第三章 纯物质的热力学性质3.ppt

第三章 纯物质的热力学性质 §3.0 热力学基本概念复习 1、体系与环境 2、状态和状态函数 3、过程 4、热和功 体系与环境 体系分类 体系分类 §3.0 热力学基本概念复习 作业名词解释 1、状态、平衡状态 2、状态函数 3、过程 4、不可逆过程 §3.0 热力学基本概念复习 2、状态和状态函数 状态：某一瞬间体系呈现的宏观状况。 平衡状态：在没有外界影响的条件下，如果体系的宏观状态不随时间而改变，则称体系处于热力学平衡状态。 热平衡，力平衡，相平衡，化学平衡，即温度差，压力差，化学位差均为零。 状态函数：由于体系的各种宏观性质，是所处状态的单值函数，所以热力学把各种宏观性质称为状态函数。 常用的状态函数有P，V，T，U，H，S，A，G §3.0 热力学基本概念复习 “状态一定值一定，殊途同归值变等，周而复始变化零。” 循环过程： 状态1 状态2 状态3 △H=0,△U=0,△V=0,△S体系=0（当然 △S总≠0) §3.0 热力学基本概念复习 3、过程 指体系自一平衡状态到另一平衡状态的转换． 对某一过程的描写：初态+终态+路径. 不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留下一些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕迹完全消除，在热力学上称为不可逆过程． 凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可逆过程（自发过程）。 如：爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等 §3.0 热力学基本概念复习 可逆过程：当体系完成某一过程后，如果令过程逆行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复到原始状态而不留下任何变化，则此过程称为可逆过程． 注意： 1）可逆过程一旦发生，不仅体系能恢复到原来状态，而且而环境也能恢复到原来状态而不留下任何痕迹。（循环过程是否是可逆过程？） 2）若是可逆过程，位的梯度即推动力需为无限小；若存在推动力则是实际过程，而非可逆过程。 3）可逆过程是实际过程中只能趋近而永远不能实现的理想过程，其本质是状态变化的推动力与阻力无限接近 ,体系始终无限接近平衡状态。 4）但它是热力学中极为重要的概念，是作为实际过程中能量转换效果比较的标准。 若说某体系效率为80%，是指与可逆过程比。 但爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等不能用“可逆过程+效率”模式来计算。 §3.0 热力学基本概念复习 4、热和功 1）热和功不是状态函数，与途径有关。 2）热和功只是能量的传递形式，而不是贮存形式。当能量以热和功的形式传入体系后，增加的是内能。 ΔU＝Ｑ+Ｗ 热力学第一定律 3） 按照国际规定: Ｑ:体系吸热为正，Ｑ0，体系放热为负,Ｑ0 ； Ｗ:环境对体系作功,Ｗ0 ，体系对环境作功,Ｗ0 §3.0 热力学基本概念复习 特别提醒： 过去的教材中习惯用?U = Q - W表示，两种表达式完全等效，只是W的取号不同。用该式表示的W的取号为：环境对体系作功， W0 ；体系对环境作功， W0 。 本新版教材用的是ΔU＝Ｑ+Ｗ，敬请注意！ 4)热的推动力是温差。 功的推动力是除温差以外的位的梯度。 5）热量的传递是无序的，热量是规格低的能量。 功的传递是有序的， 功是规格高的能量。 焓平衡数据S , H, U, G倒底有什么用？ 1、怎样去除酒精中的甲醇？ 2、精馏塔的设计 再沸器多大？ 需通入多少蒸汽？ 如何移走放热反应中的热量？移走多少？ 结论： 热量衡算是化工反应与分离中最重要的计算。 焓平衡数据S , H, U, G是关键的数据。 §3.1 热力学性质间的关系 §3.1热力学基本方程 提醒 基本方程既可用于单相也可用于多相，既能用于可逆过程也可用于不可逆过程。唯一的限制是闭系 如何计算U，H，A、G？ 1）由公式知U，H，A，G =f(P，V，T，S) 2）P、V、T、 S中只有两个是独立变量。S不能直接测定， 以（T, P ）和（ T ，V）为自变量最有实际意义。 §3.1 热力学性质间的关系 U、H、A、G都是？？函数？其全微分： 3、若有S=S(T，P) 和 V=V(T，P)，就能推算不可直接测量的U，H，A，G。 问题：如何建立 V=V(T，P)和S=S(T，P) ？ 答案： §3.1 热力学性质间的关系 §3.1热力学基本方程★ §3.1.2.2 热力学基本关系式、偏导数关系式和Maxwell方程的意义与应用 描述单组分体系的8个热力学量（性质）P，V，T，U，H，S，A，G每3个均可构成一个偏导数，总共可构成336个偏导数。 独立的一阶偏导数共112个。其中有两类共6个可通过实验直接测定。 （1）由PVT实验测定的偏导数 （2）由量热实验测定