冶金熱力學(xué)的性質(zhì)-熱力學(xué)基本概念(編輯修改稿)
2025-01-19 03:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程： PV=nRT 2）式變?yōu)? Qp= QV +ΔnRT 注： Δn為氣態(tài)產(chǎn)物的摩爾數(shù)和氣態(tài)反應(yīng)物的摩爾數(shù)之差 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 二、熱化學(xué)方程式 定義： 表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式 書寫規(guī)范： a）寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，并配平 b）注明反應(yīng)物和產(chǎn)物的相態(tài) c）在方程式的右邊或下邊注明反應(yīng)的熱效應(yīng) 恒壓、恒容反應(yīng)熱分別用 ΔrH 、 ΔrU表示 d）注明反應(yīng)溫度和壓力 例： 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 三、蓋斯定律 定義： 一個化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成，還是分幾步完 成，反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同 說明： a）嚴(yán)格來說在蓋斯定律只有對恒溫、恒壓熱效應(yīng)才成立 b）利用蓋斯定律，熱化學(xué)方程式以代數(shù)方程式進(jìn)行計(jì)算 c）利用蓋斯定律，可以計(jì)算難直接測量的熱 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 例 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 四、標(biāo)準(zhǔn)生成焓 定義： 由穩(wěn)定單質(zhì)，在指定溫度（ 25℃ ）和標(biāo)態(tài)下，反應(yīng)生成 一摩爾化合物時反應(yīng)焓變 —— 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱 Δ fHθ m 例： 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓： 參加反應(yīng)各物質(zhì)均為某溫度的標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)的焓差 以 Δ rHθ m 表示。 利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓： 說明： 規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 五、標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓 定義： 在指定溫度、壓力下，一摩爾物質(zhì)（有機(jī)物）與氧完全燃燒時的反應(yīng)熱效應(yīng) 用 Δ CHθ m表示 利用標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓： 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 六、相變過程與相變焓 定義： 相變是指物質(zhì)聚集狀態(tài)的變化過程 相變過程的焓變稱為相變焓 利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓 計(jì)算相變焓： = （ jmfjj H ,?? ?? ）產(chǎn) （ imfii H ,?? ?? ）反（ ） 產(chǎn) （ ）（ ） 反Δ a Hθ m b冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 七、溶解焓 定義： 若溶解過程是在恒溫恒壓下進(jìn)行且 W’ =0的條件下進(jìn)行 的，則其熱效應(yīng)就等于溶解過程的焓變 用 ΔsocH表示 八、熱效應(yīng)與溫度的關(guān)系： 任一化學(xué)反應(yīng) A B，若反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行，Δ rH＝ HBHA。上述反應(yīng)若在恒壓的另一溫度（ T+dT)下進(jìn)行時， ΔrH隨 T而變化的關(guān)系，可由下式表示： 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) ΔrH＝ HBHA 由 在恒壓下對 T求偏微商 pApBprTHTHTH ???????????????????????????得： 而 ? ?BCTH mppB,????????? ? ?ACT mppA,????????1） 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 代入 1）得： ? ? ? ?ACBCTHmpmppr, ???????????mpC ,??推廣則有： ? ?? ? ? ?? ?物反 應(yīng)jmpj產(chǎn) 物impimp CCC ,, ?? ?????物理意義：一個化學(xué)反應(yīng)的恒壓熱效應(yīng)，在恒壓下隨溫度的變化率等于產(chǎn)物的恒壓熱容與反應(yīng)物的恒壓熱容之差 2） 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 由 2）可得： ? ? ? ?dTCHd mpr ,??? ? ?? ????? 2112 ,TT mpTrTrdTCHH積分后得： 或： ? ?? ????? 2112 ,TT mpTrTrdTCHH3） 2）式和 3）式都稱為基爾霍夫公式 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 一、自發(fā)過程 所謂自發(fā)過程，是指順其自然，無需施加任何外力， 能自動發(fā)生的過程。 定義 特性： a、不可逆性 b、后果的不可消除性 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 二、熱力學(xué)第二定律 熱不能自動從較冷的物體流向較熱的物體 表述一： 表述二： 設(shè)計(jì)一個循環(huán)往復(fù)工作的熱機(jī)，它除使熱從較冷的物體流向較熱的物體外不發(fā)生其它變化使不可能的（克勞休斯說法） 表述三： 從單一熱源取出熱使之完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它變化，是不可能的。（開爾文說法） 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 三、熵 1842年，法國年輕工程師卡諾設(shè)計(jì)了一種熱機(jī)。 （一）卡諾循環(huán) 該熱機(jī)以理想氣體為工作介質(zhì)，工作過程由四步 可逆過程構(gòu)成，稱為卡諾熱機(jī) A C D B 冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 高溫介質(zhì)與高溫?zé)嵩唇佑|，由狀態(tài) A等溫可逆膨脹到 狀態(tài) B 過程（ 1） 12111 VVlnnRTWQ ??1Q為工作介質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒? 過程（ 2） 工作介質(zhì)從狀態(tài) B絕熱膨脹到狀態(tài) C，此過程 0?Q dTCWTT V??? 212冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 工作介質(zhì)與低溫?zé)嵩唇佑|，由狀態(tài) C等溫可逆壓縮到 狀態(tài) D 過程（ 3） 34232 VVlnnRTWQ ??2Q為工作介質(zhì)向低溫?zé)嵩瘁尫诺臒? 過程（ 4） 工作介質(zhì)由 D絕熱可逆壓縮過程恢復(fù)到狀態(tài) A 0?Q dTCWTT V??? 124冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 對整個循環(huán) 0ΔU ?WQ ? 432121 WWWWQ ?????1QW??卡諾熱機(jī)效率： 121342121VVlnnRTVVlnnRTVVlnnRT ??冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律((((((((((((((((((((((((及熵 因?yàn)檫^程（ 2）與（ 4）均為理想氣體絕熱可逆過程 132121 ?? ? ?? VTVT 142111 ?? ? ?? VTVT所以： 4312VVVV ?因此： 12TT1η ??冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 在相同的兩個熱源之間工作的所有熱機(jī)中，以卡諾 卡諾定理： 熱機(jī)的效率最高 所有工作于兩個同樣熱源之間的可逆熱機(jī)其效率于卡諾熱機(jī)相等且與工作介質(zhì)無關(guān)，而工作于同樣工作于同樣熱源之間的不可逆熱機(jī)其效率小于可逆熱機(jī) 對于循環(huán)工作于兩個熱源之間的任一熱機(jī)都有： 結(jié)論 : 02211 ??TQTQ冶金學(xué)院硅酸鹽教研室 第六節(jié) 熱力學(xué)第二定律及熵 假設(shè)物系經(jīng)過一個任意的可逆循環(huán)過程，用無數(shù)接近 （二）熵的導(dǎo)出 絕熱可逆線將其分割，在兩條絕熱線之間用等溫 可逆線連接（如右圖） 這樣就構(gòu)成許多小的卡
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