工程化学课件5

解 查表2. 8知，25℃ 时水的饱和蒸气压为 3. 167 kPa。 按式(2. 10)计算得相对湿度为： 相对湿度= 2. 154 kPa／3. 167 kPa ×100% = 68% 结论： 温度、相对湿度都在正常范围之内，适合于计算 机工作。
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小结
25℃ 时水的 Kwθ = 1. 00×10–14 Kwθ 值随温度的升高而增大 用 H+ 浓度的负对数来表示，称为pH 稀溶液的依数性(蒸气压降低、凝固点下降、沸点升高、 具有渗透压) 表面活性物质的分类、结构(P５3表2.11) HLB值与应用(P５５表2.12) 乳状液的概念及类型(W/O、O/W) 理想气体状态方程 混合气体的分压力;分体积 大气相对湿度定义
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表2. 13 气 体
高压气体钢瓶的颜色 钢瓶外表颜色 字样颜色
氧气 氢气 氮气 氨气 压缩空气 氯气 二氧化碳 氩气 乙炔 石油气
天蓝 绿 黑 黄 黑 黄 灰 灰 白 灰
黑 红 黄 黑 白 白 黄 绿 红 红
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二、大气相对湿度
绝对湿度
水蒸气是由液态水蒸发或固态冰升华而成的气态水。地球上的 海洋、江、湖充满了水及冰，水蒸气是大气中不可忽视的组成成 分。水蒸气在大气中的含量多少，表达了大气的干湿程度，简称 湿度。单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。 例如，20℃空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米的空气中含 有的水蒸气质量为：
pVM 2 339 Pa 1 m3 18.01g mol1 m(H 2O) 17.28 g 1 1 RT 8. 314 J mol K 298.15 K
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相对湿度
大气中水蒸气的分压力和同温度下水的饱和蒸气压的百分比 值称为相对湿度。
相对湿度
pH 2O p
* H 2O
V VB nB ( RT / p)
B B
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工业用气
工业和实验室中，实际气体一般用压力钢瓶贮运。 如果贮存氢气的钢瓶体积 40 dm3，压力为 14. 7 MPa， 则它相当于常温（25℃）、常压（101. 325 kPa）下的 5. 88 m3。钢瓶中的高压气体不能用理想气体状态方 程计算，需用更复杂的实际气体状态方程计算。钢瓶 用无缝合金钢或碳素钢制成。高压气体钢瓶的外表颜 色和字样颜色都有专门规定。
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一、热化学能的变化
热力学能以前称内能，符号为U，具有能量单位（J 或 kJ）。热力学能 U 仅是原子及其结合态粒子在运动 时所表现出来的动能、势能之和，它没有包括核能和 物质更深层次的能量。 热力学能的绝对值也无法确定，但它们的变化 U 却 十分有用。 气体研究表明，只要温度 T、压力P、体积V和物质 的量n等状态因素被确定时，U值也被确定；对液体、 固体常忽略它的体积V的变化。所以，热力学能 U 是 系统的状态函数，系统状态变化时热力学能改变 U 仅 与始、终状态有关而与过程的具体途径无关。
2. 4 气体
学习要求
1．从能量角度认识物质由固态→液态→气态→等离 子态的转变。了解等离子态的形成和组成，了解等离 子体的应用。 2．掌握理想气体状态方程及其用于实际气体的条件； 了解常用气体钢瓶的规定和使用。 3．掌握大气湿度概念和相对湿度的计算。 4．了解酸雨的成因；掌握酸雨的 pH 值范围；理解温 室气体和温室效应；理解臭氧层出现空洞的原因、危 害和预防措施。 5．理解气溶胶概念，了解其造成的危害。 1
100%
大气温度和相对湿度对于植物生长、文物保护、仪器仪表使 用、建筑施工质量等都有重要的影响。比如，我国故宫地下文 物库房要求温度控制在14. 5℃～16. 5℃，相对湿度控制在 45%～55%之间。计算机合适的工作环境为：室温15℃～35℃， 相对湿度为 20%～80%。
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例2.2 经测定，某计算机用房的室温为25℃，实际水蒸气压 力为 2. 154 kPa，问此房是否适合于计算机工作?
一、理想气体和实际气体
气体没有固定形状，但可用压力(p)、体积(V)和温度 (T)来衡量气体所处的状态。气体的p、V、T和物质的量 n之间的定量关系式称为状态方程，在工程计算中很常 用。
理想气体状态方程表示为：
pV nRT
(2. 7)
理想气体在微观上具有两个特征：分子本身不占体积； 分子间没有相互作用力，其系统的势能可忽略。
热力学中将 (U + pV) 定义为焓，量符号为 H，
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即
H = U + pV
焓 H 在系统状态变化过程中的变化值就是H，H 在热力学中称焓变，即 Qp = H2 H1 = H
焓的变化 ΔH 在数值上等于等压过程中吸收或放出 的热量，即 H＞0，表示系统吸热，H＜0，表示系 统放热。
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热和功的性质 Q > 0，表明系统对环境吸热； Q < 0，系统对环境放热； w > 0，系统接受环境作功； w < 0，系统对环境作出功。
如果把功分为两大类：由于系统体积变化而与环境交换的 功称体积功 pV；除体积功以外的所有其他功都称为非体积功 w（如电功 we ）。
因此
w = pV + w
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1. 恒容反应热 QV 与热力学能变化 U
因恒容过程 V = 0，所以其体积功 pV 必为零。在 没有非体积功时，则过程的总功 w 为零。根据热力学 第一定律(4-1)式就变成：
QV = U = U2 U1 上式说明，恒容过程中系统的热量变化 QV 全部变成 的热力学能改变U。
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3、热力学能变化 U 和焓变 H 的关系
U (Qv) 和H (Qp) 都是系统中原子及其分子等结合态 动能、势能变化的总和，也就是系统总能量的变化。
将 Qp = H2 H1 = H 代入 U = Q + w = Qp + ( pV) 可得： U = H pV
当反应物和生成物都为固态和液态时，反应的 pV 值很小，可忽略不计，
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实际气体
理想气体是一种理想的假设，在自然界不可能存在， 但它是一切实际气体在极限情况下（p→0）具有的共 性。温度较高、压力较低的实际气体，可以近似为理 想气体，用式(2. 7) 所算得的结果与实际测量值相差不 大。例如，在400℃时，1. 0 mol水蒸气占据 22. 4 dm3 时的实际压力为 248 kPa，式(2. 7) 算得 249 kPa，两者 十分接近。
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目 录
4. 1 热化学与能量转化 4. 2 化学反应的方向和限度 4. 3 化学平衡和反应速率
4. 4 氧化还原反应和能源的开发和利用
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4. 1 热化学与能量转化
学 习 要 求
1．理解反应物和生成物的物质的量、聚集状态、压力、浓度、 温度等决定了化学反应系统的状态，每一个确定的状态有确定 的能量；明确 H，U 是不同过程系统中始态与终态的原子及 其结合态总能量改变。 2．掌握能量守恒和转化关系式 U = U2 – U1 = Q + W 的各符号 名称、意义和正负值的确定。 3．明确 Qp、Qv、f Hm、r Hm 、r Hm等各符号的名称、意 义。 4．掌握 r Hm (298 K)的计算，明确 r Hm (T)≈r Hm (298 K) 的应用。
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热力学第一定律
焦耳等发现的热力学第一定律又称能量守恒定律，它可表述 为：能量的形式可以相互转化，但不会凭空产生，也不会自行 消失。 热力学第一定律的数学表达式为：
U – (Q + w) = 0
或
U = Q + w
(4-1)
式中的 Q 称为热，它是系统与环境之间因存在温度差异而交换 的能量，一般它可以有等压和等容两种不同途径（过程）所产 生。热量是大量介观物质微粒以无序运动的方式而传递的能量。 式中的 w 称为功，它是系统与环境之间以体积功、电功等交换 的能量。功可由大量介观微粒占据的空间体积变化或介观微粒 内的电子转移传递产生，也与途径（或过程）有关。
故 H U 。
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有气体参与的化学反应 对有气体参加或生成的化学反应，pV值较大，但又 把温度不太低、压力不太高的实际气体近似为理想气 体，那么在两个状态下： 状态I，气态反应物的状态方程式为 p1V1 = n1RT； 状态II，气态生成物的状态方程式：p2V2 = n2RT； 在等温等压条件下，有： p1= p2 = p，T1 = T2 = T，pV= nRT 即 其中 H = U + n (g)RT
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小结
• 会命名配位化合物和会写化学式 • 可以找出配位中心、配体、配位原子和 配位数、螯和物 • 知道高分子的链节、聚合度 • 了解按主链对高分子分类 • 知道一些常见的高分子单体
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小节
• 离子晶体(活泼金属的含氧酸盐、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化物、氧化物)
离子间作用力 可比较离子晶体的熔点高低
• 分子晶体(非金属元素组成的共价化合物)
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小结
原子半径的变化规律 会计算有效核电荷 能够判断元素金属性强弱 电负性 氧化值
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小节
• 化学键(离子键、共价键) • 离子键本质是静电力(电荷越大、距离越小，键越强)， 离子键没有方向性；离子键没有饱和性 • 共价键具有饱和性和方向性 • 共价键的类型 • 电子配对理论 • 杂化轨道理论 • 配位键 • 范德华力 • 氢键
热和功都不是系统的状态函数，除状态外还与系统状 态变化的具体途径有关。 23
例4-1 某过程中，系统从环境吸收 40 kJ 的热，对环境做功 20 kJ，求该过程中系统的热力学能变。
解： 由热力学第一定律(4–1)式解得：
U(系统) = Q + W = 40 kJ + (20 kJ )= 20 kJ
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分压与分体积 在工程应用中遇到的通常是气体混合物。某一组分B 的物质的量分数（yB）与混合气体总压力（p）的乘积 称为该组分在混合气体中的分压力（pB= yB p），简称 分压。