高等热力学课件 第2章

1、1,2,所有物质的变化过程都伴随能量的变化 把热力学的方法和理论应用于研究化学现象就产生了化学热力学 化学热力学是化学学科的一个重要分支，可以应用化学热力学的基本原理去预测反应发生的可能性，判断反应进行的方向等,第4章 化学热力学基础,3,4.1 热力学基础知识,4.1.1 系统和环境,系统：研究的对象 环境：系统以外与系统相联系的部分,1）敞开系统：系统与环境之间既有能量交换又有物质交换 2)封闭系统：系统与环境之间没有物质交换,只有能量交换 3)孤立系统: 系统与环境之间既没有物质交换也没有能量交换,4,5,4.1.2 状态和状态函数,状。

2、热力学在阐明无机化学问题中的重要性 用热力学的知识来加深无机化学知识的理解，运用能量变化的规律来阐明一些化学现象，阐明无机物性质及无机反应的规律。 有助于从理论上来定量地讨论化学反应，寻求影响反应进行的因素，指导进行无机合成。,第二章 无机化学热力学 第一节 晶格能及其应用 第二节 溶度积与溶解性,应用实例： C与Si的差异 问题1：为什么碳和硅是同一族的两个元素，但是它们的氧化物的性质相差很大： SiO2 原子晶体， m.p. 1 723 ， b.p. 2 230 ，不溶于水； CO2 分子晶体， m.p. -78.4 ， b.p. -56.2 ， 可溶于水。从原子。

3、热力学第二定律,本章内容,本章内容,Contents,chapter 5,second law of thermodynamics,卡诺定理,引言,会自动发生,不会自动发生,续上,会自动发生,不会自动发生,气体自由膨胀,会自动发生,气体自动收缩,不会自动发生,续上,气体自由膨胀,会自动发生,气体自动收缩,不会自动发生,功转变成热量,会自动发生,热量自行转变成功,不会自动发生,续上,功转变成热量,会自动发生,热量自行转变成功,不会自动发生,各种实际过程进行方向的规律性将用热力学第二定律来表述。,由于摩擦等耗散因素的实际存在，不可能使系统和外界完全复原。因此有关热现象的实际。

4、1.3 气体系统典型过程分析,一、理想气体,微观模型：分子是无体积、碰撞完全弹性的刚性质点。其特征包括:,1. 状态方程： pV=nRT 对理想混合气体: pV=nBRT 道尔顿分压定律：pB=p总xB,2. U、H仅是温度的函数 H=f(T) U=f(T),3. Cp,m ,Cv.m是常数对单原子分子理想气体：Cv,m=3/2R, Cp,m=5/2R对双原子分子理想气体： Cv,m=5/2R, Cp,m=7/2R,可见， Cp,m -Cv,m=R Cp- Cv=nR,4. n mol的理想气体发生任意变温过程,则：H=nCp,m(T2-T1) U=nCv,m(T2-T1),二、理想气体等温过程的Q、W、U、H,U=0 H=0 对于Q、W的值分以下情况讨论：,1. 等温可逆过程：,2. 。

5、1,第十三章 化学热力学基础,Introduction of chemical therdynamics,13-1 概述,13-2 热力学第一定律在化学反应系统的应用,13-3 绝热理论燃烧温度,13-4 化学平衡与平衡常数,13-5 离解与离解度，平衡移动原理,13-6 化学反应方向判据及平衡条件,2,许多能源、动力、化工、环保及人体和生物体内的热、质传递和能量转换过程都涉及到化学反应问题，因此现代工程热力学也包括了化学热力学的一些基本原理。,13-1 概 述,一、化学反应系统 与物理反应系统,研究化学反应过程的能量转换也需选择系统，也可把它们分成闭口系、开口系等，除了系统中包含有。

6、1,第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics,21 热力学第一定律的实质,2-2 热力学能（内能）和总能,23 热力学第一定律基本表达式,24 闭口系基本能量方程式,25 开口系能量方程,2,21 热力学第一定律的实质,一、第一定律的实质能量守恒与转换定律在热现象中的应用。 二、第一定律的表述热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。或： 热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。,3,22 热力学能（内能）和总能,一、热力学能(i。

7、1,第八章 压气机的热力过程,Processes in Compressor,8-1 概述,8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量,8-3 余隙容积的影响,8-4 多级压缩和级间冷却,8-5 叶轮式压气机工作原理,2,压缩气体的用途：动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、 医疗、休闲等。,81 概 述,压头高低,通风机表压0.01MPa以下,鼓风机表压0.10.3MPa,压气机表压0.3MPa以上,3,压气机分类 按工作原理,活塞式压头高，流量小，间隙生产,叶轮式压头低，流量大，连续生产,4,另有罗茨式压气机(Roots blower),等等。,压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环。

8、第 2章 热力学关系与物性2.1 纯物质蒸气压的计算 2.2 纯物质汽化热的计算2.3 偏心因子的求算 2.4 液体摩尔比热容的求算 总目录 下页鹊采壁畅病肉溪缴俩砍灰夕阅辽隆赁棘沦咖柴朴玲满恼困渺犊俩愧霓哆圈第2章热力学关系与物性第2章热力学关系与物性热力学数据是物性数据的重要组成部分，各种热力学性质之间存在着内在的关系 ,这里仅以物质的蒸气压、汽化热和液体比热容等的估算方法为例介绍如何根据热力学关系进行物性数据间的相互求算。2.1 纯物质蒸气压的计算2.1.1 Clapeyron方程Clapeyron方程式为或 第 2章 热力学关系与物性(2-1) (2-2)。

9、1 第八章压气机的热力过程 2 压气机是生产压缩气体的设备 它不是动力机 而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机 压气机中进行的是气体升压过程 不是一个循环 压气机 3 压缩气体的用途 动力机 风动工具 制冷工程 化学工业 潜水作业 医疗 休闲等 压头高低 通风机 表压0 01MPa以下 鼓风机 表压0 1 0 3MPa 压气机 表压0 3MPa以上 4 压气机分类按工作原理 活塞式 压头高 。

10、例如 298.15K，101.325KPa下：,热力学第一定律只能说明：,1、热机和热机效率 （1）热机把通过工质从高温热源吸热、向低温热源放热并对环境作功的循环操作的机器称为热机。 （2）热机效率将在一次循环中，热机对环境所作的功W与其从高温热源吸收的热Q之比称为热机效率。,3.1 卡诺循环,2、卡诺循环,卡诺设想了一理想的热机，以气缸中的理想气体为工质，经过四个可逆步骤构成一个循环。,（1）恒温可逆膨胀,（2）绝热可逆膨胀 Q=0,（3）恒温可逆压缩,（4）绝热可逆压缩,3、卡诺热机的效率 上述四个过程所做的总功为,据理想气体绝热可逆过程, 。

11、流体的p V -T关系,主要内容,流体pVT关系发展概况维里方程立方型状态方程流体的非理想性混合物的pVT行为总结,流体的p V T关系的发展概况,一、理想气体,1662年 Boyle定律,1834年 理想气体状态方程,二、维里方程,Onnes：1901年以一种经验的关系式开发出了维里方程； Ursell：1927年 维里方程的进一步理论发展； Mayer：1937年 维里方程的进一步理论发展,三、立方型状态方程 1873年van der Waals（范德华） 首次提出了能表达从气态到液态连续性的状态方程 ：,对van der Walls方程作了很多改进，其中比较成功地改进包括Redlich和Kwong改进的RK。

12、1,第二章 均匀物质的热力学性质,2,2.1内能、焓、自由能、吉布斯函数及其全微分,一.自由能,1.对于等温条件，由1.16.2，有,引入态函数自由能,有,3,2.最大功原理：系统自由能的减少是在等温过程中从系统所能获得的最大功。,3.若系统只有体积变化功，则在等温等容过程中，系统的自由能永不增加。可逆过程自由能不变，不可逆过程自由能减小，当自由能减小到最小值时，等温等容系统达到平衡态。,4,二.吉布斯函数,1.对于等温等压条件，由1.16.2，有,引入吉布斯函数,对于体积变化功，有,5,2.最大功原理：系统吉布斯函数的减少是在等温等压过程中，。

13、第二章 热力学第一定律,本章重点,本章基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功,本章重点 熟练应用热力学第一定律解决具体问题,21热力学第一定律的实质,功,随物质传递的能量,热量,外界热源,外界功源,外界质源,系统,系统与外界传递的能量,实质,热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用，它确定热力过程中各种能量在量上的相互关系。 在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后能量的总量维持恒定。这种说法称为热力学第一定律。热力学第一定律还可表述为：永动机。

14、工程热力学第2章,第十二章,工程热力学思考题答案,工程热力学第十二章课后答案,工程热力学第5章答案,工程热力学第十一章思考题,工程热力学第十二章,工程热力学第十一章思考题答案,工程热力学第五版第十二章思考题,工热第四章思考题答案,工程热力学沈维道第1章。

15、1,第二章 热力学第一定律 First law of thermodynamics,21 热力学第一定律的实质,2-2 热力学能和总能,23 热力学第一定律基本表达式,24 稳定流动能量方程式的应用,2,21 热力学第一定律的实质,一、第一定律的实质能量守恒与转换定律在热现象中的应用。,能量守恒与转换定律:,自然界中一切物质都具有能量。能量既不可能被创造，也不可能被消灭，而只能从一种形式转变成另一种形式。在转换的过程中，能的总量保持不变。,是十九世纪的三大发现之一，是辩证唯物主义的科学基础之一。,3,二、第一定律的表述,热是能的一种，机械能变热能，或热能变。

16、教学要点：,第二章 化学热力学基础和化学平衡,1.了解 U、H、S、G 四个热力学函数的意义及相互关系,2.理解系统、环境、状态、状态函数、恒容热、恒压热、化学平衡等概念。,3.理解热力学第一定律和盖斯定律，掌握有关的计算。,5.掌握吉布斯一亥姆霍兹方程及其应用。,4. 掌握有关热力学函数变的计算，根据热力学函数进行反应自发性的判断。,6. 掌握影响化学平衡的因素及有关化学平衡的计算。,化学热力学：,主要解决化学反应中的三个问题： 化学反应中能量的转化 化学反应的方向性 反应进行的程度,应用热力学的基本原理研究化学反应的能量转化。

17、1,热力学第二定律 The second law of thermodynamics,2,3,一、自发过程的方向性,自发过程：不需要任何外界作用 而自动进行的过程。,热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势,4,归纳：1）自发过程有方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。,能量转换方向性的实质是能质有差异,能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件补偿过程,5,二、第二定律的两种典型表述,1.克劳修斯叙述热量不可能自发地不花代价地从低温 物体传。

18、第二章 由体积数据求得的热力学性质,与相平衡有关的所有热力学都能由热和体积的测定计算出来。 对于一个指定的相，热的测定（热容）给出了热力学性质如何随温度变化的信息，而体积的测定则给出了热力学性质在恒温下随压力（或密度）而变化的信息。无论何时发生了相变化（如熔化或蒸发）都需要另外的热和体积的测定。 逸度是一个非常重要的热力学函数，它直接与化学位有关。但化学位与Gibbs自由能和pVT性质有关。 本章主要的内容包括： （1）以T和p为独立变量的热力学性质； （2）以T和V为独立变量的热力学性质,以T和p为独立变量的热力学性。