工程熱力學(xué)第13章.ppt

1、第1，13章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)，化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)，13-1概述，13-2熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，13-3絕熱理論燃燒溫度，13-4化學(xué)平衡和平衡常數(shù)，13-1是1，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)和物理反應(yīng)系統(tǒng)，化學(xué)反應(yīng)過程的能量轉(zhuǎn)換研究也要選擇系統(tǒng)，并且除了系統(tǒng)包含化學(xué)反應(yīng)以外，其他概念也與前一節(jié)相同，分為封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)等。3，決定系統(tǒng)平衡狀態(tài)的獨立狀態(tài)參數(shù)只有2個。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，參與反應(yīng)的物質(zhì)的成分或濃度也可能發(fā)生變化，因此決定平衡狀態(tài)往往需要兩個以上的獨立參數(shù)，因此化學(xué)反應(yīng)過程可以在一定溫度靜壓和一定溫度定額等條件下進(jìn)行。2 .反應(yīng)熱和操作，1 .獨立狀態(tài)參數(shù)，反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)中事物與外界交

2、換的熱量。向外釋放熱量的反應(yīng)過程稱為放熱反應(yīng)，吸熱；外部吸收熱的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，發(fā)熱反應(yīng)是負(fù)值。表達(dá)式的系數(shù)根據(jù)質(zhì)量守平衡，反應(yīng)前后的原子數(shù)是常數(shù)，稱為化學(xué)計量系數(shù)“立體計量效率”。例如：燃燒氫生成水的反應(yīng)是熱反應(yīng)乙炔的生成反應(yīng)是吸熱反應(yīng)：4，反應(yīng)熱不僅與反應(yīng)物的秒和最終狀態(tài)有關(guān)，還與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程有關(guān)。工作，總工作，努力，卷工作，卷工作不可用，系統(tǒng)外部工作積極，系統(tǒng)外部消極工作，3。熱力學(xué)能量，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)熱力學(xué)是化學(xué)內(nèi)能(也稱為化學(xué)能量)，4。物質(zhì)的數(shù)量，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)物質(zhì)的楊怡增加、減少或不變。不是質(zhì)量，而是在反應(yīng)物中與外部交換的操作，包括體積變化力、電力以及磁力和其他特性的反作用力操作：

3、5，2，可逆過程和非可逆過程，完成任何包含化學(xué)反應(yīng)的過程后，反方向進(jìn)行該過程，將事物和外部完美還原到原始狀態(tài)，不留下任何變化的理想過程是可逆過程。所有包含化學(xué)反應(yīng)的實際過程都是不可逆轉(zhuǎn)的，可逆過程是理想的極限。在幾種特殊條件下的化學(xué)反應(yīng)，如蓄電池的放電和充電，接近可逆，但像燃燒反應(yīng)一樣，是一個強不可逆的過程。如果在化學(xué)反應(yīng)中凈反應(yīng)能努力，則必須在反反應(yīng)中由外部反應(yīng)物啟動?？赡鏁r正向反應(yīng)與符號相反時要加的絕對值發(fā)揮相同的合力?？赡嫘哉磻?yīng)要做最多的努力，反反應(yīng)要輸入最小的絕對值。6，13-2熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)用，熱力學(xué)第一定律是一般定律，也適用于有化學(xué)反應(yīng)的過程，是對化學(xué)過程進(jìn)行能

4、量平衡分析的理論基礎(chǔ)。第一，熱力學(xué)第一定律分析公式，反應(yīng)熱，體積工作，學(xué)習(xí)，實際化學(xué)反應(yīng)過程大部分保持在溫度和體積或溫度和壓力幾乎不變。上述公式稱為，7，恒溫恒壓反應(yīng)，熱力學(xué)第一定律的分析公式，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，化學(xué)反應(yīng)是可逆的還是非可逆的，都可以應(yīng)用。8，第二，反應(yīng)的熱效應(yīng)和反應(yīng)焓，反應(yīng)在固定溫度或固定溫度恒壓下不可逆，這種反應(yīng)熱稱為反應(yīng)的不可逆度最高。固定容量熱效應(yīng)QV，固定壓力熱效應(yīng)Qp，反應(yīng)焓-固定溫度固定壓力反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)前后系統(tǒng)的焓差相同，用h表示。，1 .固定容量熱效應(yīng)和固定壓力熱效應(yīng)，9，2QV與Qp的關(guān)系，調(diào)查物分別通過相同初始狀態(tài)的固定溫度和固定溫度調(diào)節(jié)過程完成相同的

5、化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物和產(chǎn)物都可以用理想氣體來測量，反應(yīng)前后物質(zhì)量的變化，n，0，n=0，熱效應(yīng)是固定溫度反應(yīng)中不努力學(xué)習(xí)時的反應(yīng)熱，是狀態(tài)量、3熱效應(yīng)和反應(yīng)熱的異同、10、3、標(biāo)準(zhǔn)熱效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)熱效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=101 325 Pa，t=298.15 K)下的熱效應(yīng)。四、燃燒熱和熱值；Caloric value)、燃燒熱Hc 1 mol燃料完全燃燒時的熱效應(yīng)通常是燃料燃燒熱、熱值QW燃燒熱的絕對值、高熱值產(chǎn)物(例如，H 2O是液體，低熱值形成焓Hf (enthal of formation，enthal of formation)是在給定溫度恒壓下生成的熱(即給定溫度恒壓下元素(或元素)合成的1m

6、ol化合物的熱效應(yīng))。)，熱1 mol化合物分解為單一物質(zhì)時的熱效應(yīng)。創(chuàng)建列與分解列的絕對值相同，符號相反，是標(biāo)準(zhǔn)“生成焓”(standard enthalpy of formation)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的創(chuàng)建列。穩(wěn)定元素或元素的標(biāo)準(zhǔn)焓規(guī)定為0。標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的燃燒熱，12，Hm=H0f H，標(biāo)準(zhǔn)生成焓，焓，物理過程的焓差取決于狀態(tài)變化。所以理想氣體的工作流體任意溫度t的摩爾焓，13，5，赫斯定律，1)使用赫斯定律或熱效應(yīng)是狀態(tài)的量，反應(yīng)前后的物質(zhì)種類計時時，熱效應(yīng)取決于反應(yīng)前后的狀態(tài)。與中間的反應(yīng)路徑無關(guān)的赫斯定律，燃燒碳時會產(chǎn)生二氧化碳，因此不能直接測量反應(yīng)的熱效應(yīng)，但根據(jù)赫斯定律，可以通過接

7、下來兩種反應(yīng)的熱效應(yīng)間接得到，14，赫斯定律，反應(yīng)熱效應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)物，反應(yīng)物。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，例如a 4931441，16，6，基爾霍夫定律，任意溫度t下的靜壓熱效應(yīng)，赫斯定律或狀態(tài)參數(shù)的特性表明，產(chǎn)物和反應(yīng)物在靜壓加熱和冷卻過程中焓的變化與化學(xué)反應(yīng)無關(guān)，通過標(biāo)準(zhǔn)生成的焓數(shù)據(jù)計算，17，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是理想氣體的話，18，平均摩爾熱容量，表示溫度變化時反應(yīng)熱效應(yīng)的關(guān)系。也就是說，僅取決于產(chǎn)物系統(tǒng)和反應(yīng)物系統(tǒng)的總熱容量總和的差異。示例a 4931442，19，13-3絕熱理論燃燒溫度，第一過?？諝獬隼碚擄L(fēng)量的部分；“超額空氣系數(shù)”(percentage of excess air，percen

8、tage of theoretical air)實際空氣量與理論空氣量的比率。不參與燃燒空氣中的氮，不參與反應(yīng)的過多氧氣以與燃燒產(chǎn)物相同的溫度離開燃燒裝置，因此不參與燃燒反應(yīng)，但會影響燃燒過程。空氣大約由21毫升的氧氣和79氮組成，一摩爾氧和3.76摩爾氮組成。，20，如果將空氣用作氧化劑，則是甲烷的理論燃燒反應(yīng)式，如果有過?？諝庀禂?shù)，則是甲烷的完全燃燒反應(yīng)式，其次是絕熱的理論燃燒溫度，通常燃燒反應(yīng)釋放熱量，燃燒產(chǎn)物的溫度也會上升。燃燒反應(yīng)在接近隔熱的狀態(tài)下進(jìn)行，物體的動能和位置變化可以忽略，也可以沒有對外學(xué)習(xí)，假設(shè)燃燒完全，燃燒產(chǎn)生的熱量都用于加熱燃燒產(chǎn)物本身，此時燃燒產(chǎn)物可以達(dá)到的最高溫度

9、稱為“絕熱理論燃燒溫度”，用Tad表示。示例a 493271，21，點a的總焓與Tad相關(guān)，其值等于點1處反應(yīng)物的總焓。根據(jù)赫蘇斯的定律，產(chǎn)物的焓差，反應(yīng)物的焓差，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的反應(yīng)熱效應(yīng)，所以T1可以求出Tad，計算可能需要測試算法。絕熱理論燃燒溫度Tad，示例a 4932071，22，13-4化學(xué)平衡和平衡常數(shù)，一，濃度，濃度，物質(zhì)量，mol，物質(zhì)體積，m3。反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體物質(zhì)物質(zhì)物質(zhì)體系的總體積。化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)是，部分反應(yīng)物在一個方向上全部消失，在正反兩個方向上同時進(jìn)行。第二，正向和反向反應(yīng)，表示反應(yīng)物g的類型b，表示產(chǎn)物r，23，3，化學(xué)反應(yīng)的速度，化學(xué)反應(yīng)的速度單位時間內(nèi)反應(yīng)物質(zhì)

10、濃度的變化率，特定反應(yīng)物質(zhì)的濃度，時間，化學(xué)反應(yīng)的瞬時速度，在反應(yīng)開始時，b，d，g，r都存在一定的量，即各自存在一定濃度，從左到右設(shè)置的反應(yīng)(稱為正向反應(yīng))的速度大于相反方向的反應(yīng)速度，則總結(jié)果從左到右進(jìn)行。此時，b，d仍然可以說是反應(yīng)物，g，d是產(chǎn)物。24，化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量作用規(guī)律指出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行的溫度恒定時，化學(xué)反應(yīng)的速度與反應(yīng)發(fā)生的所有反應(yīng)物濃度的乘積成正比。4，化學(xué)反應(yīng)常數(shù)KC，正向反應(yīng)速度w1和w2，反應(yīng)初始設(shè)置w1 w2 w2，總結(jié)果，反應(yīng)從左到右進(jìn)行。隨著進(jìn)程的推進(jìn)，w1逐漸減少，w2逐漸增加。當(dāng)W1=w2時，達(dá)到化學(xué)平衡。達(dá)到化學(xué)平衡的物質(zhì)體系中的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度不再隨時間變化，而是保持不變。化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡，此時正向和反向反應(yīng)沒有