《工科化学》课件工科化学5章37-39.ppt

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1、2023-10-211八、热力学能八、热力学能(thermodynamical energy)（内能)U定义系统除整体势能及动能外所有粒子全部能量的总和物理意义它包括(1)分子的内动能系统内分子热运动具有的动能，是温度的函数UT(2)分子间相互作用的内势能是分子间距（系统体积）的函数U（内势能）=f(r)，或UV对I.GU(3)分子内部的能量当系统内物种、组成及物质的量确定后（不发生化学反应时），有确定的数值（）2023-10-212说明说明对组成不变的单相封闭系统 =f(,)=f(,)故 d=(/)Vd+(/)Td(/)T=0结论2121l21212023-10-213第三节热力学第一定律第

2、三节热力学第一定律 一、能量守恒一、能量守恒热力学第一定律热力学第一定律说法一能量守恒说法二造不出第一类永动机说法三热力学能是状态函数2023-10-214二、封闭系统热力学第一定律的数学式二、封闭系统热力学第一定律的数学式对任一 U2 W，Q U1UUQ WU U UQ W QpVWUQWQ pV WU Q W QpVUQWQ pV2023-10-215第四节定容热、定压热与焓第四节定容热、定压热与焓一、定容热与热力学能一、定容热与热力学能推导推导由c-sys热一律当不做非体积功，=0；定容条件下，d=0意义意义注意注意仅在定容且不做非体积功特定条件下，热量和热力学能改变值相等，不应从此式得

3、出热是状态函数的结论2023-10-216结论结论(1)第一定律的又一种说法(2)系统从规定的始态变至规定的终态，U不会因途径不同而不同。故（Q+W）也应与途径无关。但这并不表示Q与W是状态函数，只是说，当始、末状态确定后，据U=Q+W，不同途径的热与功之和只取决于始、末状态，而与具体途径无关2023-10-2175.4.2 定压热与焓定压热与焓(enthalpy)定义定义 HU+pV （）应用应用定压热与焓由H=U+pVH=(H2-H1)=（U+pV）2-(U+pV)1 =(U2-U1)+(p2V2-p1V1)=U+(pV)=Q+WpsuV(pV)=Qp-(p2V2-p1V1)+(pV)=Q

4、p或 dH=Qp2023-10-218说明说明注意VU,2023-10-219例5.2 有物质的量为n的N2（理想气体）由始态p1,V1,T1变至终态p2,V2,T2。若始态温度T1等于终态温度T2，求理想气体焓的变化。结论H IG=f（T）(理想气体单纯变化)2023-10-21100,0HUpVUH思考题思考题1、在孤立系统中发生任何过程，都有 ，这个结论对吗？2、因为 ，所以焓是热力学能与体积功之和，对吗？3、“凡是系统的温度升高就一定吸热，温度不变时系统既不吸热也不放热”。这种说法对吗？举例说明4、热力学第一定律有时写成 ，有时写成U=Q-p(环)dV ，这两种写法是否完全等效WQU2

5、023-10-21115、“理想气体在定外压力下绝热膨胀，因为定外压力，所以 ；又因绝热，所以 。由此得这个结论对否，为什么？6、在一个容器中发生如下化学反应：。如果反应前后 均未发生变化，设所有气体均可视作理想气体，因为理想气体的Uf（T），所以该反应的U0。这样的判断错在何处？7、在一个绝热的钢性容器中发生一种化学反应，温度和压力均升高了，这一过程的U，H是大于零、小于零还是等于零？HQp0pQ0HQp)(2)()(22gHClgClgHVpT,2023-10-21128、在一个绝热容器中盛有水，水中浸有电热丝，通电加热，如将下列不同对象看作是系统，则上述加热过程的Q，W和U分别为正、负还

6、是零。(1)以电热丝为系统；(2)以水为系统；(3)以水和电热丝为系统；(4)以水、电热丝及外接电源为系统 Q W U（1）（2）（3）（4）2023-10-2113第五节热容第五节热容(heat capacity)基本概念基本概念显热(apparent heat)仅因系统温度改变与环境交换的热（单纯p-V-T变化）。例，固定压力下，将水从25升温至90所需的热相变热（潜热(latent heat)一定温度、压力下系统发生相变化时与环境交换的热。例：水在100、101.325kPa压力下变成100、101.325kPa的水蒸气时所吸的热化学反应热在定压或定容下系统内发生化学反应时与环境交换的热

7、2023-10-2114一、热容的定义一、热容的定义 热容热容不严谨；严谨：单位：JK-1摩尔热容摩尔热容 CmJ mol-1 K-1影响热容的因素影响热容的因素物种，变温条件（定压，定容），聚集状态，温度定压摩尔热容定压摩尔热容 定容摩尔热容定容摩尔热容dTQTQCT0limTQTTQC12pppdTQCpTHVVVdTQCVTU2023-10-2115 H(Qp)、U(QV)与与Cp,m、CV,m的关系的关系当系统的温度由T1变T2为时dTCndTCQHTTmpTTpp2121,dTCndTCQUTTmVTTVV2121,2023-10-2116二、热容与温度的关系二、热容与温度的关系式中

8、a、b、c及c都是经验常数，由各种物质本身的特性决定。一些物质的摩尔定压热容数值列与书末的附录2中cba,c 2,cTbTaCmp 2,TcbTaCmp2023-10-2117三、理想气体三、理想气体Cp与与CV的关系的关系Cp-CV=(H/T)p-(U/T)V=(U/T)p+p(V/T)p-(U/T)V (1)令U=f(T,V)dU=(U/T)VdT+(U/V)TdV 在定压下以dT除二边 (U/T)p=(U/T)V+(U/V)T(V/T)p (2)代（2）入（1）Cp和CVCpCVU VTV TppV TpCpCVp（nRT/p)/T)pnR 或 Cp,mCV,mR能量均分原理，单原子IG：CV=（）RCp(5 2)R；双原子IG：CV（5/2）RCp(7/2)R；多原子IG：CV（5/2）R（l or s）(V/T)p 0，CpCV2023-10-2118作业P1224（思考题），6，8，92004年5月13日3739到此止