燃烧理论基础.ppt

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平衡态所包含的微观态数目最大！
在孤立系统中发生的自发过程总是从包含微观态 数目少的宏观态向含微观态数目多的宏观态转变， 或者说，从热力学几率小的宏观态向热力学几率 大的宏观态过渡。
——热力学第二定律的统计意义
b.熵的统计表述
孤立系统总是从热力学几率小的宏观态向热力学 几率大的宏观态过渡。
温度 ℃
25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
生成焓、反应焓、燃烧焓三者的区别
– 生成焓和燃烧焓均是反应焓的特殊情况； – 当反应物是稳定单质，生成物是一摩尔的
化合物时的反应焓就等于其生成焓； – 当反应物中的燃料为一摩尔时，其参加反
反应焓＝生成物焓的总和 － 反应物焓的总和
燃烧焓：一摩尔的燃料和氧化剂在等温等压条件下 完全燃烧释放的热量。标准状态时的燃烧 焓称为标准燃烧焓。
物质
分子式 状态
一氧化碳 二氧化碳
甲烷 乙炔 乙烯 苯 苯 辛烷 n-辛烷 氧化钙 碳酸钙 氧 氮 碳（石墨） 碳（金刚石） 水 水 乙烷 丙烷
CO CO2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C2H6 C8H18 C8H18 CaO CaCO3 O2 N2
应生成的反应焓就为燃烧焓。
燃烧焓和生成焓的最大区别则在于：燃烧焓是针 对反应物而言，生成焓是针对生成物而言的。
定义要点： ①生成焓为稳定单质反应生成1mol化合物的焓的增量； ② 规定在101kPa压强，测出反应所放出的热量，因为 压强不定，反应焓数值不同；
③ 计算燃烧焓书写燃烧反应的热化学方程式时可燃物一 定是1mol，即可燃物的计量系数一定是1，其他物质的计 量系数可以用分数或小数表示(建议用分数)；
标准热效应（热焓） ： 反应在latm、298K下进行
表示为
H
0 298
，上标‘0’代表1atm标准压力，下
标‘298”代表标准温度298K
吸热为正值，放热为负值
1、生成热（焓）、反应热（焓）、燃烧热（焓）
生成焓：由最稳定的单质化合成标准状态下一摩尔 物质的反应焓。
反应焓：等温等压条件下反应物形成生成物时吸收 或释放的热量。
孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。
孤立系统总是沿着熵增加的方向进行！
玻耳兹曼引入了熵的统计表述：
W 微观态数目
它揭示了熵这个宏观物理量的微观本质
二、燃烧过程能量转换的数量关系
所有的化学反应都伴随着能量的吸收或释放。而能量通 常是以热量的形式出现。当反应体系在等温条件下进行某— 化学反应过程时，除膨胀功外，不作其它功，此时体系吸收 或释放的热量，称为该反应的热效应（热焓）。
第四章 燃烧理论基础
第一节 燃烧反应的热力学基础
一、热力学简单回顾
热力学三定律： 热力学第零定律：热平衡系统具有一个数值上相等
的共同的宏观性质——温度 热力学第一定律：能量守恒定律——热量、功、内能 热力学第二定律：自发过程的方向性——熵增加
1、热力学第二定律的现象
（1）热传导现象 热量自动地从低温物体传递 给高温物体的过程是不可能发生的。
2、燃烧焓的计算——根据标准生成焓计算
1）写出热化学方程式 ； 2）根据质量守恒，确定一摩尔燃料对应下的其它各反
应物和生成物的计量系数；
3）查表确定各反应物和生成物的生成焓； 4）根据下式计算出燃烧焓。
H
0 R298

ni
h
0 f
298i

n jh0f 298 j
i p
jR
例：求甲烷在空气中完全燃烧时的燃烧焓？
h2098 =92.04 kJ／mol
√ ×
×
生成焓一定是由稳定单质化合反应生成1mol物 质的热量。
燃烧焓计算
H2S(g)+1/2O2（g） → H20（l）+S↓，燃烧焓ΔH1；由 于生成的S没有燃烧完全，所以这个反应放出的热量 ΔH1不能作为H2S的燃烧焓。 H2S(g)+3/2O2（g） → H20（l）+SO2（g），ΔH2；这 时水的状态为稳定的液态，而也生成稳定的氧化物SO2， 所以这时的ΔH2就是H2S的燃烧焓。 另外，对于水来说，1mol可燃物完全燃烧必须生成液 态水时放出的热量才能称为燃烧焓，气态水不可以。
C C H2O H2O C2H6 CH
g g g g g g g l g 晶体 晶体
g g 晶体 晶体
g l g g
生成焓 KJ/mol
-110.54 -393.51 -74.85 226.90 52.55 82.93 49.04 -208.45 -249.95 -635.13 -1211.27
0 0 0 1.88 -241.84 -285.85 -84.68 -103.85
判断过程进行的方向（哪些能自发进行，哪些不能）
热力学第二定律
2、熵的定义
（1）克劳修斯的定义：
S Q T
Q为吸收的热量，T为温度。
绝热可逆过程，上式取等号。
（2）熵的统计表述——有序和无序
a.统计意义
N 粒子系统 宏观态
微观态
(r1
v1,
r1
v2
,

rN
vN )
④ 规定可燃物完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量为 标准．
判断下列热化学方程式的反应焓是否为生成焓？
1
1
2 H2 (g) + 2 I2 (s) → HI (g)
h0f 298 = 25.10 kJ／mol
CO
(g)
+
1 2
O2
(g)
→
CO2
(g)
h2098 =-282.84kJ／mol
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
高温物体
热量
低温物体
（2）功变热 例：飞轮
功
热功
热
静止的飞轮由于轴承变冷而使飞轮重 新转动起来的现象是不可能发生的。
（3）自由膨胀
气体决不会自动收缩回容器的左边，而另一边变为真空
（4）扩散
均匀混合的两种气体又自动分离的过程是绝对不会发生的
（5）结论 自然界实际上自发发生的过程（自然过程）都
具有方向性。
CH4(g)+2O2(g)+ 7.52N2(g) CO2(g)+2H2O(l)+ 7.52N2(g)
一个宏观态包含许许多多微观态，假设所有 的微观态其出现的可能性是相同的。
则包含微观态数目多的宏观态出现几率大。
气体自由膨胀，膨胀后气体分子在左右两边可能的分布（四个分子为例）
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宏观态 左4，右0 左3，右1 左2，右2 左1，右3 左0，右4
微观态数目 宏观态出现的几率
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4/16
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