平衡壓力下發(fā)生相變時(shí)對(duì)應(yīng)的焓變2023/2/6關(guān)于摩爾相變焓的三點(diǎn)說(shuō)明:摩爾熔化焓:DfusHm
摩爾蒸發(fā)焓:DvapHm摩爾升華焓:DsubHm
摩爾轉(zhuǎn)變焓:DtrsHm1)恒壓且無(wú)非體積功時(shí),2)T定,摩爾相變焓定3)2023/2/6相變過(guò)程前后W,Q,ΔU,ΔH的計(jì)算對(duì)于始末態(tài)都是凝聚相的恒溫相變過(guò)程,不管過(guò)程是否恒壓,都有
V=V2V1≈0
W≈0,Q≈U,
U≈H對(duì)于始態(tài)為凝聚相,末態(tài)為氣相的恒溫恒壓相變過(guò)程,有:V=V2V1≈V2=Vg
W=
pV≈
pVg=
nRT
Qp=HU=Q+W=H
nRT2023/2/6例:已知100kPa下冰的熔點(diǎn)為0℃,此時(shí)冰的比熔化焓△fush=333.3J·g-1。水和冰的平均比定壓熱容cp為4.184J·g-1·K-1及2.000J·g-1·K-1。今在絕熱容器內(nèi)向1kg50℃的水中投入0.8kg溫度為–20℃的冰。求:(1)末態(tài)的溫度;(2)末態(tài)冰和水的質(zhì)量。開(kāi)心一練2023/2/6H2O(l)1kg0℃
H2O(l)1kg50℃
(1)H2O(s)0.8kg0℃
(2)(3)解:H2O(s)0.8kg–20℃
H2O(l)0.8kg0℃
2023/2/6過(guò)程1Q1=△H1=△U1=m1cp,1△T1
=–{1000×4.184×50}J=–209.2kJ過(guò)程2Q2=△H2=△U2=m2cp,2△T2
={800×2.000×20}J=32kJ過(guò)程3Q3=△H3=△U3=m2△fush={800×333.3}J=266.64kJ2023/2/6由于–Q1>Q2,所以系統(tǒng)的末態(tài)溫度應(yīng)不低于0℃。過(guò)程(2)可以進(jìn)行完全。而–Q1<Q2+Q2,則過(guò)程(3)不可能進(jìn)行完全,即冰不能完全熔化,故系統(tǒng)末態(tài)溫度應(yīng)不高于0℃。所以,系統(tǒng)末態(tài)的溫度為0℃。2023/2/6水從50℃降溫到0℃放出的熱量Q1,一部分供應(yīng)給冰從–20℃升溫到0℃所需的熱量Q2,一部分使質(zhì)量為m3的冰熔化,即:
Q3’=△H3’
=△U3’
=m3△fush
Q3’+Q2=–Q1
m3=(–Q1–Q2)/△fush={(209.2–32)/3333}g=532g
則剩余的冰為800g–532g=268g
水為1000g+532g=1.532g2023/2/6摩爾相變焓隨溫度的變化B(β)pTB(α)
p
TB(α)p0T0B(β)p0
T0待求可查2023/2/62023/2/6微分式若不隨溫度變化2023/2/61.已知水(H2O,l)在100℃時(shí)的摩爾蒸發(fā)焓vapH=40.668kJ·mol-1。水和水蒸氣在25~100℃的平均定壓摩爾熱容分別為Cp,m(H2O,l)=75.75J·mol-1·K-1
和Cp,m(H2O,g)=33.76J·mol-1·K-1,求25℃時(shí)水的摩爾蒸發(fā)焓。開(kāi)心一練2023/2/6解:H2O(l)1mol100℃101.325kPaH2O(g)1mol100℃101.325kPaH2O(g)1mol25℃pΘH2O(l)1mol25℃pΘ2023/2/6過(guò)程1凝聚相升溫過(guò)程△H1=Cp,m(H2O,l)(100℃–25℃)=5681.25J·mol–1過(guò)程2可逆相變過(guò)程△H2=△vapHm(100℃)
=40.668kJ·mol–1過(guò)程3氣相降溫過(guò)程△H3=Cp,m(H2O,g)(25℃–100℃)=2532J·mol–1△vapHm(25℃)=△H1+△H2+△H3=43.82kJ·mol–1
2023/2/6§2.7化學(xué)反應(yīng)焓化學(xué)計(jì)量數(shù)2H2+O2=2H2O寫(xiě)成0=–2H2
–O2+2H2OaA+bB=yY+zZ寫(xiě)成0=–aA–bB+yY+zZB為B組分化學(xué)計(jì)量數(shù)
A=–
a,
B=–
b,
Y=y,
Z=z
2023/2/61.反應(yīng)進(jìn)度設(shè)某反應(yīng)反應(yīng)進(jìn)度的定義單位:molnB,0和nB分別代表任一組分B在起始時(shí)和t時(shí)刻的物質(zhì)的量2023/2/6引入反應(yīng)進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn):在反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻,可以用任一反應(yīng)物或生成物來(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度,所得的值都是相同的,即:注意:應(yīng)用反應(yīng)進(jìn)度必須與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程相對(duì)應(yīng)當(dāng)
都等于1mol
時(shí),兩個(gè)方程所發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量顯然不同。2023/2/62.摩爾反應(yīng)焓摩爾反應(yīng)焓:完成單位反應(yīng)進(jìn)度引起的焓變單位:kJ·mol-12023/2/63.標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓標(biāo)準(zhǔn)態(tài):在溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力pΘ(100kPa)下物質(zhì)所處的特定狀態(tài)。氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài):壓力為pΘ的理想氣體,是假想態(tài)。固體、液體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài):壓力為pΘ的純固體或純液體。標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓:各反應(yīng)組分都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的摩爾反應(yīng)焓2023/2/6與的差別aA
T,pΘ純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+bB
T,pΘ純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)yY
T,pΘ純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+zZ
T,pΘ純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)IaA
+bB
T,p組成恒定混合態(tài)yY
+zZ
T,p組成恒定混合態(tài)II(理想氣體)2023/2/64.Qp,m與QV,m的關(guān)系aA+bB
T,p,VyY+zZ
T,p,V’yY+zZ
T,p’,VΔV為恒壓下進(jìn)行1mol反應(yīng)進(jìn)度時(shí)產(chǎn)物與反應(yīng)物體積之差2023/2/62H2(g)+O2(g)=2H2O(l)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)(理想氣體;凝聚態(tài)壓力不太大時(shí))2023/2/6§2.8標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計(jì)算等熱力學(xué)數(shù)據(jù)?;舴蚬?023/2/61.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓定義:在溫度為T(mén)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下,由穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)生成化學(xué)計(jì)量數(shù)vB=1的β相態(tài)的化合物B(β)的焓變,稱(chēng)為該物質(zhì)B(β)在該溫度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。單位:kJ·mol-1一般298.15K時(shí)的數(shù)據(jù)有表可查(p292,附錄9)2023/2/6例:在298.15K時(shí)HCl(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓:2023/2/6aA(α)
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+bB(β)
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)yY(γ)
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+zZ()
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)穩(wěn)定相態(tài)物質(zhì)2023/2/6298.15K下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓等于同樣溫度下參與反應(yīng)的各組分標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓與其計(jì)量數(shù)乘積的代數(shù)和2023/2/62.標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓定義:在溫度為T(mén)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下,由化學(xué)計(jì)量數(shù)vB=-1的β相態(tài)的物質(zhì)B(β)與氧進(jìn)行完全氧化反應(yīng)時(shí),該反應(yīng)的焓變稱(chēng)為該物質(zhì)在溫度T時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓。單位:kJ·mol-1指定產(chǎn)物通常規(guī)定為:一般298.15K時(shí)的數(shù)據(jù)有表可查(p296,附錄10)2023/2/6例:在298.15K時(shí)完全氧化產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓在任何溫度均為零!2023/2/621/2O2(g)21/2O2(g)C6H5C2H5(g)C6H5C2H3(g)+H2(g)8CO2(g)+5H2O(l)2023/2/6298.15K下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓等于同樣溫度下參與反應(yīng)的各組分標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓與其計(jì)量數(shù)乘積的代數(shù)和的負(fù)值。意義:用這種方法可以求一些不能由單質(zhì)直接合成的有機(jī)物的生成焓。例如2023/2/63.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓隨T的變化——基?;舴蚬絘A(α)
T標(biāo)準(zhǔn)態(tài)yY(γ)T
標(biāo)準(zhǔn)態(tài)bB(β)
T標(biāo)準(zhǔn)態(tài)zZ(δ)T標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+
+
aA(α)
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)yY(γ)298.15K
標(biāo)準(zhǔn)態(tài)bB(β)
298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)zZ(δ)298.15K標(biāo)準(zhǔn)態(tài)+
+
H1H22023/2/6代入整理基?;舴蚬?023/2/6對(duì)T求導(dǎo)2023/2/61.已知CH3COOH(g),CH4(g),CO2(g),的平均定壓熱容分別為52.3J·mol–1·K–1,37.7J·mol–1·K–1,31.4J·mol–1·K–1。試由附錄中的各化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算1000K時(shí)下列反應(yīng)的。CH3COOH(g)=CH4(g)+CO2(g)開(kāi)心一練2023/2/6298.15KCH3COOH(g)298.15KCO2(g)298.15KCH4(g)+1000KCH3COOH(g)1000KCO2(g)1000KCH4(g)+H3H2H12023/2/62023/2/62.25℃下,密閉恒容的容器中有10g固體萘C10H8(s)在過(guò)量的O2(g)中完全燃燒成CO2(g)和H2O(l)。過(guò)程放熱401.727kJ。求:(1)C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(l)的反應(yīng)進(jìn)度。(2)反應(yīng)的
(3)反應(yīng)的2023/2/6解:ξ=n=m/M=(10/128)mol=0.078mol=[-5150+(10-12)8.314(25+273.15)10-3]kJ·mol-1=-5160kJ·mol-1=(-401.727/0.078)kJ·mol-1=-5150kJ·mol-12023/2/64.燃燒和爆炸的最高溫度最高火焰溫度就是恒壓絕熱反應(yīng)所能達(dá)到的最高溫度絕熱反應(yīng)反應(yīng)釋放的熱量全部用于升高系統(tǒng)的溫度絕熱反應(yīng)的計(jì)算應(yīng)用:求燃燒產(chǎn)物的最高溫度最高爆炸溫度就是恒容絕熱反應(yīng)所能達(dá)到的最高溫度恒壓絕熱恒容絕熱2023/2/6§2.10可逆過(guò)程與可逆體積功過(guò)程的進(jìn)行需要推動(dòng)力傳熱過(guò)程:溫差氣體膨脹壓縮過(guò)程:壓力差推動(dòng)力無(wú)限小的過(guò)程可逆過(guò)程可逆過(guò)程:在逆轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)和環(huán)境可同時(shí)完全復(fù)原而不留任何痕跡的過(guò)程。必要條件:推動(dòng)力無(wú)限?。粺o(wú)限接近平衡2023/2/61.可逆過(guò)程一般經(jīng)典熱力學(xué)過(guò)程:始末態(tài)為平衡態(tài),但中間過(guò)程不一定為平衡態(tài)。可逆過(guò)程和一般經(jīng)典熱力學(xué)過(guò)程的比較可逆過(guò)程的特征:不但始末態(tài)為平衡態(tài),而且中間過(guò)程均為平衡態(tài)。2023/2/6可逆?zhèn)鳠徇^(guò)程T1,pT2,p加熱恒壓
T2T1系統(tǒng)熱源加熱:系統(tǒng)吸熱Q加熱>0
熱源放熱Q加熱冷卻:系統(tǒng)放熱Q冷卻<0
熱源吸熱Q冷卻
T1T2系統(tǒng)熱源2023/2/6冷卻后系統(tǒng)復(fù)原,Q冷卻=Q加熱,但高溫?zé)嵩捶艧?,低溫?zé)嵩次鼰幔h(huán)境沒(méi)有復(fù)原。故為不可逆過(guò)程。
T1T1+2dT
T1+dT
T2……T1T2系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)回原來(lái)狀態(tài)時(shí),整個(gè)環(huán)境,即所有熱源也回復(fù)到原狀態(tài)。故為可逆過(guò)程。2023/2/6氣體可逆膨脹過(guò)程設(shè)系統(tǒng)為理想氣體,完成下列過(guò)程有多種不同途徑:
(n,p1,V1,T)(n,p2,V2,T)
始態(tài)未態(tài)(1)恒外壓膨脹(pamb保持不變)2023/2/6(2)多次等外壓膨脹(a)克服外壓為p’,體積從V1膨脹到V’;(b)克服外壓為p’’,體積從V’膨脹到V’’;(c)克服外壓為p2,體積從V’’膨脹到V2;外壓差距越小,膨脹次數(shù)越多,做的功也越多。
2023/2/6(3)可逆膨脹(外壓比內(nèi)壓小一個(gè)無(wú)窮小的值)可逆膨脹過(guò)程所作的功最大。2023/2/6(n,p2,V2,T)(n,p1,V1,T)未態(tài)始態(tài)可逆壓縮:p2P2+dpp1P2+2dp……2023/2/62023/2/6可逆壓縮過(guò)程所作的功最小。2023/2/6(1)恒外壓壓縮(2)多次等外壓壓縮(3)可逆壓縮2023/2/6可逆循環(huán)“能量無(wú)痕”系統(tǒng)與環(huán)境完全復(fù)原2023/2/6可逆過(guò)程的特點(diǎn):
(1)狀態(tài)變化時(shí)推動(dòng)力與阻力相差無(wú)限小,系統(tǒng)與環(huán)境始終無(wú)限接近于平衡態(tài);(2)過(guò)程中任何一個(gè)中間態(tài)都可從正、逆兩個(gè)方向到達(dá);(3)過(guò)程的進(jìn)行需無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間(無(wú)限緩慢地進(jìn)行)(4)恒溫可逆過(guò)程中,系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作最大功,環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作最小功。2023/2/62.可逆體積功的計(jì)算理想氣體的恒溫可逆過(guò)程U=0,H=0,Q=W2023/2/6理想氣體的絕熱可逆過(guò)程絕熱Qr=02023/2/6積分2023/2/6最后可導(dǎo)出:理想氣體絕熱可逆過(guò)程方程式熟記!死記!2023/2/61.氣體氦自0℃,5101.325kPa,10dm3始態(tài),經(jīng)過(guò)一絕熱可逆膨脹至101.325kPa,試計(jì)算終態(tài)的溫度及此過(guò)程的Q,W,U,H。(設(shè)He為理想氣體)開(kāi)心一練p1=5101.325kPaT1=273K,V1=10Lp2=101.325kPaT2=?,V2=?絕熱可逆解:2023/2/6Q=0W=U=nCV,m(T2T1)=2.2312.47(143.5273)J=3.60103JH=nCp,m(T2T1)=2.2320.79(143.5273)J=6.0103J2023/2/62.氣體氦自0℃,5101.325kPa,10dm3始態(tài),在絕熱恒外壓pamb為101.325Pa下,快速膨脹至101.325kPa,試計(jì)算T2,Q,W,U,H。(設(shè)He為理想氣體)p1=5101.325kPaT1=273K,V1=10Lp2=101.325kPaT2=?,V2=?絕熱恒外壓Q=0解:ΔU=W2023/2/62023/2/6W=
U=nCV,m(T2
T1)=2.43103JU=W=
2.43103JH=nCp,m(T2
T1)=4.05103J=185.6K2023/2/6總結(jié)1.
熱力學(xué)的一些基本概念系統(tǒng)、環(huán)境、熱力學(xué)狀態(tài)、系統(tǒng)性質(zhì)、功、熱、狀態(tài)函數(shù)、可逆過(guò)程、過(guò)程和途徑系統(tǒng):敞開(kāi)、封閉、隔離狀態(tài)函數(shù):性質(zhì)(全微分)、分類(lèi)熱力學(xué)狀態(tài):平衡態(tài)可逆過(guò)程的判別2023/2/62.
熟練運(yùn)用熱力學(xué)第一定律,掌握功與熱的取號(hào),會(huì)計(jì)算常見(jiàn)過(guò)程中的Q、W、
ΔU和ΔH的值熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W(封閉系統(tǒng))2023/2/6理想氣體PVT變化過(guò)程熱力學(xué)函數(shù)的計(jì)算前提條件U=f(T)H=f(T)Cp,m-CV,m=RPV=nRT△U=Q+W△H=△U+△(pV)
QV=△U(等容)Qp=△H(等壓)常見(jiàn)過(guò)程恒溫、恒壓、恒容、絕熱(可逆or恒外壓)2023/2/6恒容過(guò)程恒壓過(guò)程恒溫過(guò)程恒壓過(guò)程可逆過(guò)程2023/2/6絕熱過(guò)程可逆過(guò)程P,V,T知二求一,代入恒壓過(guò)程求T2,代入2023/2/63.了解為什么要定義焓,記住公式ΔU=QV,ΔH=Qp的適用條件ΔU=QV(ΔV=0,W’=0)?H=Qp
(dp=0,W’=0)2023/2/64.
掌握等壓熱Qp與等容熱QV之間的關(guān)系,掌握使用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的摩爾焓變,掌握ΔrUm與ΔrHm之間的關(guān)系理想氣體:Cp,
m-CV,m=R單原子理想氣體:
CV,
m=3/2R,Cp,
m=5/2R雙原子理想氣體:CV,
m=5/2R,Cp,
m=7/2R2023/2/6混合理想氣體:凝聚態(tài):Cp,m≈CV,m摩爾相變焓:2023/2/6標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓:2023/2/6
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 【培訓(xùn)課件】顧問(wèn)式營(yíng)銷(xiāo)技術(shù)探討
- 產(chǎn)后排尿困難的健康宣教
- 共點(diǎn)力作用下物體的平衡課件
- 孕期陰道炎的健康宣教
- 《論述類(lèi)總復(fù)習(xí)》課件
- JJF(陜) 043-2020 非接觸式視頻引伸計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范
- JJF(黔) 80-2024 經(jīng)皮黃疸測(cè)試儀校準(zhǔn)規(guī)范
- 【大學(xué)課件】網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)
- 社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)豐富教研內(nèi)容計(jì)劃
- 財(cái)務(wù)道德在職業(yè)中的重要性計(jì)劃
- 部門(mén)績(jī)效考核表模板
- DB33T 1210-2020 城市公共廁所建設(shè)與管理標(biāo)準(zhǔn)
- 《中藥化學(xué)》課件第十二章其他
- 青藍(lán)工程記錄冊(cè)【范本模板】
- 梁平法施工圖識(shí)讀(含工程案例)
- D502-15D502等電位聯(lián)結(jié)安裝圖集
- GA∕T 1702-2019 法庭科學(xué) 紙張檢驗(yàn) 染色劑法
- 冰銅主要性質(zhì)都有哪些呢
- 生物校本教材—生活中的生物科學(xué)
- 提高地下車(chē)庫(kù)防水層鋪設(shè)一次驗(yàn)收合格率(QC成果)
- 光伏并網(wǎng)逆變器調(diào)試報(bào)告(正式版)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論