物理化學(xué):第二章 總結(jié)、習(xí)題_第1頁(yè)
物理化學(xué):第二章 總結(jié)、習(xí)題_第2頁(yè)
物理化學(xué):第二章 總結(jié)、習(xí)題_第3頁(yè)
物理化學(xué):第二章 總結(jié)、習(xí)題_第4頁(yè)
物理化學(xué):第二章 總結(jié)、習(xí)題_第5頁(yè)
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1、華東理工大學(xué)East China University of Science And Technology第二章第二章總結(jié)、習(xí)題總結(jié)、習(xí)題1、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第二定律 克勞修斯克勞修斯:熱從低溫物體傳給高溫物體而不產(chǎn):熱從低溫物體傳給高溫物體而不產(chǎn)生其它變化是不可能的。生其它變化是不可能的。 開(kāi)爾文開(kāi)爾文:從一個(gè)熱源吸熱,使之完全轉(zhuǎn)化為功,:從一個(gè)熱源吸熱,使之完全轉(zhuǎn)化為功,而不產(chǎn)生其它變化是不可能的。而不產(chǎn)生其它變化是不可能的。2、可逆過(guò)程、可逆過(guò)程 無(wú)限接近平衡并且沒(méi)有摩擦力的條件下進(jìn)無(wú)限接近平衡并且沒(méi)有摩擦力的條件下進(jìn)行的過(guò)程。行的過(guò)程。一、基本概念一、基本概念判斷判斷 pVT 變

2、化是否是可逆過(guò)程?變化是否是可逆過(guò)程? 熱平衡熱平衡 T=T環(huán)環(huán) 力平衡力平衡 p=p外外 絕熱過(guò)程?力平衡絕熱過(guò)程?力平衡判斷相變化是否是可逆過(guò)程?判斷相變化是否是可逆過(guò)程? 初終狀態(tài)均在平衡線上,初終狀態(tài)均在平衡線上, 且必須是恒溫恒壓過(guò)程且必須是恒溫恒壓過(guò)程如可逆氣液相變化過(guò)程如可逆氣液相變化過(guò)程 T,pT*正常沸點(diǎn)(熔點(diǎn)),水的正常冰點(diǎn)等均指正常沸點(diǎn)(熔點(diǎn)),水的正常冰點(diǎn)等均指 101325Pa條件下的平衡溫度。條件下的平衡溫度。 3、卡諾循環(huán)和卡諾定理、卡諾循環(huán)和卡諾定理 AB:恒溫可逆膨脹:恒溫可逆膨脹 BC:絕熱可逆膨脹:絕熱可逆膨脹 CD:恒溫可逆壓縮:恒溫可逆壓縮 DA:絕熱

3、可逆壓縮:絕熱可逆壓縮 所有工作于兩個(gè)溫度一定的熱源之間的熱機(jī),所有工作于兩個(gè)溫度一定的熱源之間的熱機(jī),以可逆熱機(jī)的熱機(jī)效率為最大。以可逆熱機(jī)的熱機(jī)效率為最大。1121RRRRQWTTT 的的種種類類無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)。與與介介質(zhì)質(zhì)及及其其變變化化則則之之間間有有二二可可逆逆熱熱機(jī)機(jī)若若推推論論:,、環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)環(huán)121121BRAR21BATTTTTTTT 4、克勞修斯不等式、克勞修斯不等式(熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式)(熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式) BATQ-S 0d 環(huán)環(huán) 0dd 環(huán)環(huán)TQ-S5、焦耳實(shí)驗(yàn)、焦耳實(shí)驗(yàn)i.g的的U和和H僅是溫度的函數(shù)。僅是溫度的函數(shù)。0 TTpUVU0 TTpH

4、VH6、焦耳、焦耳-湯姆遜效應(yīng)(節(jié)流過(guò)程)湯姆遜效應(yīng)(節(jié)流過(guò)程)實(shí)際氣體,多孔塞兩邊有壓差實(shí)際氣體,多孔塞兩邊有壓差 p1p2恒焓過(guò)程恒焓過(guò)程 H0焦耳焦耳-湯姆遜系數(shù):湯姆遜系數(shù): = defJTHpT 注意:節(jié)流過(guò)程注意:節(jié)流過(guò)程p下降,下降,dp0。 100,101.325kPa的的1mol He與與0,101.325kPa的的0.5molO2按下面(如圖所示)兩種方按下面(如圖所示)兩種方式混合,試求混合后的溫度。設(shè)式混合,試求混合后的溫度。設(shè)He和和O2均可視為均可視為理想氣體。理想氣體。opop (1)打開(kāi)考克打開(kāi)考克 (2)通過(guò)多孔塞通過(guò)多孔塞 1mol He 0.5molO2

5、100 0 1mol He 0.5mol O2 100 0 opopopop 1mol He 0.5mol O2 100 0 解:解: 7、能斯特?zé)岫ɡ?、能斯特?zé)岫ɡ懋?dāng)溫度趨于當(dāng)溫度趨于0K時(shí),凝聚系統(tǒng)中恒溫過(guò)程的熵變趨于零。時(shí),凝聚系統(tǒng)中恒溫過(guò)程的熵變趨于零。普朗克假設(shè):普朗克假設(shè):0K時(shí),純固體和純液體的熵值等于零。時(shí),純固體和純液體的熵值等于零。路易斯和吉布遜的修正:路易斯和吉布遜的修正:0K時(shí),純物質(zhì)完美晶體的熵值等于零。時(shí),純物質(zhì)完美晶體的熵值等于零。8、熱力學(xué)第三定律、熱力學(xué)第三定律 當(dāng)溫度趨于當(dāng)溫度趨于0K,系統(tǒng)中所有處于內(nèi)部平衡的狀態(tài)之,系統(tǒng)中所有處于內(nèi)部平衡的狀態(tài)之間,熵變趨

6、于零。間,熵變趨于零。9、 標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵)K0()()(- om- om- omSTSTS B- omB- omr(B)SvS克勞修斯不等式和可逆性判據(jù):克勞修斯不等式和可逆性判據(jù): BATQ-S 0d 環(huán)環(huán) BAQST 0d 環(huán)環(huán) 0dd 環(huán)環(huán)TQ-S 0dd Q-ST環(huán)環(huán) 二、重要公式二、重要公式克勞修斯不等式的條件公式:克勞修斯不等式的條件公式:熵增原理:熵增原理:0dd0 , WVUSS孤立孤立0d0 QS00 QS絕絕熱熱可可逆逆過(guò)過(guò)程程孤立系統(tǒng)的熱力學(xué)能是守恒的。孤立系統(tǒng)的熱力學(xué)能是守恒的。 (對(duì),錯(cuò))(對(duì),錯(cuò))(對(duì)對(duì))恒溫過(guò)程:恒溫過(guò)程:0dd W-AT恒溫恒容,且不做非

7、體積功的過(guò)程:恒溫恒容,且不做非體積功的過(guò)程: 0 0d0 ,0 , WVTWVTAA恒溫恒壓,且不做非體積功的過(guò)程:恒溫恒壓,且不做非體積功的過(guò)程: 0 0d0 ,0 , WpTWpTGGRTWA (克勞修斯不等式及其條件公式適用于(克勞修斯不等式及其條件公式適用于pVT變化、相變化、相變化、化學(xué)變化等一切宏觀過(guò)程的可逆性判斷。)變化、化學(xué)變化等一切宏觀過(guò)程的可逆性判斷。)可逆相變化可逆相變化00 , WpTG熱力學(xué)基本方程熱力學(xué)基本方程-狀態(tài)方程狀態(tài)方程適用條件:沒(méi)有化學(xué)變化因而組成恒定不變的均相封閉系適用條件:沒(méi)有化學(xué)變化因而組成恒定不變的均相封閉系統(tǒng),并且不考慮除壓力以外的其它廣義力。

8、統(tǒng),并且不考慮除壓力以外的其它廣義力。(pVT變化)變化)VpSTUddd pVSTHddd VpTSAddd pVTSGddd U、H、S 隨隨T的變化的變化。m,m, , ppVVnCTHnCTU , m,m,TnCTSTnCTSppVV pVTSGddd pTTVpS VpTSAddd VTTpVS pVSTHddd pSSVpT VpSTUddd VSSpVT 麥克斯韋關(guān)系式麥克斯韋關(guān)系式pVSTHddd TTTVpVVSTVH TVTVpVTpTVH 證明題:證明題:注意寫明公式來(lái)源注意寫明公式來(lái)源證:證:TVTVpVTpTVH 根據(jù)麥克斯韋關(guān)系式根據(jù)麥克斯韋關(guān)系式VTTpVS 1m

9、ol理想氣體的理想氣體的 在在0.1MPa、300K條件下等于條件下等于 0.024944 m3 。對(duì)于均相純物質(zhì)系統(tǒng),對(duì)于均相純物質(zhì)系統(tǒng), -1 。(1、0、1) TpG) / ( pnRTVpGpVTSGT ddd SUVUVVSSU 各類過(guò)程中熱力學(xué)函數(shù)的變化各類過(guò)程中熱力學(xué)函數(shù)的變化(適用條件:沒(méi)有化學(xué)變化因而組成恒定不變的均相(適用條件:沒(méi)有化學(xué)變化因而組成恒定不變的均相封閉系統(tǒng),并且不考慮除壓力以外的其它廣義力。封閉系統(tǒng),并且不考慮除壓力以外的其它廣義力。對(duì)于對(duì)于 rg, idg, l, s都適用。都適用。)pVT變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化VpSTUddd pVS

10、THddd VpTSAddd pVTSGddd ),(VSUU ),(VTUU 要求各組分?jǐn)?shù)量恒定,即()要求各組分?jǐn)?shù)量恒定,即()nj上述方程對(duì)于上述方程對(duì)于 rg, idg, l, s都適用,無(wú)需記,會(huì)證明即可。都適用,無(wú)需記,會(huì)證明即可。VpTSAddd STUAVpATT dd pVTSGddd STHGpVGTT dd d dd d =dm,VTpTTnCVVSTTSSVVTV d dd d =dm,pTVTTnCppSTTSSppTp d +d= d d =d m,VpTpTTnCVVUTTUUVVTV d+ +dd d =d m,pVTVTTnCppHTTHHppTp 理想氣體理

11、想氣體 pVT 變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化 dd- om,TnCUV d=d- om,TnCHp d dd+ d=d- om,- om,ppnRTTnCVVnRTTnCSpV ppnRTVVnRTGATTd=d=d=d - om,- om,RCCVp 求理想氣體的恒溫、絕熱等任意求理想氣體的恒溫、絕熱等任意pVT變化中熱力學(xué)函變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化時(shí),均是使用上述公式(數(shù)的變化時(shí),均是使用上述公式(狀態(tài)方程狀態(tài)方程)進(jìn)行計(jì)算。)進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)于理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程,必須求終對(duì)于理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程,必須求終態(tài)溫度態(tài)溫度T2,才能求出熱力學(xué)函數(shù)的變化,而

12、且求,才能求出熱力學(xué)函數(shù)的變化,而且求T2時(shí),絕熱時(shí),絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程所應(yīng)用的方程不同。可逆和絕熱不可逆過(guò)程所應(yīng)用的方程不同。包括教材習(xí)題包括教材習(xí)題7、8、9、10(1)理想氣體的理想氣體的絕熱可逆過(guò)程方程絕熱可逆過(guò)程方程常常數(shù)數(shù) TV1 常數(shù)常數(shù) pV常常數(shù)數(shù) Tp1 (2)理想氣體的理想氣體的絕熱不可逆過(guò)程絕熱不可逆過(guò)程 VpTTnCWUV 外外12m,理想氣體絕熱過(guò)程中終態(tài)溫度理想氣體絕熱過(guò)程中終態(tài)溫度T2的計(jì)算方程:的計(jì)算方程: WTTnCUV 12m,邏輯推理:邏輯推理:對(duì)于對(duì)于ig的的絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程,分別應(yīng)用不同,分別應(yīng)用不同公式求出終態(tài)

13、溫度公式求出終態(tài)溫度T2知識(shí)點(diǎn)竅:知識(shí)點(diǎn)竅:理想氣體的任意理想氣體的任意pVT變化過(guò)程(包括恒溫可逆、絕熱變化過(guò)程(包括恒溫可逆、絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程等)直接代入理想氣體的可逆和絕熱不可逆過(guò)程等)直接代入理想氣體的pVT變化過(guò)程中變化過(guò)程中熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算公式。熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算公式。4.461molmol2 .2733145. 810101025.101333 RTpVn -23.33kJJ10ln2 .2733145. 8461. 4lnddd12 VVnRTVVnRTVpVpW外外kJ33.23, 0 WQHU -1-121KJ41.85KJ10ln3145. 8461. 4l

14、n ppnRSkJ33.23 RWGA (1) 333111212m03980. 0m101010,667. 12325 VppVK7 .108K3145. 8461. 43980. 0101325222 nRVpTkJ152. 9)(12m, TTnCUVkJ25.15)(12m, TTnCHp0kJ,152. 9, 0 SUWQ(2)WUQ , 0 K8 .1745 . 26 . 112112212m, TTpnRTpnRTpTTnCV外外kJ475. 5)(12m, TTnCUVkJ124. 9)(12m, TTnCHpkJ475. 5 UW-12112m,KJ44lnln ppnRTT

15、nCSp(3) 112212)(dpnRTpnRTpVVpVpW外外外外外外例:初態(tài)為例:初態(tài)為0.50mol,27.0,10.0dm3的的N2(g),經(jīng),經(jīng)恒溫恒溫可逆壓縮可逆壓縮至體積至體積1dm3,然后再,然后再絕熱可逆膨脹絕熱可逆膨脹,使終態(tài)體,使終態(tài)體積恢復(fù)到積恢復(fù)到10dm3。試求整個(gè)過(guò)程的。試求整個(gè)過(guò)程的 。設(shè)設(shè)N2(g)可視為理想氣體,可視為理想氣體, 。SHUWQ ,RCV25m, 解:解:(1) 恒溫可逆過(guò)程:恒溫可逆過(guò)程: 01 U01 HJ10873. 2J101ln2 .300314. 850. 0311 WQ111JK57. 9d TQTQTQSRR121lnddd

16、VVnRTVVnRTVpVpW 外外(2) 絕熱可逆過(guò)程:絕熱可逆過(guò)程: ,27m,RCp ,25m,RCV 4 . 1 212111TVTV K,5 .1192 T, 02 S022 RQQ)2 .3005 .119(2550. 0m,2 RTnCWUVRJ10877. 13 )2 .3005 .119(275 . 0m,2 RTnCHpJ10629. 23 kJ873. 2 QkJ995. 0 WkJ877. 1 UkJ629. 2 H1JK57. 9 S 還可直接利用公式求還可直接利用公式求 總總S 112m,1212m,JK57. 9lnlnln TTnCVVRTTnCSVV總總總:總

17、:邏輯推理邏輯推理:計(jì)算全過(guò)程的計(jì)算全過(guò)程的 時(shí),可將全過(guò)程時(shí),可將全過(guò)程的的初終狀態(tài)直接代入理想氣體的初終狀態(tài)直接代入理想氣體的pVT變化過(guò)程中熱力學(xué)函數(shù)變化變化過(guò)程中熱力學(xué)函數(shù)變化的公式計(jì)算。的公式計(jì)算。或或分別算出每個(gè)實(shí)際過(guò)程的熱力學(xué)函數(shù)的變化,分別算出每個(gè)實(shí)際過(guò)程的熱力學(xué)函數(shù)的變化,再加和。求全過(guò)程的再加和。求全過(guò)程的體積功體積功時(shí),時(shí),不能設(shè)計(jì)過(guò)程不能設(shè)計(jì)過(guò)程,必須根據(jù)定,必須根據(jù)定義式對(duì)實(shí)際過(guò)程的各步驟的功加和。義式對(duì)實(shí)際過(guò)程的各步驟的功加和。知識(shí)點(diǎn)竅:知識(shí)點(diǎn)竅:理想氣體連續(xù)的多種理想氣體連續(xù)的多種pVT變化過(guò)程(包括恒溫、恒變化過(guò)程(包括恒溫、恒容、絕熱過(guò)程)容、絕熱過(guò)程)SHU

18、 、注意讀題:計(jì)算全過(guò)程及各步驟?注意讀題:計(jì)算全過(guò)程及各步驟? STHGSTUA 初終態(tài)的溫度相同初終態(tài)的溫度相同理想氣體的混合過(guò)程理想氣體的混合過(guò)程包括教材習(xí)題包括教材習(xí)題11、12)ln()ln(00)ln()ln(B1B2BA1A2AB2B1BA2A1ABAmixppRTnppRTnSTGAHUppRnppRnSSS 恒溫混合恒溫混合 在恒溫下,在恒溫下,1mol體積為體積為V的的N2與與1mol體積為體積為V的的Ar混合混合成為體積為成為體積為V的混合氣體,其的混合氣體,其S 。 在恒溫下,在恒溫下,1mol體積為體積為V的的N2與與1mol體積為體積為V的的Ar混合混合成為體積為成

19、為體積為2V的混合氣體,其的混合氣體,其S 。解:解:0 11.5J.K-1 1molCO2 自自20、0.3040 MPa、7878cm3 反抗反抗恒定恒定的的0.101325 MPa 外壓恒溫外壓恒溫膨脹至膨脹至0.101325MPa 、 23920cm3 。試。試求此過(guò)程的求此過(guò)程的 , , , 。已知。已知CO2在在20、 0.3040 MPa下下節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹至至0.101325 MPa時(shí)的溫度為時(shí)的溫度為17.72;在;在0.101325 MPa下及下及20附近其附近其 U H QW11m,molKJ 07.37 pCT1 p1 V1p外外=常數(shù)常數(shù)T1 p2 V2T2 p2 V

20、3H1=0節(jié)流過(guò)程節(jié)流過(guò)程H2恒壓變溫過(guò)程恒壓變溫過(guò)程H實(shí)際氣體的計(jì)算實(shí)際氣體的計(jì)算 J 1625=J 1078782392010101325. 0d66 VpVpW外外外外 J 84.5=J 72.172007.3710m,21 TnCHHHp J 55.7=J 78783040. 023920101325. 05 .84 pVHU J 1681=J 16257 .55 WUQ解:解:K2 .2982 T0 U0 H112molJ48.17182ln2 .298314. 81ln VVnRTW1molJ48.1718 WQ0 Q0 W0 U0 HK2 .2982 T 2p解:(解:(1)終態(tài)

21、壓力)終態(tài)壓力p20.5MPa,溫度,溫度(2) 終態(tài)壓力終態(tài)壓力0.5MPa。 壓力為壓力為4MPa、溫度為、溫度為350K的的1mol理想氣體,理想氣體,經(jīng)過(guò)節(jié)流過(guò)程至終態(tài)壓力經(jīng)過(guò)節(jié)流過(guò)程至終態(tài)壓力2MPa。試求該過(guò)程的。試求該過(guò)程的Q、W、U、H、A、G、S。J2017J.K763. 542ln3145. 81ln00000112 STAGppnRSWUTHQ, ,于是,于是由于是理想氣體,則由于是理想氣體,則解:解:相變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化相變化中熱力學(xué)函數(shù)的變化可逆相變化可逆相變化-恒溫恒壓過(guò)程,恒溫恒壓過(guò)程,包括教材習(xí)題包括教材習(xí)題14,16 不可逆相變化不可逆相變化-以可逆相變化

22、作為橋梁,設(shè)計(jì)過(guò)程以可逆相變化作為橋梁,設(shè)計(jì)過(guò)程 。包括教材習(xí)題包括教材習(xí)題15,16,17,18,25注意:狀態(tài)函數(shù)變化的計(jì)算可以設(shè)計(jì)過(guò)程,但注意:狀態(tài)函數(shù)變化的計(jì)算可以設(shè)計(jì)過(guò)程,但W、Q不能設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)算,必須根據(jù)實(shí)際過(guò)程計(jì)算。不能設(shè)計(jì)過(guò)程計(jì)算,必須根據(jù)實(shí)際過(guò)程計(jì)算??赡嫦嘧兓^(guò)程:可逆相變化過(guò)程: 初終狀態(tài)均在平衡線上,初終狀態(tài)均在平衡線上, 且必須是恒溫恒壓過(guò)程且必須是恒溫恒壓過(guò)程)()( HHHQ 相相變變相相變變 )()( VVpVpW 相相變變相相變變 VpHWHU相變相變相變相變相變相變相變相變相變相變 /THTQS相相變變相相變變相相變變 相相變變相相變變WA 0 G相相變變可

23、可逆逆相相變變化化在在5的環(huán)境中,將的環(huán)境中,將0、101325Pa的水凝固成的水凝固成0、101325Pa的冰,則此過(guò)程的的冰,則此過(guò)程的G = 0。 (、=、) 解題思路解題思路:(:(1)和()和(2)過(guò)程的初終態(tài)相同,所以狀)過(guò)程的初終態(tài)相同,所以狀態(tài)函數(shù)的變化相同。態(tài)函數(shù)的變化相同。kJ 60.40mvap HnHQ kJ 3.057kJ 1010)1000.1819.30(101325(l)(g)333mm nVnVpWkJ 54.37 WQU 113KJ 8 .108KJ 2 .3731060.40 THSkJ 3.057 RWA0 G 解:解: (1) 該過(guò)程是一個(gè)恒溫恒壓只做

24、體積功的可逆過(guò)程該過(guò)程是一個(gè)恒溫恒壓只做體積功的可逆過(guò)程GASHU 、0 WkJ 54.37 UQ(2) 與與(1)相同相同 例:正丁醇例:正丁醇C4H10O在在正常沸點(diǎn)正常沸點(diǎn)117.8時(shí)的摩爾蒸發(fā)焓時(shí)的摩爾蒸發(fā)焓為為 。若有。若有2mol,117.8,101325Pa的的C4H10O(l)在恒定外壓在恒定外壓0.05Mpa下下恒溫蒸發(fā)恒溫蒸發(fā)為為101325Pa的的蒸氣,試求此過(guò)程的蒸氣,試求此過(guò)程的 。(設(shè)液體的體積可略,蒸氣為理想氣體)(設(shè)液體的體積可略,蒸氣為理想氣體)-1mol3.8kJ4 GASHUWQ ,正丁醇正丁醇(l),117.8 2mol,101325Pa正丁醇正丁醇(g

25、),117.8 2mol,101325PaMPa05. 0 外外p解題思路:解題思路:這是外壓和系統(tǒng)壓力不等的相變化,是這是外壓和系統(tǒng)壓力不等的相變化,是不可逆相變不可逆相變化過(guò)程化過(guò)程,但系統(tǒng)的初終狀態(tài)的溫度、壓力均處于平衡線上,因,但系統(tǒng)的初終狀態(tài)的溫度、壓力均處于平衡線上,因此可設(shè)計(jì)此可設(shè)計(jì) 的恒溫恒壓的可逆相變化過(guò)程,求的恒溫恒壓的可逆相變化過(guò)程,求pp 外外GASHU ,Pa101325 外外p設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程 glg)(VpVVpW外外外外 kJ6 .87kJ8 .4322mvap HHkJ1 .81kJ)100 .391314. 826 .87()(3 pVHU kJ3 .84k

26、J)21. 3(1 .81 WUQ1KJ224 THSkJ5 . 6 STUA0 G kJ21. 3J1013250 .391314. 821005. 06 例:例:1molH2O(g)在在101325Pa下,從下,從150冷卻變成冷卻變成20的的H2O(l),試求其,試求其 。已知。已知H2O(l)的的比熱容比熱容為為 ,100H2O(l)的蒸發(fā)焓為的蒸發(fā)焓為 ,H2O 的 摩 爾 質(zhì) 量 為的 摩 爾 質(zhì) 量 為 。設(shè)設(shè) 。 11gK.184J4 S 1g256J2 1mol8.02g1 112m,molKJ21.30)gO,H( pC解題思路解題思路:該題是求:該題是求150氣態(tài)水變成氣

27、態(tài)水變成20液態(tài)水的液態(tài)水的相變化過(guò)程的相變化過(guò)程的 ,該相變化是,該相變化是不可逆相變化過(guò)程不可逆相變化過(guò)程,首先確定系統(tǒng)的初終狀態(tài),然后利用已知條件首先確定系統(tǒng)的初終狀態(tài),然后利用已知條件100水的蒸發(fā)焓,在系統(tǒng)的初終狀態(tài)間設(shè)計(jì)過(guò)程求水的蒸發(fā)焓,在系統(tǒng)的初終狀態(tài)間設(shè)計(jì)過(guò)程求 ,它由三步它由三步可逆的子過(guò)程(氣態(tài)水和液態(tài)水的恒壓可逆可逆的子過(guò)程(氣態(tài)水和液態(tài)水的恒壓可逆變溫,水的可逆相變化)變溫,水的可逆相變化)組成。組成。 注意熱容的單位!注意熱容的單位!S S K 15.4231 TK 15.2933 TK 15.3732 TK 15.3732 T1S 2S 3S S H2O(g)H2O

28、(l)101325Pa101325PaH2O(g)101325PaH2O(l)101325Pa 212121dddm,RTTpTTpTTTTnCTQTQS /THS相相變變相相變變 11K 15.373K 423.15m,1KJ 799. 3KJ 15.42315.373ln21.30d 30.211g)d(21 TTTTnCSTTp112vap2KJ 9 .108KJ 15.37302.182256 THS11m,3KJ 193.18KJ15.37315.293ln184. 402.181l)d(32 TTpTTnCS321SSSS 11KJ 89.130KJ )193.18()9 .108

29、()799. 3( 邏輯推理邏輯推理:不可逆相變化可根據(jù)已知條件,設(shè)計(jì)可逆相變化不可逆相變化可根據(jù)已知條件,設(shè)計(jì)可逆相變化求狀態(tài)函數(shù)的變化值求狀態(tài)函數(shù)的變化值 ,恒壓時(shí),恒壓時(shí) ,故也可設(shè)計(jì),故也可設(shè)計(jì)過(guò)程求過(guò)程求知識(shí)點(diǎn)竅:知識(shí)點(diǎn)竅:恒溫恒壓的相變化過(guò)程,但溫度不是該壓力下的恒溫恒壓的相變化過(guò)程,但溫度不是該壓力下的平衡溫度即熔點(diǎn),即不在平衡線上,故是平衡溫度即熔點(diǎn),即不在平衡線上,故是不可逆相變化過(guò)程不可逆相變化過(guò)程。HQp H S H2O(l)100kPa,-10CH2O(l)100kPa,0CH2O(s)100kPa,0CH2O(s)100kPa,-10CS1S2S3S 212121dd

30、dm,RTTpTTpTTTTnCTQTQS /THS相相變變相相變變 1-1121K156.1JKJ15.26315.273ln184. 41000ln) l ( TTmCSp-1fus2KJ2201- THmS-1-1123KJ09.77-KJ15.27315.263ln067. 21000ln) s ( TTmCSp -1-1321KJ1141KJ77.09-1220156.1 SSSS kJ84.41J15.26315.273(184. 41000)(l (121 TTmCHpkJ3 .333-fus2 HmH kJ67.20J)15.27315.263(067. 21000)(s (1

31、23 TTmCHpkJ1 .312321 HHHHkJ1 .312 HQQpH2O(l)100kPa,25CH2O(l)3.166kPa,25CH2O(g)3.166kPa,25CH2O(g)100kPa,25CS1S2S3S解題思路:解題思路:在已知條件在已知條件 和所要求的和所要求的間設(shè)計(jì)過(guò)程求熵變間設(shè)計(jì)過(guò)程求熵變 標(biāo)準(zhǔn)摩爾相變熵是標(biāo)準(zhǔn)摩爾相變熵是不可不可逆相變化逆相變化的熵變的熵變知識(shí)點(diǎn)竅:知識(shí)點(diǎn)竅:標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵、標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵、標(biāo)準(zhǔn)摩爾相變熵的概念標(biāo)準(zhǔn)摩爾相變熵的概念 (l)- omS (g)- omS(l)- (g)- om- omSSS -1-1mvapmolkJ012.44molkJ)

32、830.285(818.241 H01 S-1-1-1-13mvap2molKJ62.147molKJ15.29810012.44 THS-1-1-1-1213molKJ707.28molKJ100166. 3ln3145. 81ln ppnRS-1-1321molKJ91.118 SSSS -1-1-1-1mmmolKJ82.188molKJ118.9169.91(l)(g) SSS化學(xué)反應(yīng)中的熱力學(xué)函數(shù)變化化學(xué)反應(yīng)中的熱力學(xué)函數(shù)變化 B- omcBB- omfB- omr(B)(B)HvHvH B- omB- omr(B)SvS RTnQQpVg)( B(g)BmrmrRTHU - omr

33、- omr- omrSTHG (恒溫條件下)(恒溫條件下) B- omfB- omr(B)GvG克?;舴蚍匠炭讼;舴蚍匠?dd- om,r- omrpCTH TCTSp- om,r- omrdd B- om,B- om,r)B(ppCvC d21- om,r1- omr2- omr TTpTCTHTH d21- om,r1- omr2- omr TTpTTCTSTS適用條件:積分溫度范圍內(nèi)無(wú)相變化,且恒適用條件:積分溫度范圍內(nèi)無(wú)相變化,且恒溫反應(yīng),溫反應(yīng),見(jiàn)教材習(xí)題見(jiàn)教材習(xí)題26O(l)H2(g)CO3O4(g)HC22243 例:例: g),HC(43Om,rpC 12- om,rTTCp

34、12- om,rlnTTCp )O(4)HC(-O)H(2)CO(32Om,43Om,2Om,2Om, ppppCCCC解題思路:積分溫度范圍內(nèi)無(wú)相變化的恒溫反應(yīng),直解題思路:積分溫度范圍內(nèi)無(wú)相變化的恒溫反應(yīng),直接用接用克?;舴蚍匠糖蠼饪讼;舴蚍匠糖蠼?。omromr,SH 1111omrmolKJ68.125molKJ825.18856.219282.70=K)298( S 12r12romromrlnK)298(=K)498(TTbTTaSS 11113molKJ35.127molKJ 298498109 .71298498ln25.3168.125 113omromromrmolkJ35

35、.17molkJ 1035.12749807.46K)498(498KK)498(=K)498( SHG例:例:CH4完全燃燒時(shí)所用空氣量為理論需要量的完全燃燒時(shí)所用空氣量為理論需要量的2倍,它和空氣倍,它和空氣的初始溫度為的初始溫度為25,燃燒后,燃燒后氣體氣體的溫度為的溫度為100,試計(jì)算,試計(jì)算101325Pa下下1molCH4完全燃燒放出的熱量。空氣中完全燃燒放出的熱量。空氣中O2與與N2的物的物質(zhì)的量之比為質(zhì)的量之比為1:4,已知各物質(zhì)的平均熱容數(shù)據(jù)如下:,已知各物質(zhì)的平均熱容數(shù)據(jù)如下:25時(shí)時(shí)CH4的的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓為為 , 25時(shí)時(shí)H2O的摩爾蒸發(fā)焓為的摩爾蒸發(fā)焓為

36、 。 0100 CH4(g) O2(g)N2(g)CO2(g) H2O(g)35.7329.3729.1226.8633.601-1molKJ 1molkJ3 .890 1mvapmolkJ01.44 H解題思路:解題思路:反應(yīng)系統(tǒng)初態(tài)是反應(yīng)系統(tǒng)初態(tài)是25,終態(tài)為,終態(tài)為100,而且燃燒生,而且燃燒生成成100的的H2O(g),而,而25甲烷完全燃燒的產(chǎn)物是甲烷完全燃燒的產(chǎn)物是H2O(l),故,故整個(gè)燃燒反應(yīng)是整個(gè)燃燒反應(yīng)是包括相變化的變溫反應(yīng)包括相變化的變溫反應(yīng),因此不能用克?;舴?,因此不能用克希霍夫方程直接求解方程直接求解 。首先畫出系統(tǒng)在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的初態(tài)。首先畫出系統(tǒng)在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中

37、的初態(tài)和終態(tài)的狀態(tài)框圖(包括系統(tǒng)溫度、壓力及各物質(zhì)的量和相和終態(tài)的狀態(tài)框圖(包括系統(tǒng)溫度、壓力及各物質(zhì)的量和相態(tài)),然后根據(jù)態(tài)),然后根據(jù)25的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓,的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓,設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程求求QpH )g(16molN)g(4molO)g(1molCH224 )g(16molN)g(2molOO(g)2molH)g(1molCO2222 1H 2H )g(16molN)g(2molOO(l)2molH)g(1molCO2222 2525100H O(l)2H)g(CO)g(2O)g(CH2224 kJ3 .8901 HTCTCHHpp 222O,CO,CO,25Hvap222kJ4 .1

38、34216)O(gH,N,22 TCTCppkJ9 .75521 HHH即放出熱量即放出熱量 kJ9 .755解:解:例:由乙炔直接氣相合成苯是一條可行的途徑。若例:由乙炔直接氣相合成苯是一條可行的途徑。若將將25, 的的3 mol C2H2(g)通入反應(yīng)器,所得產(chǎn)物通入反應(yīng)器,所得產(chǎn)物為為1200, 的的1 mol C6H6(g),試求此反應(yīng)過(guò)程的,試求此反應(yīng)過(guò)程的焓變。已知:焓變。已知: opop物物 質(zhì)質(zhì) C2H2 (g) 226.73 63.71 C6H6 (g) 82.93 191.52 C6H6 (l) 49.04 1(298.15K)mmolkJof H11m,molK/J pC解題思路:解題思路:反應(yīng)系統(tǒng)初態(tài)是反應(yīng)系統(tǒng)初態(tài)是25,終態(tài)為,終態(tài)為1200,故反應(yīng)是,故反應(yīng)是變變溫反應(yīng)溫反應(yīng),因此不能用克希霍夫方程直接求解,因此不能用克希霍夫方程直接求解 應(yīng)首先畫出反應(yīng)系統(tǒng)在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的初態(tài)和終態(tài)的狀態(tài)框應(yīng)首先畫出反應(yīng)系統(tǒng)在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中的初態(tài)和終態(tài)的狀態(tài)框圖,圖,設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程求解。已知求解。已知25 C6H6 (g)的的 omrH omfH 3molC2H2 (g)251mol C6H6 (

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