《热力学计算题解题思路精品文稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学计算题解题思路精品文稿.ppt（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、热力学计算题解题思路第1页，本讲稿共26页1、确定始末态2、设计路径3、计算第3步最不重要！始始末末。设计路径设计路径具体计算具体计算第2页，本讲稿共26页1.设计路径设计路径四种常见类型：(1)理想气体的理想气体的pVT变化过程变化过程U和H仅为温度的函数，计算公式见2.4.2，2.4.6。恒温时，U=H=0S的计算见公式 3.4.2(*)混合过程（多种气体同时存在时，标出每一种物质的分压）T1=700 K202.65 kPaH2O(g)T2=373 K101.325 kPaH2O(g)第3页，本讲稿共26页(2)凝聚态物质的凝聚态物质的pVT变化过程变化过程U、H、S、G、A只和温度有关，
2、恒温时，U=H=S=A=G=0 变温时，UH=n*Cp,m*T，S=n*Cp,mln(T2/T1)理想溶液等温等压的混合过程 U=H=0,S0,G0 (P175 表4.6.1)T3=300 K200 kPaH2O(l)T2=373 K100 kPaH2O(l)第4页，本讲稿共26页(3)可逆相变过程可逆相变过程 可逆相变，找出温度和平衡压力 正常沸点下，平衡压力为101.325 kPa 其它温度：克-克方程 可以固定温度，找平衡压力，也可以固定压力，找平衡温度。G=0。T2=373 K101.325 kPaH2O(g)T2=373 K101.325 kPaH2O(l)第5页，本讲稿共26页(4
3、)标准态下的化学反应过程标准态下的化学反应过程一般是在298 K下（因为可查表），除非另有数据。指每一种反应物和每一种生成物都是纯态，且处在标准压力下(100 kPa)（反应不一定恒压！）反应熵的计算只能查表，不能用反应焓除以反应温度！1 mol H2O(l)298 K100 kPa 1 mol H2(g)pH2=100 kPa 0.5 mol O2(g)pO2=100 kPa 298 K第6页，本讲稿共26页 2.确定始末态确定始末态(1)相变后各相的物质的量（全部相变？部分相变？气液相变需结合饱和蒸气压判断。）方法：假定该相变物质全部以气态存在，计算其分压。若低于平衡压力，则计算分压即为其
4、实际压力若高于平衡压力，则:a.若为纯物质，气相不存在，全部液化。b.若气相中存在其它不能液化的气体（如N2），则该相变物质一定是气液共存，其实际压力即为平衡压力，剩余分压由该不能液化的气体承担。相变物质在气、液两相的摩尔数，由道尔顿分压道尔顿分压定律定律计算。第7页，本讲稿共26页在一个装有理想活塞的气缸中，含有温度为100，压力为140 kPa的理想气体混合物，其中n(N2)=8.1228 mol，n(H2O,g)=9.9279 mol。今将该气体混合物等温100，可逆压缩到总压为201.325 kPa的终态，（1）求这时有多少摩尔的水凝结？（2）求此过程的H，U，W，Q，S，G及A各为多
5、少？已知100，101.325 kPa下 水 的 摩 尔 汽 化 焓vapHm=40.67 kJmol-1，终 态 时 V(H2O,l)与V(H2O,g)相比较V(H2O,l)可忽略不计，且不考虑N2在水中的溶解。第8页，本讲稿共26页(2)其它需计算末态的过程：如绝热可逆过程、绝热恒外压过程，恒容混合过程，恒压混合过程等，用相应的公式计算。3.状态函数的计算状态函数的计算G=H-TS（等温过程）A=U-TS（等温过程）第9页，本讲稿共26页有时是状态函数已知，需要求末态的过程。如燃烧的最高温度、爆炸的最高温度、压力，解题过程类似。第10页，本讲稿共26页环境熵变的计算：关键为系统的Q的计算！
6、Q为实际过程的热。计算方法：如果系统实际发生的过程为绝热过程，Q=0如果系统实际发生的过程为等压无非体积功过程，Q=H如果系统实际发生的过程为恒外压过程，Q=U-W第11页，本讲稿共26页373K下，1mol H2O(g)和1 mol N2的混合物由总压p压缩到5p，求过程的W,Q,U,H,S,A和和G。建议对不同物种单独设计路径：建议对不同物种单独设计路径：初态初态末态末态第12页，本讲稿共26页373 K的恒温恒压容器内有2 mol N2及装于小玻璃瓶内的3 mol H2O(l)。环境的压力维持120 kPa不变。将小玻璃瓶打碎，液态水蒸发至平衡态。求过程的W,Q,U,H,S,A和和G。初
7、态初态末态末态对对H2O和和N2分别设计路径如下：分别设计路径如下：第13页，本讲稿共26页将将373.15K及及50 kPa的水蒸汽的水蒸汽100 dm3，恒温可逆，恒温可逆压缩压缩到到10 dm3，试计试计算此算此过过程的程的W,Q,U和和H。373.15 KH2O(g)1.612 mol 50 kPa 100 dm3373.15 KH2O(g)1.612 mol 101.325 kPa 49.35 dm3373.15 KH2O(g)0.327 mol 101.325 kPa 10 dm3H2O(l)1.285 mol 101.325 kPa第14页，本讲稿共26页将将373.15K及及5
8、0 kPa的水蒸汽的水蒸汽100 dm3，恒温可逆，恒温可逆压缩压缩到到120 dm3 kPa，试计试计算此算此过过程的程的W,Q,U和和H。373.15 KH2O(g)1.612 mol 50 kPa 100 dm3373.15 KH2O(g)1.612 mol 101.325 kPa373.15 KH2O(l)1.612 mol 120 kPa373.15 KH2O(l)1.612 mol 101.325 kPa第15页，本讲稿共26页298K时，1molH2(g)和9molO2(g)混合气体，点火使之在恒压101.325kPa下充分反应，反应结束后体系温度为1000 K。298 K1mo
9、l H2 10.1325 kPa9 mol O2 91.1925 kPa298 K1mol H2 101.325 kPa9 mol O2 101.325 kPa298 K1mol H2O(g)101.325 kPa8.5 mol O2 101.325 kPa1000 K1mol H2O(g)10.666 kPa8.5 mol O2 90.659 kPa第16页，本讲稿共26页298K时，1 mol H2(g)在10 mol O2(g)中燃烧H2(g)+10O2(g)=H2O(g)+9.5O2(g)已知水蒸气的生成热fHm(H2O,g)=-242.67 kJmol-1,Cp,m(H2)=Cp,m
10、(O2)=27.20 JK-1mol-1,Cp,m(H2O)=31.38 JK-1mol-1.1）求298 K时燃烧反应的rUm；2）求498 K时燃烧反应的rHm；3）若反应起始温度为298 K，求在一个密封氧弹中绝热爆炸的最高温度。第17页，本讲稿共26页298 K1mol H2 10 mol O2298 K1mol H2O(g)9.5 mol O2T21mol H2O(g)9.5 mol O2第18页，本讲稿共26页298 K时，H2(g)的cHm=-285.83 kJmol-1,H2S(g)和SO2(g)的fHm分别为-20.63 kJmol-1和-296.83 kJmol-1。求下列
11、反应在498 K时的rUm。已知水在373 K时的摩尔蒸发焓vapHm(H2O,373 K)=40.668 kJmol-1.2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)提示：(1)注意H2(g)的完全燃烧产物是H2O(l)而不是H2O(g)。(2)列出始态和末态，设计途径(3)牵涉到化学反应的热力学过程，在所设计的途径中，一定要有一步是在已知温度下的反应(通常在298 K)。(4)牵涉到相变的热力学过程，在所设计的途径中，一定要有一步是已知温度下的可逆相变(通常是正常熔、沸点，101.325 kPa下的相变)。第19页，本讲稿共26页2H2S(g)+3O2(g)498 K2SO
12、2(g)+2H2O(g)498 K 2H2S(g)+3O2(g)298 K2SO2(g)+2H2O(l)298 K 2SO2(g)+2H2O(l)373 K 2SO2(g)+2H2O(g)373 K 298 K时，H2(g)的cHm=-285.83 kJmol-1,H2S(g)和SO2(g)的fHm分别为-20.63 kJmol-1和-296.83 kJmol-1。求下列反应在498 K时的rUm。已知水在373 K时的摩尔蒸发焓vapHm(H2O,373 K)=40.668 kJmol-1.2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g)第20页，本讲稿共26页一带绝热活塞的绝热
13、气缸内有1 mol 700 K的水蒸气，压力为202.65 kPa。初始时活塞被销钉固定住。现拔去销钉，同时抽出活塞的绝热层。系统重新达到平衡时，分别求此过程H2O和环境的熵变，并判断此过程是否自发。已知环境的温度为300 K，压力为101.325 kPa。水在373 K时的摩尔 蒸 发 焓 为40668 Jmol-1,Cp,m(H2O,l)=75.3 Jmol-K-1,Cp,m(H2O,g)=33.6 Jmol-1K-1.T1=700 K202.65 kPaH2O(g)T3=300 K101.325 kPaH2O(l)T2=373 K101.325 kPaH2O(g)T2=373 K101.
14、325 kPaH2O(l)第21页，本讲稿共26页一个带活塞的25 oC恒温气缸内，初始时有2 mol 液态水，现利用电解装置，恰好使1 mol水电解成氢气和氧气。以气缸内的水、氢气和氧气为系统，求此过程系统和环境的熵变。气缸外大气压力为101.325 kPa。25 oC时水的汽化可以忽略。pO2=33.775 kPapH2=67.55 kPa第22页，本讲稿共26页S1=0S2=Sm(H2)+0.5*Sm(O2)-Sm(H2O,l)S3=nH2Rln(pH2/pH2)+nO2Rln(pO2/pO2)环境熵变：恒压且无非体积功时，Q=H。则Ssys=-H/T其中H1和H3均为单纯pVT变化的恒
15、温过程，H=0。H2即反应焓。pO2=33.775 kPapH2=67.55 kPa第23页，本讲稿共26页若气缸温度为80度。此时水的饱和蒸气压为47.47 kPa。假设终态时水全部气化，则水蒸气分压为101.325*(1/2.5)=40.53 kPa 47.47 kPa。假设合理。终态终态第24页，本讲稿共26页20 mmol，35oC的乙醚装在小安瓿瓶中，把它放在一个密闭大瓶中，其中充以xx mmol的35 oC、120 kPa的N2，然后将安瓿瓶敲破，乙醚挥发，系统重新达到平衡，整个过程系统温度恒定在35 oC。已知乙醚正常沸点为35 oC，蒸发热vapHm=25.1 kJmol-1。计算：N2和乙醚的H、S、G体系的S，环境的S和总熵变解：若xx=40，假设乙醚完全挥发，则p醚=60 kPa 101.325 kPa，假设不合理。乙醚部分挥发，末态时乙醚气液共存，且乙醚蒸气的分压为101.325 kPa。由道尔顿分压定律：ng(Et2O)=16.89 mmol则nl(Et2O)=20-16.89=3.11 mmol变化前后氮气状态不变变化前后氮气状态不变，乙醚变化如下16.89 mmol 35 oC Et2O(l)16.89 mmol 35 oC Et2O(g)60 kPa 16.89 mmol 35 oC Et2O(g)101.325 kPa第26页，本讲稿共26页