第七讲 化学热力学基础.ppt

1. 理论空气量和过量空气系数 理论空气量： 通常，把完全燃烧理论上需要的空气量称为理论空气量； 过量空气量： 超出理论空气量的部分称为过量空气。 过量空气系数： 实际空气量与理论空气量之比定义为过量 空气系数。 工程上为简便起见，认为空气近似由摩尔分数为21%的氧气和79%的氮气所组成，即由1mol氧和3.76mol氮组成4.76mol空气。因此采用空气为氧化剂时，甲烷的理论燃烧反应式为： 而当过量空气系数为 的完全燃烧反应式为： 例8－3 一小型燃气轮机装置以液态正辛烷 为燃料，进入装置的燃料和 空气均为25℃，过量空气系数为4，燃烧产物排出温度为800K，且已知每消耗1mol燃料发动机输出的功为676000J。假设燃料完全燃烧，求发动机向外的传热量。已知从298.15K到800K时 解： 理论空气量时的完全反应式为 当过量空气系数为4时,则其完全反应方程式为： 即： 取燃气轮机装置为控制容积，如图所示，对于这一有化学反应的稳流开口系列能量方程，且忽略动能和位能，则： 查附表得 由于氧、氮为稳定单质,故其生成焓均为零。同时，考虑到正辛烷完全燃烧，所以 所以 2. 绝热理论燃烧温度 定义： 通常，燃烧反应在放出热量的同时也使燃烧产物温度升高。若燃烧反应在接近绝热的条件下进行，物系的动能及位能变化可忽略不计且对外不作有用功，并且假定燃烧是完全的，则燃烧所产生的热能全部用于加热燃烧产物本身。 这时燃烧产物所能达到的最高温度称为绝热理论燃烧温度，用 表示。 因为： 即 式中 是生成物的焓差， 分别取决于生成物和反应物的温度变化。 是标准状态下的反应热效应，可利用标准生成焓数据或燃烧焓数据计算得到。 是反应物的焓差， 根据上式，当 为已知时，可求得 ，计算中可能需要应用试算法 。 根据定义，则： 例8－4 甲烷在标准大气压下完全燃烧, 若过量空气系数为2, 燃烧前燃料和空气的温度均为298.15K，试求绝热理论燃烧温度。 解 该燃烧反应的化学方程式为 从附表查得生成焓数据代入上式，并考虑到单质生成焓为零，有 考虑到 ，故 从附表查出各物质的标准摩尔焓为： 所以： 由于上式左边各项均与温度 有关，所以需用试算法确定。 试算初值取 =1500K。 查附表求得左侧与右侧有较大的差异， 再以较小值试算，直至 =1480K，两侧误差在允许的范围内(见下表)，由此确定绝热理论燃烧温度为1480K。 T/K 1500K 1400K ------ 1480K /J 71076.3 65263.1 69913.7 2 /J 116123.2 106807.2 114260.0 2 /J 98554.8 91271.8 97098.2 4×3.67 /J 708039.6 655861.3 697603.9 /J 993793.9 919203.4 978875.8 7.4 化学平衡与平衡常数 化学反应中，在原有分子破坏而产生新的生成物分子的同时，也会出现生成物分子间发生反应而重新生成原有反应物分子的过程，也即反应在正反两个方向上同时进行，而不会沿一个方向进行到某些反应物全部消失。 化学式： 浓度——指单位体积内各种物质的物质的量，以c表示 ： 化学反应的速度——单位时间内反应物质浓度的变化 式中，B、D代表反应物，G、R代表生成物 式中：n表示物系中这一物质的物质的量：V表示这一物质的体积。 表示化学反应的瞬时速度：c表示某一反应物质的浓度； 表示时间 化学反应的质量作用定律 当反应进行的温度一定时，化学反应的速度与发生反应的所有反应物的浓度的乘积成正比。 化学平衡是动态平衡，此时正、逆方向的反应并未停止，只是双方的速度相等. 若把达到平衡时各种物质的浓度以 表示，根据反应速度的质量作用定律有： 式中， 为正向反应的速度常数， 为逆向反应的速度常数。 速度常数只由反应时物系的温度而定。 对于理想气体物系的化学反应， 平衡常数 当反应达到平衡时， = ，所