热力学平衡态
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热力学系统的平衡态和物态方程
1
第一章 热力学系统的平衡态和物态方程
1.1 设一定体气体温度计是按摄氏温标刻度的,它在0.1013MPa下的冰点及水的沸点时的压强分别为0.0405MPa和0.0553MPa,试问(1)当气体的压强为0.0101MPa时的待测温度是多少?(2)当温度计在沸腾的硫中时(0.1013MPa下硫的沸点为444.5℃),气体的压强是多少? (答案:(1)-204.66℃;(2)1.06×105N·m-2)
1.2 水银气压计A中混进了一个空气泡,因此它的读数比实际的气压小,当精确的气压计的读数为0.102MPa时,它的读数只有0.0997MPa,此时管内水银面到管顶的距离为80 mm。问当此气压计的读数为0.0978MPa时,实际气压应是多少?设空气的温度保持不变。 (答案:1.0×105N·m-2) 1.3 一抽气机转速??400r?min(即转/分),抽气机每分钟能抽出气体20 l(升)。设容器的容积V=2.0 l,问经过多长时间后才能使容器内的压强由0.101MPa降为133Pa。设抽气过程中温度始终不变。
?1(答案:40s)
1.4 两个贮存着空气的容器A和B,以备有活塞之细管相连接。容器A浸入温度为t1?1000C的水槽中,容器
Zn_Glu_2_CO_3_2_H_2O体系热力学平衡分析
热力学平衡
第19卷第6期 中国有色金属学报 Vol.19 No.6 The Chinese Journal of Nonferrous Metals 2009年6月 Jun. 2009
文章编号:1004-0609(2009)06-1155-07
Zn(Ⅱ)-Glu2 -CO32 -H2O体系热力学平衡分析
杨天足,任 晋,刘伟锋,窦爱春,刘 伟,张杜超
(中南大学 冶金科学与工程学院,长沙 410083)
摘 要:针对碱式碳酸锌(2ZnCO3·3Zn(OH)2)在L-谷氨酸一钠溶液中的热力学行为,根据配位化学理论绘制谷氨酸根(Glu2 )和碳酸根(CO32 )在溶液中的形态分布图;根据双平衡法理论研究Zn(Ⅱ)-Glu2 -CO32 -H2O体系中Zn(Ⅱ)的配合平衡热力学,并绘制L-谷氨酸一钠浓度在0~5 mol/L范围和pH在7~14范围内变化时的热力学平衡图,研究L-谷氨酸一钠浓度、pH值和游离碳酸根离子浓度对L-谷氨酸一钠浸出碱式碳酸锌的影
9平衡态习题思考题
习题
79-1. 高压氧瓶:P?1.3?10Pa,V?30L,每天用P1?1.0?10Pa,
5V1?400L,为保证瓶内P??1.0?106Pa,能用几天?
解:根据题意
pV??RT,p1V1??1RT,可得:
(1.3?107?30-1.0?106?30)(/1.0?105?400)?9
9-2. 长金属管下端封闭,上端开口,置于压强为P0的大气中。在封闭端加热达T1?1000K,另一端保持T2?200K,设温度沿管长均匀变化。现封闭开口端,并使管子冷却到100K,求管内压强。
解:根据题意管子一端T1?1000K,另一端保持T2?200K,所以函数
T?200?kx 其中k?800 。 l?R??l0lpS200?800p0VpS1dl?p0S?dx?0ln?ln50T(200?kx)k200800pV当封闭开口端,并使管子冷却到100K时,?R?
100p0ln5 两式相等,所以P?8
9-3. 氢分子的质量为3.3?10??24g,如果每秒有1023个氢分子沿着与容器器
2壁的法线成45角的方向以10cm/s的速率撞击在2.0cm面积上(碰撞是完全弹性的),则器壁所承受的压强为多少?
5解:根据气体压强公式:
Fn2mvcos
化学热力学与化学平衡
第二讲 化学热力学与化学平衡
一、基础知识点 1. 焓与焓变
(1)热力学第一定律:(2)焓: 热力学把 焓变:
定义为焓
例1 1g火箭燃料肼在氧气中完全燃烧(等容),放热20.7kJ(273.15K),求1mol肼在该温度下完全燃烧的内能变化和等压反应热
2. 生成焓,熵,自由能
标态(100kPa)和T(K)下,由稳定单质生成1mol化合物(或不稳定态单质或其他形式)的焓变称为该物质在T(K)时的标准生成焓
标态下,1mol某物质的熵值叫做标准熵(
(kJ/mol)
)
)(J/mol
标态(100kPa)和T(K)下,由稳定单质生成1mol化合物(或不稳定态单质或其他形式)的自由能变化值称为该物质在T(K)时的标准生成自由能
G:吉布斯自由能 G = H - TS ?Gm < 0 反应右向自发进行; ?Gm = 0 反应达平衡; ?Gm > 0 反应左向自发进行
3. 化学平衡
可逆反应:在同一条件下,既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应。
(kJ/mol)
化学平衡:正逆反应速度相等时,体系所处的状态称为化学平衡。 (1)建立平衡的前提:封闭体系、恒温、可逆反应;
(2)建立平衡的条件:正逆反应
9平衡态习题思考题
第九章习题
759-1. 高压氧瓶:P?1.3?10Pa,V?30L,每天用PV1?400L,为保证瓶内P??1.0?106Pa,1?1.0?10Pa,能用几天?
解:根据题意
pV??RT,p1V1??1RT,可得:
(1.3?107?30-1.0?106?30)(/1.0?105?400)?9
9-2. 长金属管下端封闭,上端开口,置于压强为P0的大气中。在封闭端加热达T1?1000另一端保持T2?200K,K,设温度沿管长均匀变化。现封闭开口端,并使管子冷却到100K,求管内
解:根据题意管子一端T1?1000K,另一端保持T2?200K,所以
压强。
函数T?200?kx 其中k?800 。 llp0S200?800p0VpS1?R??dl?p0S?dx?ln?ln5当封闭开口端,并使管子冷却到
0T0(200?kx)k200800pV?R?100K时,
100p0ln5 两式相等,所以P?8l
23?5?249-3. 氢分子的质量为3.3?10g,如果每秒有10个氢分子沿着与容器器壁的法线成45角的方向以10cm/s的速率撞击在2.0cm面积上(碰撞是完全弹性的),则器壁所承受的压强为多少? 解:根据气体压强公式:
2p?Fn2
9平衡态习题思考题
习题9
9-1.在容积?V?3L的容器中盛有理想气体,气体密度为=1.3g/L。容器与大气相通排出一部分气体后,气压下降了0.78atm。若温度不变,求排出气体的质量。
解:根据题意,可知:
P?1.78atm,
P0?1atm,V?3L。
由于温度不变,∴PV?PV00,有:
VPV0?P?1.7?8L3, 0那么,逃出的气体在1atm下体积为:V'?1.78?3L?3L?0.78L,
这部分气体在1.78atm下体积为:
V''?PV0'P?0.78?3L1.78
则
排
除
的
气
体
的
质
量
为
:
?m??V''?1.3g0.78?3LL?1.78?1.7g 。
根据题意
pV??R,T可得:
pV?mMR,T1VMRT?pm?p?
9-2.有一截面均匀的封闭圆筒,中间被一光滑的活塞分割成两边。如果其中的一边装有0.1kg某一温度的氢气,为了使活塞停留在圆筒的正中央,则另一边装入的同一温度的氧气质量为多少?
解:平衡时,两边氢、氧气体的压强、体积、温度相同,利用
pV??RT,知两气体摩尔数相同,即:
?mH??,∴
HmOM?O,代入数据有:
HMOmO?1.6kg 。
9-3.如图所示,两容器的体积相同,装有相同质量的氮气和氧气。用一内壁光滑的水平细玻璃管相通,管
热力学
热力学第一定律习题:
1. 封闭系统过程体积功为零的条件是( )。 封闭系统过程的ΔU=0的条件是( )。 封闭系统过程的ΔH=0的条件是( )。
封闭系统过程ΔU=ΔH的条件:(1)理想气体单纯pVT变化过程:( );
(2)理想气体化学变化过程:( )。
2. 一定量理想气体节流膨胀过程中:μJ-T=( );ΔH=( ); ΔU=( ); W=( )。
某状态下空气经过节流膨胀过程的Δ(pV)>0,则μJ-T ( );ΔH ( ); ΔU ( )。(判断大于0、等于0还是小于0.)
3. 一定量的单原子理想气体某过程的Δ(pV)=20kJ,则此过程的ΔU=( )kJ, ΔH=( )kJ。
4. 绝热恒容非体积功为0的系统,过程的??H/?p?V,Q?0?( )。 5. 在300K及常压下,2
热力学
2 热力学第一定律
本章学习要求:
1.掌握热力学的基本概念,重点掌握状态函数的特点。
2.明确热力学能(U)和焓(H)都是状态函数,热(Q)和功(W)都是与过程相关的物理量。
3.初步掌握用状态函数分析和处理问题的方法。 4.理解可逆过程与最大功的概念。
5.掌握热力学第一定律的表述与数学表达式,学会计算理想气体单纯状态变化过程、相变、化学变化过程的△U、△H、Q及W。
6.理解反应进度与反应热效应的概念,掌握热力学第一定律与黑斯定律的关系,能熟练地应用黑斯定律由生成热与燃烧热计算常温下的反应热。 7.学会应用基尔霍夫定律计算不同温度下的反应热。
在生产实践与科学研究中,我们常碰到这样一些问题:一个物理或化学过程发生后能量得失关系如何?是吸热还是放热?一个新的制备方案能否实现?如何反映最佳反应条件?在一定条件下反应的最高产量可达多少?热力学就是解决这些关系的。
热力学是研究能量互相转换所遵循规律的科学。将热力学基本原理用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象就是化学热力学。它的主要内容是利用热力学第一定律计算化学反应的热效应;利用热力学第二定律解决化学反应的方向与限度以及与平衡有关的问题。
热力学两个定律在化学过程以及与化学有关的物理过程中
热力学
2 热力学第一定律
本章学习要求:
1.掌握热力学的基本概念,重点掌握状态函数的特点。
2.明确热力学能(U)和焓(H)都是状态函数,热(Q)和功(W)都是与过程相关的物理量。
3.初步掌握用状态函数分析和处理问题的方法。 4.理解可逆过程与最大功的概念。
5.掌握热力学第一定律的表述与数学表达式,学会计算理想气体单纯状态变化过程、相变、化学变化过程的△U、△H、Q及W。
6.理解反应进度与反应热效应的概念,掌握热力学第一定律与黑斯定律的关系,能熟练地应用黑斯定律由生成热与燃烧热计算常温下的反应热。 7.学会应用基尔霍夫定律计算不同温度下的反应热。
在生产实践与科学研究中,我们常碰到这样一些问题:一个物理或化学过程发生后能量得失关系如何?是吸热还是放热?一个新的制备方案能否实现?如何反映最佳反应条件?在一定条件下反应的最高产量可达多少?热力学就是解决这些关系的。
热力学是研究能量互相转换所遵循规律的科学。将热力学基本原理用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象就是化学热力学。它的主要内容是利用热力学第一定律计算化学反应的热效应;利用热力学第二定律解决化学反应的方向与限度以及与平衡有关的问题。
热力学两个定律在化学过程以及与化学有关的物理过程中
热力学实验
工程热力学实验 一、热力设备认识
(时间:第7周周二3、4节;地点:工科D504)
一、实验目的
1. 了解热力设备的基本原理、主要结构及各部件的用途;
2. 认识热力设备在工程热力学中的重要地位、热功转换的一般规律以及热力设备与典型热力循环的联系。
二、热力设备在工程热力学课程中的重要地位
工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的规律和工质的热力性质的一门科学,这就必然要涉及一些基本的热力设备(或称热动力装置),如内燃机、制冷机、藩汽动力装置、燃气轮机等。了解这些热力设备的基本原理、主要结构、和各部件的功能,对正确理解工程热力学基本概念、基本定律十分必要。工程热力学中涉及的各循环都是通过热力设备来实现的,如活塞式内燃机有三种理想循环:定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环;蒸汽动力装置有朗肯循环;燃气轮机有定压加热循环和回热循环;制冷设备有蒸汽压缩制冷循环、蒸汽喷射制冷循环等。卡诺循环则是由两个定温和两个绝热过程所组成的可逆循,具有最高的热效率,它指出了各种热力设备提高循环热效率的方向。因此,对这些热力设备的工作原理和基本特性有一个初步了解,对一些抽象概念有一个感性认识,能够加深对热力学基本定律的理解,掌握一些重要问题(如可逆和不可