中国石油大学华东物理化学课件二律3-4

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《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件

《物理化学》第三章 热力学第二定律PPT课件

例一:理想气体自由膨胀
原过程:Q=0,W=0,U=0, H=0
p2,V2
体系从T1,p1,V1 T2, 气体
真空
复原过程:
复原体系,恒温可逆压缩
WR
RT1
ln
V2 ,m V1,m
环境对体系做功
保持U=0,体系给环境放热,而且 QR=-WR
表明当体系复原时,在环境中有W的功变为Q的热,因 此环境能否复原,即理想气体自由膨胀能否成为可逆 过程,取决于热能否全部转化为功,而不引起任何其 他变化。
它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力,系统 恢复原状后,会给环境留下不可磨灭的影响。
•化学反应 Zn+H2SO4等?
如图是一个典型的自发过程
小球
小球能量的变化:
热能
重力势能转变为动能,动能转化为热能,热传递给地面和小球。
最后,小球失去势能, 静止地停留在地面。此过程是不可逆转的。 或逆转的几率几乎为零。
能量转化守恒定律(热力学第一定律)的提出,根本上宣布 第一类永动机是不能造出的,它只说明了能量的守恒与转化及 在转化过程中各种能量之间的相互关系, 但不违背热力学第一 定律的过程是否就能发生呢?(同学们可以举很多实例)
热力学第一定律(热化学)告诉我们,在一定温度 下,化学反应H2和O2变成H2O的过程的能量变化可用U(或H) 来表示。
热力学第二定律(the second law of thermodynamics)将解答:
化学变化及自然界发生的一切过程进行 的方向及其限度
第二定律是决定自然界发展方向的根本 规律
学习思路
基本路线与讨论热力学第一定律相似, 先从人们在大量实验中的经验得出热力学第 二定律,建立几个热力学函数S、G、A,再 用其改变量判断过程的方向与限度。

大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律

大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律

05 热力学第二定律在工程技 术中应用
工程技术中不可逆过程分析
不可逆过程定义
在工程技术中,不可逆过 程指的是系统与环境之间 进行的无法自发逆转的能 量转换过程。
不可逆过程分类
根据能量转换形式,不可 逆过程可分为热传导、热 辐射、摩擦生热、化学反 应等多种类型。
不可逆过程影响
不可逆过程导致能量损失 和熵增加,降低系统能量 利用效率,并对环境造成 负面影响。
06 总结与展望
热力学第二定律重要性总结
热力学第二定律是自然界普遍适用的基本规律之一,它揭示了热现象的方向性和不可逆性,为热力学 的研究和应用提供了重要的理论基础。
热力学第二定律在能源转换和利用、环境保护、生态平衡等领域具有广泛的应用价值,对于推动可持续 发展和生态文明建设具有重要意义。
热力学第二定律的研究不仅深入到了热学、力学、电磁学等物理学各个领域,还拓展到了化学、生物学、 医学等其他自然科学领域,为多学科交叉研究提供了重要的桥梁和纽带。
提供了判断热过程进行方向的标准
根据热力学第二定律,可以判断一个热过程是否能够自发进行。如果一个热过程能够自发进行,那么它必须满足热力 学第二定律的要求。
为热力学的发展奠定了基础
热力学第二定律是热力学的基本定律之一,为热力学的发展奠定了基础。它揭示了热现象的本质和规律, 为热力学的研究和应用提供了重要的理论支持。
应用举例
在化学反应中,如果反应物和生成物处于同 一温度,则自发进行的反应总是向着熵增加 的方向进行。例如,氢气和氧气在点燃条件 下可以自发反应生成水,该反应的熵变小于
零,因此是一个自发进行的反应。
熵产生原因及影响因素
要点一
熵产生原因
熵的产生与系统的不可逆性密切相关。在不可逆过程中, 系统内部的微观状态数增加,导致系统的无序程度增加, 即熵增加。

中国石油大学(华东)__大学物理课后习题答案

中国石油大学(华东)__大学物理课后习题答案

ax
az 0
d2 x r 2 cost 2 dt
ay
d2 y r 2 s i n t 2 dt
7-2
所以
a ax i a y j az k r 2 costi r 2 sin tj
(3) 由式(1) 、 (2) 、 (3)得运动方程的矢量式 r xi yj zk r costi r sin tj ctk 1-8 质点沿 x 轴运动,已知 v 8 2t 2 ,当 t 8 s 时,质点在原点左边 52m 处(向右为 x 轴正向) .试求: (1)质点的加速度和运动学方程; (2)初速度和初位置; (3)分析质点的 运动性质. [解] (1) 质点的加速度 a d v /d t 4t 又 v d x /d t 所以 d x vdt 对上式两边积分,并考虑到初始条件得
vx dx r sin t dt
dy r cost dt dz vz c dt vy
所以
v vx i v y j vz k r sin ti r costj ck
由式(1) 、 (2) 、 (3)两边对时间求二阶导数,可得质点的加速度
所以, t 时刻齿尖 P 的加速度为
2 a a t2 an b2
(v0 bt) 4 R2
1-17 火车在曲率半径 R=400m 的圆弧轨道上行驶. 已知火车的切向加速度 a t 0.2 m s 2 , 求火车的瞬时速率为 10 m s 时的法向加速度和加速度. [解] 火车的法向加速度 火车的总加速度
y x2
7-4
对时间 t 求导数
vy
dy dx 2x 2 xvx dt dt
(1)

物理化学第2章 热力学第二定律

物理化学第2章 热力学第二定律
BSm$ (B)
§3.7 熵变的计算
一、单纯状态变化过程
1. 等温过程 2.变温过程
S QR T
①等容变温过程
S T2 Qr T2 nCp,mdT
T T1
T1
T
nC
p,m
ln
T2 T1
②等压变温过程
S T2 Qr T T1
T2 nCV ,mdT
T1
T
nCV
,m
ln
T2 T1
U3 0
p
W3
nRTc
ln V4 V3
A(p1,V1,Th )
B(p2,V2,Th )
Th
Qc W3
D(p4,V4,TC )
C(p3,V3,TC )
Tc
环境对系统所作功如 DC曲线下的面积所示
a db
c
V
过程4:绝热可逆压缩 D( p4,V4,TC ) A( p1,V1,Th )
Q4 0
p
用一闭合曲线代表任意可逆循环。 在曲线上任意取A,B两点,把循环分成AB和 BA两个可逆过程。 根据任意可逆循环热温商的公式:
δ Q
T R
0
将上式分成两项的加和
B Q
( AT
)R1
A Q
( BT
)R2
0
移项得:
B A
(
Q T
)R1
B A
(
Q T
)R
2
说明任意可逆过程的热温商的值决定于始终 状态,而与可逆途径无关,这个热温商具有状态 函数的性质。
所以Clausius 不等式为
dS 0
等号表示绝热可逆过程,不等号表示绝热不
可逆过程。
熵增加原理可表述为:

物理化学幻灯片PPT课件

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出现了2个方向,一个是用反应速率来测定亲和力,一个是用反应热效应来度量亲和力。前一个方向就导致
质量作用定律的发现,后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
(认识到数量对反应结果的影响)
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
(认识到化学反应中的质量效应)
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后,热质说才逐渐被 科学界摈弃。
2021
12
热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯:出生于日内瓦,在俄国长 1836年,瑞士化学家
大并且接受了医学教育,他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果,并
多反应的热效应,总
将其称为‘总热量守恒定律’,
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
(第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式) (全面阐释质量作用定律)
2021
10
第二部分
热化学和 热力学基本定律
2021
11
从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年,拉普拉斯和拉瓦锡,在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究,由于受到 热质说的影响,这方面
1853年,英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式,‘能’这一术语被广泛接受。
2021
15
热力学第二定律的确立
1824年,法国工程师卡诺,通过对热机的分析得出:热机 必须在两个热源之间工作,热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。

物理化学(上)(中国石油大学(华东))知到章节答案智慧树2023年

物理化学(上)(中国石油大学(华东))知到章节答案智慧树2023年

物理化学(上)(中国石油大学(华东))知到章节测试答案智慧树2023年最新绪论单元测试1.物理化学课程是建立在数学、物理学、基础化学等学科上的一门理论化学参考答案:对2.物理化学主要涉及研究过程发生后能量的转化、反应的方向和限度等问题。

参考答案:对3.物理化学课程学习过程中需要注意例题的演练、公式概念的应用条件和高等数学微积分知识的应用。

参考答案:对第一章测试1.低温低压的真实气体可以认为是理想气体参考答案:错2.分子间无作用力,分子本身无体积的气体一定是理想气体参考答案:对3.道尔顿分压定律和阿玛伽分体积定律只适用于理想气体混合物参考答案:对4.对于不同的真实气体,范德华方程中的特性常数也不同参考答案:对5.理想气体在一定温度、压力下也能液化参考答案:错6.不同的真实气体,只要处于相同的对应状态,就具有相同的压缩因子参考答案:对7.已知某气体的临界温度为304.15K,临界压力为7.375Mpa。

钢瓶中储存着302.15K的这种气体,则该气体()状态参考答案:数据不足,无法确定8.对临界点性质的描述中,正确的是参考答案:液相摩尔体积与气相摩尔体积相等; 液相与气相界面消失; 当真实气体的温度低于临界点温度时,是真实气体液化的必要条件9.理想气体的压缩因子Z参考答案:z=110.恒温300K下,某一带隔板的容器中,两侧分别充入压力相同的3dm3氮气和1dm3二氧化碳的理想气体,当抽调隔板后混合气体中氮气和二氧化碳的压力之比为()参考答案:3:1第二章测试1.状态函数的变化值只与始态和末态的状态有关,与具体的实现途径无关参考答案:对2.据焦耳实验可知,理想气体的内能只是温度的函数参考答案:错3.液态水和水蒸气的标准摩尔燃烧焓的值均为0参考答案:错4.参考答案:对5.热力学第一定律可表述为隔离系统中的热力学能守恒参考答案:对6.气体的节流膨胀过程一定是绝热不可逆过程参考答案:对7.关于热力学可逆过程,下列表述正确的是参考答案:可逆过程发生后,系统和环境一定同时复原;可逆过程是一种理想的过程,实际过程只能无限接近它;可逆压缩过程环境对系统做最小功8.参考答案:在一定温度、压力下,冰融化成水9.下列关于焓的说法,正确的是参考答案:焓是人为定义的一种具有能量量纲的物理量; 焓变只有在特定条件下,才与过程热数值相等; 焓是系统的状态函数10.下列关于绝热过程的说法正确的是参考答案:绝热可逆过程始末态压力、体积之间符合过程方程第三章测试1.热不可能全部转换成功。

中国石油大学华东物理化学课件二律3-7

中国石油大学华东物理化学课件二律3-7
§3-7 等温过程G的计算
一、理想气体等温变化过程
G H TS QR WR
Wf0 G nRT ln V2
V1 nRT ln p1
p2
例1 298K下,1mol理想气体于10pΘ下自由膨胀至pΘ,
求 W、Q、U、 H、 S、 A、 G ?
解:
1mol 298K
p.g 10 pΘ
p外0
1mol 298K
25C 101325Pa 不可逆相变G 25C 101325Pa
△G1
△G3
1mol H2O(g) 恒温恒压 1mol H2O(l)
25C 3167.4Pa 可逆相变G2 25C 3167.4Pa
G G1 G2 G3
nRT ln p2 p1
0 V ( p2 p1)
1
8.314
ln
3167 .4 101325
.8J
二、纯液体、固体等温变化(压力变化不大时)
G 0, A 0, S 0, U 0, H 0
三、相变过程 1.可逆相变化 吉氏自由能判据:
GT , p,Wf 0 0 可逆过程
∴ 可逆相变过程 G 0
或 G H (TS)
可逆相变
G
H 相
T相
H 相 T相
0
2. 不可逆相变 ————设计过程求解
————化学反应的等温方程
0.01806 103 (101325 3167 .4)]J
(8585.8 1.77)J 8584.0J 0 自发过程
S S1 S2 S3
nR ln p1 p2
ncondH m T相
0
105 .1J K1
四、化学反应
对可逆化学反应如可逆电池中反应:
rG nEF

中国石油大学(北京)物理化学考研专用PPT课件

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§3.3 熵,熵增原理
1.卡诺定理
卡诺定理:所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机,
其效率都不能超过可逆机,即可逆机的效率最大。ir< r
ir
Q1Q2 Q1
1Q2 Q1
r
Q1,r Q2,r Q1,r
T1T21T2
T1
T1
所以 1Q2 1T2
Q1
T1
不可逆循环 热温商之和小于零
Q 2 T 2 Q 2 Q 1 Q 1 Q 2 0
§3.2 卡诺循环(Carnot cycle)
1mol 理想气体的卡诺循环在pV图上可以分为四步:
§3.2 卡诺循环(Carnot cycle)
P1 ,V1
恒温可逆膨胀
T1 绝
U1= 0 Q1 = –W1= nRT1ln(V2 /V1)
热 可
Q '' 0
逆 W '' U ''

n C V ,m (T1 T2 )
§3.3 熵,熵增原理
2.卡诺定理的推论
所有工作于同温高温热源与同温低温热源之 间的可逆机,其热机效率都相等,即与热机的工 作物质无关。
§3.3 熵,熵增原理 3.熵
任意可逆循环可以用无限多个微小卡诺可逆循环代替
§3.3 熵,熵增原理
任意可逆循环热温商的加和等于零,即:
Q 1 T 1
T 2 T 1
T 1 T 2
§3.3 熵,熵增原理
Q1 Q2 ≤ 0 T1 T 2
< 不可逆循环 = 可逆循环
Q1 Q2 ≤ 0
T1
T2
< 不可逆循环 = 可逆循环
卡诺定理的意义:(1)引入了一个不等号ir r , 原则上解决了化学反应的方向问题;(2)解决了热 机效率的极限值问题。

中国石油大学华东物理化学课件二律3-6

中国石油大学华东物理化学课件二律3-6

∴ 等温过程体系亥氏自由能变化量的负值
等于过程可逆进行时所作的功;
若过程不可逆,则体系做的功小于 –AT 。

WR WR,体 WR,f
V2 V1
pdV
WR,f
等容条件下 WR WR,f
∴ AT ,V WR,f
∴ 等温等容过程体系亥氏自由能变化量的负值
等于过程可逆进行时所作的最大非体积功。
③ 吉氏自由能判据
等温、等压、 Wf 0
G 0, 过程不可逆或自发 G 0, 过程可逆或平衡
∴ 自发过程是向着Gibbs自由能减小的方向进行的

GT
,
的物理意义
p
G H (TS)
等温下 G H TS
过程可逆 G H T QR
T U ( pV ) QR
等压下 G pV WR WR,f
T
可逆或平衡
∴ S U 0 T
或TS U 0
∴ (TS) U 0 或U (TS) 0
定义亥姆霍兹自由能A: A U TS
∴ 等温、等容、 Wf 0
不可逆或自发
A 0 可逆或平衡
2、讨论

AT ,V
0
不可逆或自发 可逆或平衡
① A U TS
A—广度性质的状态函数
A U (TS)等温 U TS
二、吉布斯(Gibbs)自由能
1、熵判据应用于等温、等压、Wf 0 过程 等温过程 T1 T2 T环境
等压过程 p1 p2 p环境 若 Wf 0, 则 Qp H

S环境
Q环境 T环境
Qp H
T
T
∴ S隔离 S S环境
S H 0 T
不可逆或自发 可逆或平衡
∴ S H 0 或TS H 0 T

中国石油大学华东大学物理实验基础理论课1.ppt

中国石油大学华东大学物理实验基础理论课1.ppt
大学物理实验课是教育部确定的六门必修的 重要基础课之一。
实践活动:为了达到特定目的,人为再现自 然界客观存在的物理过程,来探索物理规律的实 践。
Einstein(德 ):“一个 矛盾的实
验就足以推翻一种理论。”
杨振宁教授:“物理学是以 实验为本的科学”。
80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。 20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。
期末总成绩计算 2-1(实验综合成绩、基础理论成绩) 2-2(实验综合成绩、期末课程论文成绩)
期末总成绩计算
完成实验个数<要求个数: 期末总成绩G=10%×基础理论(课程论文)+90%
实验项目总分/预约实验个数×标准化系数×0.6(要求个
数-完成个数)
完成实验个数>=要求个数: 期末总成绩G=10%×基础理论(课程论文)+90%
➢ 网址:石油大学-理学院-开放实验-大学物理实验- 实验预约系统 ➢ 202.194.155.226/studyweb/learningweb ➢ 《大学物理实验上课须知》 ➢ 预约后方可做实验,预约实验必须要做,实验总数不小于6。
(14号周日大开放8:50,开放完12:00预约)(D区306)
二、实验预习
§1-3 物理实验课基本程序
实验预约 实验预习 实验操作
实验报告
三、实验操作及观测
➢ 要求:正确操作,“心细、手稳、眼准”。(签到、整 理实验仪器、打扫卫生) ➢ 注意:教师检查签字后实验数据有效。
四、写实验报告
➢ 报告内容:预习报告、数据记录和处理、实验结论、实 验讨论、原始数据(独立)。 ➢ 要求:书写工整,图表规范,结果正确,讨论认真(至少 占10分)。 ➢ 注意:采用标准实验报告册撰写报告,交报告及时。(一 周内)

热力学第二定律-物理化学-课件-03

热力学第二定律-物理化学-课件-03
7
说明: 1.各种说法一定是等效的。若克氏说法不成 立,则开氏说法也一定不成立(证明见书48页); 2.要理解整个说法的完整性切不可断章取义。如 不能误解为热不能转变为功,因为热机就是一种把 热转变为功的装置;也不能认为热不能完全转变为 功,因为在状态发生变化时,热是可以完全转变为 功的(如理想气体恒温膨胀即是一例) 3.热二律与热一律同样都是建立在无数客观事实基础 上的客观规律。至今还没有发现违背热二律的事实。
平衡
20
(2)真空膨胀 熵是状态函数,始终态相同,系统熵变也相同, 所以:
S sy 19.14 J K
1
S su
Q pra Tex
0
Sis Ssy Ssu 19.14 J K 1 0
自发过程
21
恒容变温
QV= dU = nCV,mdT
S
4
自发过程的定义
没有环境的影响下而能自动发生的过程 自发过程的特点 有方向的,有限度的,是不可逆过程。 要正确理解自发过程具有单向性(不可逆)的含义: 并不是其不能反向进行,环境对系统做功,可以使 系统复原,如利用水泵引水上山;利用空调机,可 以把热量从低温物体传到高温物体,但是一定在环 境中留下痕迹。 5
22
PVT均变化的ΔS的计算-理想气体
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
恒容 SV
S
( p ',V1 , T2 )
恒温 ST
T2 V2 S SV ST nCV ,m ln nR ln T1 V1
23
( p1 ,V1 , T1 ) ( p2 , V2 , T2 )
V2 p2 Qr Wr nRT ln nRT ln V1 p1 Qr V2 p2 S nR ln nR ln T V1 p1

中国石油大学华东物理化学课件一律2-2,3(课堂)

中国石油大学华东物理化学课件一律2-2,3(课堂)
Vl
恒温恒压相变过程
1molH2O(g)
100Cº、p
Vg
W
V2 V1
p外dV
p (Vg
Vl )
pVg nRT
(18.314373.15)J
3102.4J
如一定量的理想气体 V f (T , p)
dV
V T
dT p
V p
T
dp
⑤ 循环过程,任一状态函数的变化量都为零
状态函数特点:
异途同归,值变相等;周而复始,其值不变; 且满足单值、连续、可微。 3.状态方程
如理想气体状态方程 pV nRT
对一定量单组分流体系统(气体、液体系统)
T f ( p,V ) 或 V f (T , p)
② 对于一定量组成不变的均相流体(气体、液体)系统, 系统的任意宏观性质是另外两个独立的宏观性质的函数:
表示为: Z f (x, y)
RT 如理想气体方程 Vm p f (T , p)
③ 状态函数的变化量=终态的函数值−始态的函数值
如: T T2 T1
④ 状态函数的微小变化可用全微分表示
环境进行热传递。
2.功
① 定义: 热力学中,称除热以外其它各种形式传递的能量为功 , 用W表示
② 说明:a.功—过程函数,与过程有关;不同过程,功不同; 微量功用W表示 。
b.规定:系统对外做功为负,即W<0; 环境对系统做功为正,即W>0
c.单位:J,kJ
d.分类
体积功: 反抗外力作用下,系统由于体积变化而与环境交换的能量
同的过程传递的热不同,故微量热用Q示。 b.规定:系统吸热为正,即Q0;放热为负,即Q0。 c.单位:J;kJ d.分类: 物理过程热: 显热、 潜热(相变热)、溶解热、稀释热

中国石油大学华东物理化学课件一律2-4(课堂)

中国石油大学华东物理化学课件一律2-4(课堂)

1. 表述
------是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的 特殊形式,说明热力学能、热和功之间可以相互转化,但 总的能量不变。
也可表述为: 第一类永动机是不可能制成的。
一种既不靠外界提供能量,本身也不消耗能量,但可以 不断对外作功的机器-第一类永动机。显然它与能量守恒定 律矛盾。第一定律是人类经验的总结。
§2-4 热力学第一定律(p72)
一、热力学能 体系的能量包括: 整体运动的动能、在外力场中的位能、热力学能
热力学能:指体系内部所有各种运动能量的总和, 热力学能用U表示,单位:J,kJ
数学表示式:
U =ε平+ε转+ε振+ε电+ε核+分子间作用的位能等
说明
① U—状态函数,广度性质,体系经微小变化,数学上
可用全微分dU表示
如单组分流体封闭体系: U f (T ,V )
则 dU U dT U dV
T V
V T
一定量理想气体的热力学能仅是温度的函数,可
表示为: U f (T )

U p
T
0;
U 0பைடு நூலகம் V T
② U绝对值未知,热力学上只关注 U U终态 U 始态
二、热力学第一定律
2、数学式
封闭体系: U Q W W 总功
微小变化 dU δQ δW
例 如下图示:若选体系为 (1)水;(2)电阻丝+电池;(3)水+电阻丝+电池
试说明热力学能、热、功如何变化﹖

电阻丝
电池
分析结果:
(1)水为体系 Q 0, U 0,W 0
(2)(电阻丝+电池)为体系
Q 0, U 0,W 0
体系内部作功即体系内部能量转换,没有对外界作功。 (3)(水+电阻丝+电池)为体系

中国石油大学物理化学王芳珠PPT第1章_气体资料

中国石油大学物理化学王芳珠PPT第1章_气体资料

Vm/dm3
图7 CO2气体的p —Vm关系
第一章 气 体
一、过程分析 (1) 以273K等温线为例
D→E 恒温加压‚气体的Vm减小 E→F 恒温加压,Vm继续下降;F点体系出现液相 F→H 气、液两相平衡体系;在压缩过程中,Vm继续
下降(气体量逐渐减少,液体量逐渐增加); H点以后体系完全为液相,继续加压‚ Vm 几乎 不变‚显示出液体难以压缩
§1-5 普遍化压缩因子图
一、对应状态原理 1. 对比参数
p53对比参 数表示
pr
p pc
Tr
T Tc
Vr
V Vc
2. 对应状态方程
将对比参数及式 a 27R2Tc2 64 pc
b RTc 8 pc
第一章 气 体
代入范德华方程得对应状态方程:
pr
3 Vr2
3Vr
1
8Tr
3. 对应状态原理
一定条件下,宏观物质处于何种状态,主要取决于
① 分子的热运动;② 分子间的相互作用力(引力、斥
力),通常表现以引力为主。
物质的第四 态?第五态?
第一章 气 体
宏观物质处于气态时,以分子热运动占主导地位。 热运动使气体分子分散开来,并向容器的全部空间 扩散,因此气体总是充满整个容器。由于气体分子间有 比较大的空隙,因而气体易于压缩。
第一章 气 体
例1 恒温300K,钢瓶中装p1=1.80MPa的理想气 体B,从中放出部分B气体,压力变为p2=1.60MPa。 已知放出的B气体在V3=20dm3的抽空容器中压力 p3=0.10MPa,求钢瓶之体积V=?
第一章 气 体
解:假设300K下 p1压力下钢瓶中气体物质的量n1,p2时为n2 取出气体的物质的量为n,则

石油大学(华东)大学化学

石油大学(华东)大学化学

大学化学第一章物质及其变化的一些基本规律化学是研究物质的组成、结构、性质和运动规律以及运动过程中能量关系的学科。

§1.1 理想气体状态方程和分压定律一、理想气体状态方程气体在压力不太高、温度不太低时符合下列方程式PV=nRT说明:①压力P(帕),体积单位m3(立方米),温度K(开),物质的量mol (摩尔),R摩尔气体常数8.314J•k-1•mol-1。

②理想气体,气体分子不占空间,分子间不存在作用力,上式实际上只适用于理想气体,真实气体在低温、高压条件下近似看成理想气体。

③单位换算Pa=N•m-2(一牛顿力作用在1m2面积上所产生的压力)。

一焦耳为1牛顿力在沿着力的方向上移动1m距离所做的工,即1J=N•m④状态函数:描述气体状态的物理量,如P、V和T。

状态函数的改变与变化的途径无关。

二、分压定律混合气体、组分气体组分气体对容器所施加的压力叫做该组分气体的分压力,等同于在同温度下组分气体单独充满与混合气体相同体积时所产生的压力。

分压定律(1801年,道尔顿(Dalton))P总=P A+P B+P C+……P i=∑Pi根据理想气体状态方程:P总=N总RT/V P i=n i RT/V则P i/P总=n i/n总=>x i•P总因此组分气体的分压等于该组分气体的物质的量的分数(摩尔分数)与混合气体总压力的乘积。

说明:压力表测得的是气体的总压力,分压力是计算出来的§1.2 能量和能量守恒定律化学热力学:研究化学反应中能量的转换规律及其定量关系的学科。

1.体系和环境:研究的对象叫做体系(系统),体系以外的与体系有密切联系的其他物质或空间部分叫做环境举例:一烧杯中,盐酸和NaOH的水溶液—研究对象,烧杯和溶液上方的空气等就是环境。

敞开体系(物质和能量交换共存)封闭体系(只有能量交换)孤立体系(没有物质、也没有能量交换)举例(略)2.内能、热功体系内部的能量U表示说明:①分子运动的动能、分子间相互作用的势能、分子中原子和电子相互作用和运动的能量、核能等组成。

中国石油大学华东物理化学课件一律2-13(课堂)

中国石油大学华东物理化学课件一律2-13(课堂)

a vB aB 其中 b vB bB
c vB cB
r HΘ m (T ) r HΘ m (298K)
T 298
a bT cT 2
dT
r HΘ m (298K) a T 298K
b [T 2 (298K)2 ] C [T 3 (298K)3]
2
3
r HΘ m (T )
800 298
vBCp,m (B)dT
[46.11103
800 26.55 0.02337T 2.081106T 2 dT ]J mol1 298
14.00kJ mol1
Ⅱ. 用不定积分式求解
r
HΘ m (T)
Hm
(0)
aT
b 2
T
2
c 3
T
3

查表求a、b、c及
r
H
Θ m
(298K)
f HΘ m (NH3,298K) 46.11kJ mol1
② 查有关物质的Cp.m(B),求
vBCp,m(B) a bT cT 2
a N2(g) 27.32 H2(g) 26.88 NH3(g) 27.43
b×103 6.226 4.347 33.00
c×106 -0.9502 -0.3265 -3.046
vBCp,m(B) cons.
r HΘm (T ) r HΘ m (298K)
T 298K
vBCp,m (B)dT
rHΘ m (298K) vBCp,m(B)(T 298K)
② 若Cp,m与T 的关系为
Cp,m a bT cT 2
则 vBCp,m(B) a bT cT 2
rHΘm(298K) CO(g)
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Ñ ③ 循环过程
S
δQ T
R
0
三、热力学第二定律的数学式
———克劳修斯不等式
卡诺定理
Ñ δQ 0 “<” 不可逆循环
T
“=” 可逆循环
如下图,任意不可逆循环:
p
不可 逆
B
A 可逆 V
图2–7 任意不可逆循环
Ñ δTQ
B
A
δQ T
IR
A B
δQ T
R
0
B
A
δQ T
IR
p
VR
T
1
Q
PO 2W
X
3 O' N Y
MS4UBiblioteka V图2-4 任意可逆循环示意图
p
T2' T2
T1' T1
V
图2-5 任意可逆循环分成无数小卡诺循环
对于每一个小卡诺循环
δQ1 δQ2 0, T1 T2
δQ1` T1`
δQ2` T2`
0,
各小卡诺循环的总合为:
……
δQ T R
δQ1 T1
T2 T0 T2

W1
T2 T0 T2
Q
卡诺热机R2:
R2
W2 Q
T1 T0 T1
或 W2
T1 T0 T1
Q
(W1
W2
)
Q(1
T0 T2
)
Q(1
T0 T1
)
QQ T0 (T1 T2 ) T0S 0
即卡诺热机R1比热机R2多做功:T0 S
原因: 热量Q从高温热源T2到低温热源T1,经历了自
∴ 隔离体系中一个不可逆过程发生以后,体系的
熵增大了,但能量的可用性减少了。
应用热力学理论一方面需对体系进行能量衡算, 另一方面需要研究体系能量品位的变化,其目的是 为了对能量进行更为有效的利用。
动传热的不可逆过程,传热过程的熵变:
S Q Q 0 T1 T2
功的品位比热高,高温热源传递的热的品位比低温 热源的高,如果没有其它的变化,能量的品位只能降低 而不能升高。任何一个宏观过程进行以后,都等价于一 定数量的功转变为热,或一定数量的热从高温物体传给 低温物体,即等价于能量品位的降低。热机R2从T2热源 到T1热源经历了自动传热的不可逆过程,有一部分能量 丧失了做功能力,即能量退化——不可用能。
§3-4 熵函数及熵判据
一、熵的导出
1.卡诺循环 微小卡诺循环
Q1 Q2 0 T1 T2 δQ1 δQ2 0 T1 T2
2.任意可逆循环
p
左图任意可逆循环
V
对于任意可逆循环,做 绝热可逆线RS、TU,恒温 可逆线VW、XY,构成一个 卡诺循环,其中弧线PQ经历 的过程与折线P1O2Q经历过 程的功相等,弧线MN经历 的过程与折线M3O`4N经历 过程的功相等。
B δQ
A
T
R
0
B
A
δQ T
IR
B δQ
A
T
R

S SB SA
B δQ A T R

S
B δQ A T
不可逆 可逆


dS δQ
T
不可逆 ② 可逆
——克劳修斯不等式 即热力学第二定律的数学式
四、熵判据
1. 熵增加原理
绝热过程 则
δQ 0,
dS隔离 dS dS环境 0
熵判据关键点: ①隔离体系中可能发生的过程,总是向熵增大方向进行
——过程进行的方向 ②一定条件下熵增至其最大值
——过程的限度
五、熵和“无用能”
高温热源 T2
Q
Q
R1 W1
T1
Q
Q-W1
R2 W2 Q -W2
低温热源 T0
图2-7 能量的退化
卡诺热机R1:
R1
W1 Q
δQ T
1
B A
δQ T
2
0

B A
δQ T
1
B δQ
A
T
2
结论
可逆过程热温商的积分值与始态、终 态间的可逆途经无关,而仅由始末状 态决定。
二、熵的定义
克劳修斯提出:
dS
δQ T
R
若用SA、SB分别表示始态、终态的熵值,则:
SB SA S
B δQ A T R
——熵判据
∴ 对隔离体系,若进行不可逆过程,必有
dS隔离 0或S隔离 0, 即体系的熵必然增大;
若进行的是可逆过程,则
dS隔离 0或S隔离 0, 即体系的熵不改变
∴ 隔离体系的熵永不减小 或“隔离体系中自发过程向熵增大的方向进行” —— 热力学第二定律的另一种说法
注意
体系+环境=隔离体系
说明 ① 熵是体系广度性质的状态函数,
具有状态函数的一切性质;
单位: J ·K-1
② 如图示,体系 从A到B经历两 个不同过程
1)可 逆过 程
A
B
2) 不 可 逆过 程
S1
B A
δQ T
,
1
S2
B δQ
A
T
2
但 S1 S2
因此,可逆过程直接由定义式求S;
不可逆过程应在始终态间设计可逆过程求S。
绝热不可逆
dS 0 绝热可逆
∴ 绝热过程体系的熵永不减少
——熵增加原理 因此,在绝热条件下,体系中一切可能发生 的过程都使体系的熵增大,直至平衡态,体系的 熵达到最大值。
2. 熵判据
隔离体系 δQ 0, δW 0

dU 0, dV 0, δWf 0
不可逆或自发

dS隔离 dSU ,V 0 可逆或平衡
δQ2 T2
δQ1` T1`
δQ2` T2`
L
L
0
若分割足够细,则:
Ñ
δQ T
R
0
结 论 任意可逆循环,其热温商的总和为零。
3.任意可逆过程热温商
p
B
A V
图2-6 任意可逆循环
A 可逆过程 B
B 可逆过程 A
Q
Ñ
δQ T
R
0

B A
δQ T
1
A B
δQ T
2
0
B A
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