2.3恒容热-恒压热和焓.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,第三节：恒容热，恒压热，焓,在化学化工上经常遇到两种情况的热，即恒容热和恒压热。,到过化工厂的人都知道，化工厂里到处都是管道和反应容器。,这些反应容器都是恒容或者恒压的。反应热（恒容热与恒压,热）在化工上非常重要。,首先，若反应吸热，则必须提供能量给反应物，使得反应能,够顺利进行。如果反应放热，必须将放出的热量导出，否则,会影响产品的质量，严重的话反应容器还会有爆炸危险。,其次，反应放出的热量经导出还可以用来预热反应物到反应,温度；或者二次利用例如给小区冬季供暖气。,最后，作为生产者还要知道，热在很多情况下会造成污染。,例如将热水排放到河里，河水升温，破坏生态平衡，鱼大量,死亡等。所以，必须计算反应热。,2,3.1,恒容热,Qv,恒容热,Q,V,:,在,恒容（,d,V,=0,）,且非体积功为零,（,W,=0,）的过程中,系统与环境之间传递的热,.,干冰,(,78,CO,2,),在恒容下吸热升华,当,d,V,=0(,W,=0),且,W,=0,时,有：,W,0,Q,V,=d,U,(,d,V,=0,W,=0),Q,V,=,U,=,U,2,U,1,(,d,V,=0,W,=0),即：恒容热与系统热力学能变化相等,.,根据热一定律,dU=,Q+,W;,W,W,体,W,3,3.2,恒压热,Qp,干冰装入气球内恒压吸热升华,同时向大气环境作膨胀功,恒压过程有：,P,系,P,环,C,（常数）,且,W,=0,时,W,=,p,环,（,V,2,V,1,）,P,系,（,V,2,V,1,）,P,2,V,2,+P,1,V,1,恒压热,Qp,:,在,恒压,（,dp=0),且非体积功为零,(,W,=0),的过,程中,系统与环境之间传递的热,.,根据热一定律,dU=,Q+,W;,W,W,体,W,Qp=,U,W,U,2,U,1,P,2,V,2,P,1,V,1,（,U,2,P,2,V,2,）（,U,1,P,1,V,1,）,4,3.3,焓,Q,p,=d,H,Q,p,=,H,=,H,2,H,1,(,d,p,=0,W,=0),(,d,p,=0,W,=0),即恒压热与系统的焓变,H,相等,.,在这里，定义一个新的函数：,焓（,H,）,所以：,单位：,J or kJ,5,理想气体恒温过程的焓变,例：物质的量为,n,的理想气体由始态,p,1,V,1,T,恒温变化压力,体积,到达末态,p,2,V,2,T,求过程的焓变,H,.,理想气体,n,p,1,V,1,T,理想气体,n,p,2,V,2,T,H,H,=,U,+,(,pV,),=,U,+,(,nRT,),理想气体恒温的单纯,pVT,变化中,U,=0,所以,H,=,U,+,nR,(,T,)=0,计算表明,理想气体作单纯,pVT,变化时其焓不随系统的压力和体积等变化,或者说这种情况下系统的焓只是温度的函数,.,6,3.3,焓,H,=,U,+,pV,是组合函数,定义它是为了使用方便。因为在等压、不作非体积功的条件下，,H,=,Qp,，,容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。,焓是系统的状态函数,广延性质,具有加和性，有能量单位,.,但是没有明确物理意义，因此焓不遵守能量守恒定律。,系统状态的任何改变,(,非限于恒压过程,),都会引起焓变,H,=,U,+,(,pV,),=,U,+,(,pV,),2,(,pV,),1,仅在,d,p,=0,W,=0,时,H,Qp,才有意义,且无论是单纯的,pVT,变化,相变化,还是,化学变化,H=Q,p,均成立,.,当过程不在恒压条件下时，,Qp,不存在，,H,反应热,Q,焓是一个特殊的函数，有几点需要注意：,7,例,1.,理想气体恒容升温,+,恒压压缩，始末温度相同,例,1mol,理想气体由,202.65kPa,10dm,3,恒容升温,使压力升高到,2026.5kPa,再恒压压缩至体积为,1dm,3,.,求整个过程的,W,Q,U,及,H.,p,1,=202.65kPa,V,1,=10dm,3,T,1,p,2,=2026.5kPa,V,2,=,10dm,3,T,2,p,3,=2026.5kPa,V,3,=1dm,3,T,3,=,T,1,(1),恒容,(2),恒压,因,p,1,V,1,=,p,3,V,3,所以,T,3,=,T,1,;,恒容则,W,1,0,又因是理想气体,故,U,=0,H,=0.,U,=Q+W,所以：,Q=,W=,W,2,=,p,2,(,V,3,V,2,),=202.65,10,3,(1,10),10,3,kJ,=,18.239 kJ,8,例,2.,理想气体恒外压恒温过程,例,.3 mol,单原子理想气体,从始态,T,1,=300 K,p,1,=100 kPa,反抗恒外压,50 kPa,作不可逆膨胀,至终态,T,2,=300 K,p,2,=50 kPa,求这一过程的,Q,W,U,H,.,恒温过程，则有,U,=0,H,=0,W,=,p,amb,(,V,2,V,1,),=,p,amb,(,nRT,/,p,2,nRT,/,p,1,),nRT(P,2,/P,1,1),=,3.741 kJ,U,=,Q,所以：,Q,=,W,=3.741 kJ,9,Q,V,=,U,及,Q,p,=,H,两式的意义,在两种指定条件下,系统的,U,和,H,可以用相应的实测热数据来确定,.,Q,V,及,Q,p,的大小仅取决于系统的始末状态,而与变化的途径无关,故可用,状态函数法,来进行运算,.,盖斯定律,:,在整个过程恒容或恒压的条件下,化学反应热仅与始末状态有关,而与具体途径无关,.,Q,p,1,=,H,1,C(s)+O,2,(g),T,p,CO,2,(g),T,p,CO(s)+O,2,(g),T,p,Q,p,2,=,H,2,难以测量,Q,p,3,=,H,3,因 ,H,1,=,H,2,+,H,3,故,Q,p,1,=,Q,p,2,+,Q,p,3,得,Q,p,2,=,Q,p,1,Q,p,3,