(∑δQr/T)1本學(xué)期授課內(nèi)容:熱力學(xué)第二定律;2.化學(xué)平衡與平衡原理3.電化學(xué)基礎(chǔ);4.化學(xué)分析法實(shí)驗(yàn)課安排:(環(huán)境-">

《工科化學(xué)》課件

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1、工科化學(xué)主講:張曉梅Tel:6632259E-mail:xiaomzhang@aust.edu.cn?∑≥S2–S1>(∑δQr/T)1本學(xué)期授課內(nèi)容:熱力學(xué)第二定律;2.化學(xué)平衡與平衡原理3.電化學(xué)基礎(chǔ);4.化學(xué)分析法實(shí)驗(yàn)課安排:(環(huán)境-1:星期一下午,環(huán)境-2:星期三下午)2~4周:物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)(3個(gè)),本部化學(xué)實(shí)驗(yàn)樓3樓第二周:燃燒熱測(cè)定第三周,第四周:飽和蒸汽壓測(cè)定,溶液粘度測(cè)定6~18周:分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)(西校區(qū))2熱力學(xué)第二定律第六章3絕熱過程●特點(diǎn):Q=0,W=?U若氣體膨脹對(duì)環(huán)境做功,必消耗自身能量,

2、使熱力學(xué)能減少,溫度降低。由于理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù),故若CV,m為常數(shù),則所做功為:而絕熱可逆過程方程:4對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的方向和反應(yīng)進(jìn)行的程度問題,熱力學(xué)第一定律無法解決,如:給定始終態(tài)后,第一定律只可指出正反應(yīng)的與逆反應(yīng)數(shù)值相等但符號(hào)相反。至于在指定條件下,反應(yīng)自發(fā)向哪個(gè)方向進(jìn)行及反應(yīng)進(jìn)行程度,需第二定律解決。5自發(fā)變化的共同特征:不可逆性所謂“自發(fā)變化”,指能夠自動(dòng)發(fā)生的變化,即無須外力幫助,任其自然,就可發(fā)生的變化。而自發(fā)過程的逆過程不能自發(fā)進(jìn)行。如:(1)IG自由膨脹;(2)熱由高溫物體傳入低溫

3、物體;(3)擴(kuò)散過程:各部分濃度不同的溶液,自動(dòng)擴(kuò)散, 最后達(dá)到濃度均勻;(4)鋅片投入硫酸銅溶液中引起置換反應(yīng):上述變化過程的逆過程都不會(huì)自發(fā)進(jìn)行。因此,“自發(fā)過程乃是熱力學(xué)不可逆過程”。6注意:自發(fā)變化都不會(huì)自動(dòng)逆向進(jìn)行,并不意味著它根本不能進(jìn)行。借助于外力,可以使一個(gè)自動(dòng)變化逆向進(jìn)行。如:IG自由膨脹:7又如:熱完全轉(zhuǎn)化為功而不留下影響是不可能的,因此,逆向過程不自發(fā)。8因此,自發(fā)變化是否可逆的問題,即是否可以使體系和環(huán)境都完全復(fù)原而不留下任何影響的問題,都可轉(zhuǎn)換為能否“從單一熱源吸熱,并全部轉(zhuǎn)化為功而不引

4、起其它變化”的問題。實(shí)驗(yàn)證明,后一過程不可能實(shí)現(xiàn)。結(jié)論:一個(gè)自發(fā)變化發(fā)生后,不可能使體系和環(huán)境都回復(fù)原狀而不留下任何影響,也即,自發(fā)變化是不可逆的。9第一節(jié)熱力學(xué)第二定律一、熱機(jī)效率η熱力學(xué)第二定律是在蒸汽機(jī)發(fā)展的推動(dòng)下建立起來的。十九世紀(jì)初葉,蒸汽機(jī)的使用在工業(yè)上起了很大作用,人們總希望制造性能良好的熱機(jī),最大限度地提高熱機(jī)效率,即:消耗一定量的燃料能得到最大的機(jī)械功。10定義:熱機(jī)效率η(efficiencyoftheheatengine)為熱機(jī)進(jìn)行一次循環(huán)過程所做的功W與從高溫?zé)嵩次諢崃縌1之比,則:11

5、考慮一個(gè)問題:熱機(jī)效率η能否無限地提高?例如:能不能不放熱,即設(shè)Q2=0,則-W=Q1,η=1。這種機(jī)器在歷史上稱為第二類永動(dòng)機(jī),它是從單一熱源吸熱,并全部轉(zhuǎn)化為功,η達(dá)100%。又如:能不能使Q2重新從低溫?zé)嵩春?jiǎn)單地傳給高溫?zé)嵩?其凈結(jié)果仍然是只從一個(gè)熱源吸熱,并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。?jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐,這些想法都被否定了。12二、熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律(thesecondLawofthermodynamics)的表述有多種,下面是兩種著名的說法,克氏說法和開氏說法?!锟藙谛匏?R.Clausius)說法(1850年

6、):熱不可能自動(dòng)地從低溫物體傳給高溫物體。★開爾文(L.Kelvin)說法(1851年):不可能從單一熱源吸熱使之完全轉(zhuǎn)化為工而不引起其它變化,即不可能造出第二類永動(dòng)機(jī)??耸险f法是指明熱傳導(dǎo)的不可逆性,開氏說法是指明摩擦生熱過程的不可逆性,這兩種說法實(shí)際上是等效的。13對(duì)第二定律的兩種說法進(jìn)行分析,可得出兩個(gè)重要的結(jié)論:(1)當(dāng)熱從高溫物體傳給低溫物體,或者功轉(zhuǎn)變?yōu)闊?例如摩擦生熱)后,將再也不能簡(jiǎn)單地逆轉(zhuǎn)而完全復(fù)原了。也即,這兩過程是兩種典型的不可逆過程。(2)在這兩種典型的不可逆過程之間,有著內(nèi)在的聯(lián)系。因此

7、,如果肯定熱從高溫物體傳給低溫物體是不可逆過程,即肯定克氏說法,按照等價(jià)的開氏說法,功轉(zhuǎn)化為熱也必定是不可逆的。14在以上討論中,應(yīng)注意:并不是熱不能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γㄕ羝麢C(jī)的作用就是把熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ?,也沒有說熱不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ↖G的等溫膨脹,熱就全部變?yōu)楣ΓJ聦?shí)上,不是熱不能完全轉(zhuǎn)化為功,而是在不引起其它變化的條件下,熱不能完全變成功。這個(gè)條件是決不可少的。15第二節(jié)卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán)為了提高熱機(jī)效率,1824年,法國(guó)的青年工程師卡諾(S.Carnot)設(shè)想了用四個(gè)可逆步驟構(gòu)成的循環(huán)過程。他以IG為工作介

8、質(zhì),在兩個(gè)熱源之間進(jìn)行循環(huán)。由卡諾循環(huán)構(gòu)成的熱機(jī)為理想熱機(jī)。卡諾循環(huán)示意圖16(一)定溫可逆膨脹將氣缸與溫度為T1的高溫?zé)嵩唇佑|,令氣缸中物質(zhì)的量為n的理想氣體從始態(tài)1(T1,p1,V1)定溫可逆膨脹到態(tài)2(T1,p2,V2)。在此過程中,系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次樟薗1的熱,同時(shí)對(duì)環(huán)境作功為W1(1→2)。由于是理想氣體定溫可逆過程,故(二)絕熱可逆膨脹(Q=0)17(三)定溫

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