第12章化学热力学基础.doc

第十二章 化学热力学基础 1．基本概念 系统：对具有化学反应的热力系统而言，此时的系统是指参与化学反应物质的总和，在化学热力学中也称为物系。 理论空气量：保证可燃成分完全燃烧所需的最小空气量。 过量空气系数：实际空气量m与理论空气量的比，称为过量空气系数（或称空气过剩系数），用符号α表示。 空气燃料比：燃烧或气化时空气量与燃料量的比值称为空气燃料比（或称空燃比），用AF表示。 燃料空气比：将燃料量与空气量的比值称为燃料空气比（或称燃空比），用FA表示。 反应热：反应热是指化学反应过程中系统与外界交换的热量。 反应热效应：在反应过程中，系统不做有用功，生成物的温度与反应物的温度相等时系统所吸收或放出的热量，称为反应热效应，或简称热效应。 标准反应热效应：当系统在标准状态下进行定温化学反应，或反应前后系统的生成物与反应物的温度均为298K，又不产生有用功，则此时的反应热称为标准反应热效应，又简称标准热效应。 热料的热值：　燃料在完全燃烧过程中所能释放出的热能称为燃料的热值，也称为的发热量或燃烧热。标准状态下的热值称为标准热值（标准燃烧热）。燃料热值在数值上与反应热效应相等，但符号相反，热效应为负值，热值为正值。 盖斯定律：反应热效应与反应的途径无关，不管这个化学反应过程是通过一个阶段完成，或经过几个阶段完成，只要反应前系统的状态与反应后系统的状态相同，那么它们的反应热效应必然相等。 生成焓：生成反应中，生成1kmol的化合物的反应热效应称为该化合物的生成焓，用符号表示，其单位是kJ/kmol。 标准生成焓：如生成反应在标准状态下进行，则所测得的标准反应热效应称为标准生成焓，用符号来表示，其单位是kJ/kmol。 理论燃烧温度：燃料如在绝热条件下进行完全燃烧，则可以得到最高的燃烧温度，称为理论燃烧温度。 热力学第三定律：当温度趋近于绝对零度时，凝聚系统（即固体和液体），在可逆定温过程中熵的变化等于零。 2．重要公式 过量空气系数： 式中n,n0——实际空气量及理论空气量的摩尔数。 闭口系统热力学第一定律表达式： Q=(U2－U1)＋W＝(U2－U1)＋Wex+Wa 或 Q=(Up－UR)＋W＝(Up－UR)＋Wex+Wa 式中　Q　——化学反应过程中，系统与外界交换的热量，称为反应热。反应热Q的符号仍和以前一样，吸热为正，放热为负； U2＝Up——化学反应系统中生成物的总内能，即指化学反应所有生成物的内能总和，U2＝Up＝∑npup，np指某一种生成物的摩尔数，up是指某一种生成物的摩尔内能； U1＝UR——化学反应系统中反应物的总内能，指参与化学反应所有反应物内能的总和，即U1＝UR＝∑nRuR，nR指某一种反应物的摩尔数，uR是指某一种反应物的摩尔内能； W——化学反应系统与外界交换的总功。总功可分为两部分：一部分是系统容积变化所做的膨胀功Wex；另一部分是系统所做的有用功Wa，如燃料电池中产生的电能等。因此，总功W=Wex+wa。 开口系统热力学第一定律表达式： 式中Q和Wt分别为开口系统与外界交换的反应热和技术功，和分别为反应前后进出系统的总焓。 生成焓计算式： ＝＋ 任意温度下反应热计算式： Q=－ 或 Q＝－ ＝[+]－[+]　 式中　——全部生成物在标准压力及T下的生成焓（kJ）； ——全部反应物在标准压力及T下的生成焓（kJ）； 　　——系统中某一种生成物由298K变化到T时，1kmol物理焓的变化（kJ/kmol）； ——系统中某一种反应物由298K变化到T时，1kmol物理焓的变化（kJ/kmol）； 非定温下反应热计算式： Q＝－ ＝[+]－[+]　 式中　　——系统中某一生成物温度为T2时，1kmol的生成焓（kJ/kmol）； 　——系统中某一生成物温度为T1时，1kmol的生成焓（kJ/kmol）； 　　　——系统中某一种生成物由298K变化到T2时，1kmol的物理焓的变化（kJ/kmol）； ——系统中某一种反应物由298K变化到T1时，1kmol的物理焓的变化（kJ/kmol）。 理论燃烧温度计算式： ＝－ 化学平衡常数： 平衡常数： 式中、、、表示在化学平衡时各种气态物质的分压力。