轴水泥搅拌桩(完成稿)ppt课件

1、 第第2章章 热力学第一定律热力学第一定律2.1 热力学概论热力学概论2.2 热力学的一些根本概念热力学的一些根本概念2.3 热力学第一定律热力学第一定律2.4 焓和热容焓和热容2.5 理想气体的热力学能和焓理想气体的热力学能和焓2.6 几种热效应几种热效应2.7 化学反响的焓变化学反响的焓变2.1.1 热力学的研讨对象热力学的研讨对象初期主要研讨热和机械功之间的初期主要研讨热和机械功之间的相互转化关系相互转化关系 Joule自自1840起，用各种不同方法起，用各种不同方法研讨热和功的转换关系，历经研讨热和功的转换关系，历经40余年，得出热功当量：余年，得出热功当量：1 cal=4.184 J

2、 热力学第一定律：能量守恒定律热力学第一定律：能量守恒定律1850年，年，Kelvin,Clausius热力热力学第二定律：学第二定律： 2.1 热力学概论热力学概论Joule 18181889 英国物理学家英国物理学家热力学能热力学能U U焓焓H H熵熵S S亥姆霍茨函数亥姆霍茨函数A A吉布斯函数吉布斯函数G G总结总结提高提高归纳归纳引出或引出或定义出定义出热力学实践根底热力学实践根底热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律热力学公热力学公式或结论式或结论生活实践生活实践消费实践消费实践科学实验科学实验阅历阅历总结总结p,V,T 变化过程变化过程相变化过程相变化过程化学变

3、化等过程化学变化等过程能量效应能量效应( (功与热功与热) )过程的方向与限制过程的方向与限制处置处置的的压力压力p p体积体积V V温度温度T T可由实可由实验测定验测定即有关能量守恒即有关能量守恒和物质平衡的规律和物质平衡的规律演演绎绎逻逻辑辑推推理理 2. 1.2 热力学的研讨方法和局限性热力学的研讨方法和局限性热力学方法特点热力学方法特点:研讨对象是大数量分子的集合体，研讨其宏观性质，所研讨对象是大数量分子的集合体，研讨其宏观性质，所得结论具有统计意义。得结论具有统计意义。在一定条件下，能判变化能否发生以及进展到什么程度，在一定条件下，能判变化能否发生以及进展到什么程度，但不思索变化所

4、需求的时间。但不思索变化所需求的时间。只思索变化前后的净结果，不思索变化的细节和物质的只思索变化前后的净结果，不思索变化的细节和物质的微观构造。微观构造。热力学研讨的局限性热力学研讨的局限性:经过热力研讨可以知道：经过热力研讨可以知道：热力学研讨以为正向反响的趋势很大，反响根本可以进展热力学研讨以为正向反响的趋势很大，反响根本可以进展终究，逆反响的趋势极小终究，逆反响的趋势极小 反响一旦发生，可以计算出反响热和平衡常数反响一旦发生，可以计算出反响热和平衡常数 知道添加压力、降低温度对正反响有利知道添加压力、降低温度对正反响有利 无法阐明：无法阐明：如何使反响发生，反响有多少种途径如何使反响发生

5、，反响有多少种途径反响的速率是多少，反响的历程如何等反响的速率是多少，反响的历程如何等 2221H (g)O (g)H O(l)2热力学研讨的必要性：热力学研讨的必要性：当合成一个新产品时，首先要用热力学方法判别一下，当合成一个新产品时，首先要用热力学方法判别一下，该反响能否进展，假设热力学以为不能进展，就不用去该反响能否进展，假设热力学以为不能进展，就不用去浪费精神浪费精神热力学给出的反响限制，是实践上的最高值，只能设法热力学给出的反响限制，是实践上的最高值，只能设法尽量接近它，而绝不可以跨越它尽量接近它，而绝不可以跨越它热力学研讨对指点科学研讨和消费实践无疑有重要的意热力学研讨对指点科学研

6、讨和消费实践无疑有重要的意义义2.2.1 系统和环境系统和环境 2.2 热力学的一些根本概念热力学的一些根本概念环境环境系统系统(1) 敞开系统敞开系统物质物质能量能量(2) 封锁系统封锁系统(3) 隔离系统孤立系统隔离系统孤立系统被划定被划定的研讨的研讨对象称对象称为系统为系统与系统亲密相与系统亲密相关、有相互作关、有相互作用或影响所能用或影响所能及的部分称为及的部分称为环境。环境。2.2.2 系统的宏观性质系统的宏观性质 用系统的一些宏观可丈量来描画系统的热力学外形，这些可丈量称为系统的宏观性质。强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性。如强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性。

7、如T T、 p p、 广延性质：容量性质，与系统中所含物质的量有关，有广延性质：容量性质，与系统中所含物质的量有关，有加和性。如加和性。如V V、U U、H H 等，如强度性质，另一种广度性质一种广度性质VmnVVm 2.2.3 相相定义：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。定义：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。均相系统均相系统(单相系统单相系统)系统中只含一个相；系统中只含一个相；非均相系统非均相系统(多相系统多相系统)系统中含有两个及两个以上的相。系统中含有两个及两个以上的相。2.2.4 热力学平衡态热力学平衡态系统的各种性质不再随时间而改动。系统的各种性质不再随时间而改动。 0dtd

8、n 40dtdp 20dtdn 30dtdT 1j . ii 相平衡相平衡）（力平衡力平衡）（化学平衡化学平衡）（热平衡热平衡）（同时有：同时有：热平衡：系统各部分热平衡：系统各部分T T 相等；假设不绝热相等；假设不绝热, ,那么那么T T系统系统= T= T环环境。境。力平衡：系统各部分力平衡：系统各部分p p 相等；边境不相对位移。相等；边境不相对位移。2.2.5 外形函数外形函数定态定值定态定值 XA = const殊途同归，变值相等殊途同归，变值相等初态1001PH2O(l)终态1001PH2O(g)1P真空蒸发真空蒸发X2X1A。B。IXAB.I= XAB.IIII(3) 周而复始

9、，变值为零周而复始，变值为零 X 0系统的外形系统的外形: 系统所处的样子。用宏观性质描画系统的外形。系统所处的样子。用宏观性质描画系统的外形。宏观性质也称为系统的外形函数。宏观性质也称为系统的外形函数。(4)系统宏观性质彼此之间相互关联，如系统宏观性质彼此之间相互关联，如pnRTV 理想气体理想气体 外形函数是外形的单值函数，外形定了，一切的外形函外形函数是外形的单值函数，外形定了，一切的外形函数都有定值。外形函数在数学上具有全微分的性质数都有定值。外形函数在数学上具有全微分的性质yyZxxZzxyddd以以 V = f (p,T ) V = f (p,T ) 为例为例TTVppVVpTdd

10、d假设假设Z = f (xZ = f (x、y ), y ), 那么其全微分为那么其全微分为2.2.6 过程和途径过程和途径过程：系统在一定条件下发生的变化。过程：系统在一定条件下发生的变化。 几种主要的几种主要的P、V、T变化过程变化过程定温过程定温过程 ( )T 定压过程定压过程 ( )P 定容过程定容过程 ( )V绝热过程绝热过程 ( ) q循环过程循环过程 对抗恒定外压过程对抗恒定外压过程 p = const 自在膨胀过程自在膨胀过程 p = 0 气体气体 真空真空气体向真空膨胀气体向真空膨胀途径：始态途径：始态 - - - - 终态终态 系统所阅历详细的步骤。系统所阅历详细的步骤。例

11、：例：25 1 P的的1mol H2O(l) 变化成为变化成为H2O (g)初态251PH2O(l)终态1001PH2O(g)1001PH2O(l)( )P( )P25pH2O(g)( )T( )V始态ACB终态Y途径I途径II外形函数外形函数的改动量的改动量终态的外形终态的外形函数的量值函数的量值始态的外形始态的外形函数的量值函数的量值外形函数法外形函数法2.3.1 热热:热的本质是大量分子无规那么运动的一种表现热的本质是大量分子无规那么运动的一种表现 2.3 热力学第一定律热力学第一定律系统吸热，系统吸热，Q0 ;系统放热，系统放热，Q0W0Q0对环境做功对环境做功对系统做功对系统做功环境

12、环境 U 0 U 0， U0 (2) 以水为系统以水为系统Q0，W=0， U0 (3) 以电阻丝为系统以电阻丝为系统Q0， U 或或=0 (4) 以电池和电阻丝为系统以电池和电阻丝为系统Q0，W=0， UpV = const例：例：1mol 0 101.3kPa的的N2气体气体计算经以下过程的计算经以下过程的Q、W 、U 及及H(1) ( )V下加热至压力为下加热至压力为152.0kPa；(2)( )p 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 ；(3) ( )T.r 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 ；(4) ( )q.r 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 解：解：(1) ( )VW = 0constpT K9

13、 .4092 .2733 .1010 .152TppT1122 QV =U= nCV.m(T2- T1) =2.5 8.314 (409.9-273.2)=2.841 kJH= nCP.m(T2- T1) =3.5 8.314 (409.9-273.2)=3.978 kJ(2) ( )pW = - p(V2-V1) = - p(2V1-V1)= - p1V1= -RT1= -8.314 273.15 = -2.271 kJ11122T2TVVT U = nCV.m(T2- T1) =2.5 8.314 273.2=5.678 kJQP = H =nCp.m(T2- T1)=1.4 5.677

14、= 7.950 kJ例：例：1mol 0 101.3kPa的的N2气体气体计算经以下过程的计算经以下过程的Q、W 、U 及及H(1) ( )V下加热至压力为下加热至压力为152.0kPa；(2)( )p 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 ；(3) ( )T.R 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 ；(4) ( )q.R 下膨胀至下膨胀至V2=2V1 解：解： (3) ( )T.r U = H = 012VVVVnRTlnpdVW21= -8.314 273.2 ln2 = -1.574 kJQ = - W = 1.574 kJ(4) ( )q.R Q = 0T2V2-1= T1V1-111212TVVT

15、 = 0.5 0.4 273.2 = 207.0 KU = nCV.m(T2-T1) = 2.5 8.314 (207-273.2) = -1.376 kJH= nCP.m(T2-T1)= 3.5 8.314 (207-273.2) = -1.926 kJW = U = -1.376 kJ练习：某理想气体，其练习：某理想气体，其CV,m = 20 Jmol1K1，现有该，现有该气体气体10 mol处于处于283 K，采取以下不同途径升温至，采取以下不同途径升温至566 K。试计算各个过程的。试计算各个过程的Q，W， U， H，并比较之。，并比较之。( 1 )体积坚持不变；体积坚持不变；( 2

16、)系统与环境无热交换；系统与环境无热交换；( 3 )压力坚持不变。压力坚持不变。 解：( 1 )dV = 0，W = 0。 QV = U1 = n CV,m ( T2T1 ) = ( 1020283 ) J = 56.6 kJ H1 = n Cp,m ( T2T1 ) = 10(208.314)283 J = 80.129 kJ ( 2 )Q = 0， U2 = U1 = 56.6 kJ， H2 = H1 = 80.129 kJ W = U2 = 56.6 kJ ( 3 )dp = 0， U3 = U1 = 56.6 kJ H3 = H1 = 80.129 kJ Qp = H3 = 80.12

17、9 kJ23.529kJ)TnR(T)Vp(VpdVW2112VV21 2.5.4 Joule-Thomson 实验实验1843年年Joule的气体自在膨胀实验是不够准确的的气体自在膨胀实验是不够准确的1852年年Joule和和Thomson 设计了新的实验，称为节流过程。设计了新的实验，称为节流过程。Thomson 即即 Kelvin 18241907 英国物理学家英国物理学家 他在热学、电磁学、流膂力学、他在热学、电磁学、流膂力学、光学、地球物理、数学、工程运用等光学、地球物理、数学、工程运用等方面都做出了奉献方面都做出了奉献 1848年创建了热力学温标，年创建了热力学温标，Kelvin开

18、氏温标开氏温标1851年他又提出了热力学第二定律。年他又提出了热力学第二定律。 紧缩区多孔塞膨胀区ipfpiii,p V T紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfp紧缩区多孔塞膨胀区ipfpfff,p V T1. 节流过程动态图节流过程动态图绝热筒左边气体紧缩时，系统得到的功：左边气体紧缩时，系统得到的功：右边气体膨胀，系统做的功为：右边气体膨胀，系统做的功为：2. 节流过程特点节流过程特点Q = 0Wi-pi V=- pi(0-Vi)=piViWf-pf V=- pf(Vf-0

19、)=-pfVfWWi+Wf=piVi-pfVf U = W Uf Ui = piVi - pfVf Ui + piVi = Uf + pfVf 即即 Hi = Hf 定定焓过程焓过程ipfpfff, ,p V Tiii, ,p V T3. 焦焦-汤系数汤系数HTJpT 定义定义 p0Tp0Tp0不变不变普通常温下实际气体的普通常温下实际气体的 J-T0，所以用节流方法可以使，所以用节流方法可以使空气液化为液氮和液氧。空气液化为液氮和液氧。常温下，常温下，H2, He的的 J-TVs,lW - pVg= -nRT(3) 相变化过程的相变化过程的U U = Q + W = H - p(V-V)Vg

20、Vs,lU = H pV H pVg= H nRT假设假设 s, l g 例：例：1mol水水100 ，101325Pa下的汽化热为下的汽化热为40.67kJ/mol，求以下过程求以下过程Q、W、 U、 H。100 p 1mol H2O(l)( ) T.P100 p1mol H2O(g)(1)(p=101325Pa)解：解： Q = QP=H= 40.67 kJU =H -nRT = 40670 8.314 373.2= 37.57 kJW = psuV pVg = RT = 8.314 373.2 = 3.103 kJ100 p 1mol H2O(l)真空蒸发真空蒸发100 p1mol H2

21、O(g)(2)(p=101325Pa)解：解： H= 40.67kJ U = 37.57 kJW = 0Q = U = 37.57 kJ(1) 等压等压反响物反响物n1,T1, p1,V11pQH (2) 等容等容2VQU (3) 等温等温 p,V 变化变化3U30U12UU 12Hp VU pVQQnRTrrHUnRT 产物产物n2,T1, p1,V2产物产物n2,T1, p2,V12.6.2 化学反响热化学反响热化学反响热：系统内反响物与产物的温度一样，反响所产化学反响热：系统内反响物与产物的温度一样，反响所产生的净的热效应生的净的热效应1.反响前后的物质都是凝聚相反响前后的物质都是凝聚相2.参与反响的气体可看成理想气体参与反响