武汉理工物理化学C-第二章热力学第一定律.ppt

* * §2.11节流膨胀与焦耳—汤姆逊效应 1. 焦耳---汤姆逊实验 图2-5 节流过程（ p1 p2） 多孔塞 P1，V1 p2 ，V2 p1 p2 开始 结束 绝热筒 在绝热条件下，气体始末压力分别保持恒定条件下的膨胀过程称为节流膨胀过程。 实际生产中：稳定流动的气体在流过阻碍物后压力突然减少而膨胀的过程。 * * 节流膨胀后，有些气体温度上升，起到致热效应。 （H2，He） 节流膨胀后，有些气体温度下降，起到致冷效应。 （大多数气体） 节流膨胀后，温度不变。 （理想气体） 2. 节流膨胀的热力学特征及 焦耳-汤姆逊系数 (节流膨胀系数） 图2-5 节流过程（ p1 p2） 多孔塞 P1，V1 p2 ，V2 p1 p2 开始 结束 绝热筒 （1）热力学特征： 等焓过程，由此可见，真实气体的H、U与T、p有关。 * * (2)定义 节流膨胀系数 因为 ?p＜0， 所以 ?J-T＜0，流体节流后 温度升高；致热效应 ? J-T＞0，流体节流后 温度下降；致冷效应 ? J-T＝0，流体节流后 温度不变。理想气体 是在等焓的情况下，节流过程中温度随压力的变化率。 * * 所以, 对于真实气体,等温条件下,焓随压力的变化等于 等压摩尔热容乘以焦耳-汤姆逊系数的负值. * * 本章的中心问题 系统发生下述三类变化时，与外界交换能量的定量计算。即下述三类变化过程的Q、W、 的计算： （1）单纯pVT变化 （2）相变化 （3）化学变化 主要掌握： 1.基本概念（各类变化过程的特征） 2.基本公式（主要计算公式及适用条件） 3.状态函数法 * * Ex. 27,29,33,38, 39 * * 当T1、T2条件下两个压力不等（p1≠p2）时，相变中的气体看成是理想气体时，压力影响不大，主要考虑温度的影响。 * * 如： * * 例 在100℃，p=1atm，1mol水(1)可逆蒸发，?vapHm? = 40.7kJ?mol-1, (2)向真空蒸发为蒸气，假设蒸气为理想气体，液体水的体积可忽略不计，求Q, W, ?U, ?H。 解：(1) ?H = Qp = 40.7kJ W = －p?V = －pVg= －RT = －3.1kJ ?U = Q＋W =(40.7-3.1)kJ = 37.6kJ (2) 始终态相同 故?H = 40.7kJ ?U = 37.6kJ 但 W = 0 Q = ?U = 37.6kJ * * 解：设水和冰为系统。因恒压，绝热 所以?H = Qp = 0 又 ?H =?H(水) + ?H(冰) = 0 设终态温度为T ?H =?H(水) + ?H(冰) =100?4.18?(T – 313)+ 100?335=0 T = 253K ？？？ 例 将100g,40℃水和100g, 0℃的冰在杜瓦瓶中(恒压，绝热)混合，求平衡后的状态，及此过程的?H。已知冰的熔化热 =335J?g-1,Cp(水)= 4.18 J?K-1?g-1 * * Homework 18, 20, 23,25,26 * * §2.9化学计量数，反应进度和标准摩尔反应焓 1、化学计量数 ?B：物质的化学计量系数(量纲为一）对反应物取负值，对生成物取正值。 一般式： 或 化学反应方程式： 反应物 或产物 化 学 计量数 表示为： * * 例如： 注意：同一化学反应，方程式写法不同，?B不同 * * 设某反应 单位：mol 2、反应进度（extent of reaction ） ξ （1）定义：设有如下反应 * * （2）含义： ① 表示反应进行的程度，同一反应的ξ与物种无关； ② 当反应进度一样时，同一反应的实际反应量与计量方程的写法有关。 例如： 当? 都等于1 mol 时，两个方程所发生反应的物质的量显然不同。 注意: 应用反应进度，必须与化学反应计量方程相对应 * * 3、摩尔反应焓 （molar enthalpy of reaction）