第6讲-熵变的计算.ppt

* * * * * * * * * * * * * * 能量的品位（Quality of energy） upgrade degrade Mechanical and electrical Thermal at high T Thermal at low T 自然界发生实际过程后能量 品位降低（这就是过程的方向） In any real process, there is net degradation of energy. (Direction of process) 3－6 熵变的计算 Calculation of entropy change 基本公式： 基本方法：若R，套公式；若IR，则设计可逆过程。 一、简单物理过程的熵变(Entropy change in a simply physical process) 1. 理想气体等温过程(等温膨胀或等温压缩) He (g) n, T, V1 He (g) n, T, V2 等T, R 对理想气体等T，IR过程，亦可直接套用。 则： 2. 简单变温过程(等V变温或等p变温过程) 意义：T ↑ S ↑，且每升温1K，S 增加 nCp,m/T 等压变温 (1) 条件：等p简单变温 (2) 若Cp,m可视为常数： 等容变温： (1) 条件：等V简单变温 (2) 若CV可视为常数： 例1：1mol理想气体在等温下通过：(1)可逆膨胀，(2)真空膨胀，体积增加到10倍，分别求其熵变，并判断过程的可逆性和方向性。 解：（1）可逆膨胀 （1）为可逆过程，平衡过程。 熵是状态函数，始终态相同，体系熵变也相同，所以： （2）真空膨胀 但环境没有熵变，则： （2）为不可逆过程，自发的过程。 例2.如图有一绝热容器，其中一块用销钉固定的绝热隔板将容器分为两部分，两边分别装有理想气体He和H2，状态如图。若将隔板换作一块铝板，则容器内的气体(系统)便发生状态变化。求此过程的(1)?H；(2)?S。 1mol He(g) 200K 101.3kPa 1mol H2(g) 300K 101.3kPa 解：求末态 过程特点：孤立系统， ?U = 0 T2 = 262.5K 1mol He(g) 200K 101.3kPa 1mol H2(g) 300K 101.3kPa (1) (2) 3. p V T同时变化的过程 没有必要记公式，只掌握方法即可。(方法是什么？) 例3. 系统及其初态同例1。……若将隔板换作一个可导热的理想活塞……，求?S。 1mol He(g) 200K 101.3kPa 1mol H2(g) 300K 101.3kPa T2 = 262.5K Q = 0，W = 0，∴ ?U = 0 ∴ 与例1中的末态能量相同 ∴ T2必与例1相同(理气)： 解： 求末态 (与例1末态相同吗？) 200 K 106.4 kPa Ⅰ 等T,R Ⅱ 等p, R 求熵变 ?S = ?S(He) + ?S(H2) 200 K 101.3 kPa 262.5 K 106.4 kPa ?S(He) = ? IR He: 同理： ?S(H2) = -4.29 J.K-1 ?S = 5.25 - 4.29 = 0.96 J.K-1 0 ∴ 孤立系统熵增加，自发 二、相变过程的熵变 (Entropy change in a phase-transition) 1. 可逆相变 ∵ 一般可逆相变为等T，等p，Wf＝0的可逆过程 ∴ QR = ?H 其中， ?H：可逆相变热 T：可逆相变温度 2. 不可逆相变 方法：设计可逆过程 例3. 试求298.2K及p?下，1mol H2O(l)气化过程的?S。已知：Cp,m(H2O, l) = 75 J.K-1.mol-1， Cp,m(H2O, g) = 33 J.K-1.mol-1 ，298.2K， p?时水的蒸气压为3160Pa， ?glHm(H2O, 373.2K) = 40.60 kJ.mol-1。 1mol H2O(l) 298.2K，p? ?S = ? 等T, p, IR 解：方法1 H2O(g) 298.2K，p? H2O(l) 373.2K，p? H2O(g) 373.2K，p? 等T, p, R Ⅰ 等 p, R 等 p, R Ⅱ Ⅲ 1mol H2O(l) 298.2K，p? ?S = ? 等T, p, IR H2O(g) 298.2K，p? H2O(l) 373.2K，p? H2O(g) 373.2K，p? Ⅰ 等 p, R 等 p, R 等T, p, R Ⅱ Ⅲ 方法2 1mol H2O(l) 298.2K，p? ?S, ?H 等T, p, IR H2O