《热化学能源》PPT课件.ppt

1、大飞机大功率火箭液氢氧发动机，大功率高能燃料(热能转化为动能)反应释放热量(越多越好)如何得到反应热(测量或修正)，在298.15K下H2 1/2O2 H2O能释放多少热量两个基本概念：研究系统和环境，如晶体硫酸铜的溶解过程时，可以以晶体硫酸铜和水溶液为系统，环境为三角瓶和瓶外的周围物质，1.1反应热效应的测定，系统和环境的关系，系统和环境之间物质交换和能量交换开放系统， 在系统和环境之间的系统和环境之间既没有物质交换也没有能量交换的孤立系统(也称为封闭和隔热系统)，根据系统和环境之间进行的物质和能量交换的不同，可以将系统分为开放系统、封闭系统和孤立系统3种因此，不同的研究工作可以改变系统和环

2、境的范围。 图：选择硫酸铜晶体作为研究对象(系统)时，水、三角瓶及瓶外物质均为环境，以装有硫酸铜溶液的三角瓶内整体物质为研究对象(系统)时，只有三角瓶及瓶外物质为环境。 式中，b是指反应式中的物质的化学式，nB是反应式中的物质b的化学计量数，是无量纲的纯数。 b为生成物时，其值取正值，b为反应物时，其值取负值。 相对于反应： N2 3H2=2NH3，n (NH3)= 2，n (N2)=-1，n(h2)=-3， 0=，反应通式以合成氨反应为例，通常将其化学反应修正量方程式写成N2 3H2=2NH3的上式，0=2NH3- N2 - 3H2化学反应修正量方程式可以如下式表示：反应进行度(了解):记述

3、任一时刻的反应进行程度的量在可以用符号(读)表示的反应0=d=dnB/n B的式子中，nB是b的物质的量，nB是物质b的化学计量数dnB=n B d积分：从0=0到nB ()- nB (0 )=n B (- 0 )是nnb，例题合成氨反应： n23 h2=2NH3n (NH3n ) 在=-1n(h2)=-3n(nh3)=20的情况下，当1mol N2和3mol H2对系统进行反应而生成2mol NH3时，该反应的进度如下。=n(N2)/n (N2)=-1mol/-1=1mol对H2=n(H2)/n (H2)=-3mol/-3=1mol对反应的进行度不同的反应的进行度=1mol时，说进行了1mo

4、l的化学反应或摩尔反应，相、相思考题：下图的试管内的物质由几相构成？思考题：下图的复合材料有几相？ a:1、系统中的气体无论是纯气体还是混合气体都是单相系统。 2 .对于系统中的液体来说，如果是由纯粹的液体或完全相容的2种液体组成的溶液，如果是单相系统，则是由相互不相容的几种液体组成的溶液，则是两相或多相系。 3 .对于系统中的固体来说，无论固体分散得多细，只要存在相界面，各自的固体就是一相。 例如，糖和食盐的混合物是两相的。 根据以上三个思考问题，可以总结出什么样的规律，可逆过程，某个系统(系统)经过某个过程，从状态变为状态后，当系统沿着过程的逆过程恢复到原来的状态时，原来的过程对环境的一切

5、影响同时消除(即这是理想化的过程例子：气体在非常缓慢地膨胀或压缩的过程中没有任何消散，例如没有摩擦引起的能量耗散等，这一过程是可逆的过程。 反应热效应，定义：化学反应时系统释放或吸收的热量称为该反应的反应热效应，简称热效应或反应热。 用符号q表示，单位为焦耳(j )。 分类：定容(或等容)热效应定压(或等压)热效应，定容热效应定义：系统体积不变，即定容条件下的反应热效应称为定容热效应，用符号qV表示，定压热效应定义：系统压力不变，即定压条件下的反应热效应热效应的测量可以通过弹性热量校正来测量定容热效应。 问题是无法通过直接实验测量的反应。 例c (石墨)1/2 O2(g)=CO(g )怎么知道

6、反应的热效果呢？ 为什么不能直接用实验测定反应c (石墨)1/2 O2(g)=CO(g )的反应热？ 1.2反应热效应的理论修正计算中，在101.325kPa和298.15K下，1 mol C (石墨)和O2(g )完全燃烧生成CO2(g )有以下2条路径：路径1和路径2的热效应之间有什么关系？ 1840年瑞士籍俄罗斯化学家盖斯在分析定压下反应热效应的大量实验结果的基础上总结的重要法则是盖斯法则。 盖斯定律在定压或定容条件下，总反应的热效应只与反应的开始状态和结束状态(包括温度、反应物和生成物的量和凝聚状态等)有关，与变化的路径无关。 根据高斯定律，这两条路径的热效应必须等于qp1(298.1

7、5 k )=qp2(298.15 k ) qp3(298.15 k )=qp2(298.15 k )-qp3(298.15 k )。 c (石墨)1/2 O2(g)=CO(g) qp=-110.5kJmol-1在每摩尔石墨不完全燃烧时释放的能量是110.5kJ，仅是完全燃烧(qp=-因此，石墨的完全燃烧不仅更经济，而且环境污染这是热化学方程式(化学反应和热效应的关系)。 热效应与温度、压力等状态有关，请写下状态。 上式表示，在实验温度298.15K和定压101.325kPa的条件下石墨不完全燃烧时，c (石墨)1/2 O2(g)=CO(g (每g摩尔放出110.5kJ的热量。 问题1如果反应c

8、 (石墨)的1/2 O2(g)=CO(g )的系数乘以2，qp也会变化吗？ qp的意义：以这个反应物的量的比例反应时放出的热量。 也就是每摩尔的意思。 2盖乌斯定律有什么用？ 3反应c (石墨)1/2 O2(g)=CO(g )的热效应的获得采用了什么样的科学方法？ a :要描述归纳和演绎、1.2.2能量守恒定律、CO2气体的状态，通常可以用压力p、体积v、物质的量n和温度t来描述。 当这些物理量(即性质)确定时，CO2气体的状态也确定，即，当系统处于恒定状态并且这些量中的任何一个的性质、例如压力p发生变化时，CO2气体的状态也随之变化。 由此可知，对于气体来说，气体的压力p、体积v、物质的量n

9、、温度t等是状态函数。 用于决定这些系统状态性质的物理量称为状态函数。 如果状态函数的特性、状态一定，状态函数具有确定值的状态发生了变化，则状态函数的数值变化量与状态的起始状态和终止状态无关，与状态变化的路径无关，如非状态函数定义：数值的大小和路径无关，问题：热q和功w是状态函数吗？ /在某烧酒中加入1000g水，在101325Pa的压力下使温度从293K上升到294K。路径一3360加热路径二3360搅拌，内能(现称为热力学能)是系统内部的各种能量的总和，包含系统中的分子、原子或离子等微粒子的动能、势能及原子能等，用符号u表示。 性质：内能量的绝对数量不能测量(即不知道)。 我们只关心内部能

10、量的变化量，只能得到相对值。 在符号u中，内能是系统的性质。 因此，它是状态，即内能是状态函数，并且具有状态函数的特性。反证法：当假设u不是状态函数的路径1 U1路径2 U2与路径相关并且U1U2设置U1U2校正周期A 1B 2A时，在每个周期中产生额外的能量这与能量守恒定律相反，能量守恒定律，定义：能量守恒定律也被称为热力学第一定律。 实例：在火箭推进器中燃料燃烧，将化学能变换为热能，变换为火箭运动的动能，在水电站中将水的势能变换为电能，在能量守恒定律的公式，U=q W，注意，在热力学中系统从环境吸热时， q采取负值环境对系统工作时，如果讨论热力学第一定律，系统不工作不与外部进行热交换，内能

11、就会变为零。 如果系统不与外部进行热交换，外部进行工作w，则q=0 U=W系统只与外界进行热交换而不工作，从外界吸收q，即W=0，U=q系统将状态1时的内能设为U1，该系统吸收热500J后再工作于环境如果内能变为U2的状态2，则该系统的内能变为U=W，在定压或定容下只进行体积功的反应或过程(1)只进行定容体积功的V=0 U=q W U=qV (-PV ) V=0 U=qV只做体积功的反应系统内的变化在数值上等于定容热效应qV说明：功的形式多种多样，体积功以外的称为有功。 机械功W=Fdx、电功W=EQ (电池用电动势e移动电荷q )这样的化学反应只是体积功，体积功W=-PV，问题是为什么W=-PV？ 假设用热源加热气缸内的气体，从V1膨胀到V2，活塞移动距离l，系统抵抗一定的外力f，做体积功w。 (2)当设定压力为体积功p=0u=qw u2- u1=qp-PV=qp-p (v2- v1) (u2PV2)-(u1PV1)=qp时，对于hu的一个反应或过程，H 0为系统发热H 0，系统吸热正逆反应或过程的热效应值相等，符号相反变化h仅与系统的起始状态和结束状态无关，与变化的路径无关。 焓没有正确的物理意义，其定义不能误解为式H U PV所规定的“体系中包含的热量”。 我们之所以定义新函数，是因为它在实用上很重要。 有了它，热化学问