恒容热,恒压热和焓

1、1第三节：恒容热，恒压热，焓第三节：恒容热，恒压热，焓u 在化学化工上经常遇到两种情况的热，即恒容热和恒压热。在化学化工上经常遇到两种情况的热，即恒容热和恒压热。u 到过化工厂的人都知道，化工厂里到处都是管道和反应容器。到过化工厂的人都知道，化工厂里到处都是管道和反应容器。 这些反应容器都是恒容或者恒压的。反应热（恒容热与恒压这些反应容器都是恒容或者恒压的。反应热（恒容热与恒压 热）在化工上非常重要。热）在化工上非常重要。u 首先，若反应吸热，则必须提供能量给反应物，使得反应能首先，若反应吸热，则必须提供能量给反应物，使得反应能 够顺利进行。如果反应放热，必须将放出的热量导出，否则够顺利进行。

2、如果反应放热，必须将放出的热量导出，否则 会影响产品的质量，严重的话反应容器还会有爆炸危险。会影响产品的质量，严重的话反应容器还会有爆炸危险。u 其次，反应放出的热量经导出还可以用来预热反应物到反应其次，反应放出的热量经导出还可以用来预热反应物到反应 温度；或者二次利用例如给小区冬季供暖气。温度；或者二次利用例如给小区冬季供暖气。u 最后，作为生产者还要知道，热在很多情况下会造成污染。最后，作为生产者还要知道，热在很多情况下会造成污染。 例如将热水排放到河里，河水升温，破坏生态平衡，鱼大量例如将热水排放到河里，河水升温，破坏生态平衡，鱼大量 死亡等。所以，必须计算反应热。死亡等。所以，必须计算

3、反应热。2 3.1 恒容热恒容热Qv恒容热恒容热QV: 在在恒容（恒容（ dV = 0）且非体积功为零且非体积功为零（ W = 0）的）的过程中过程中, 系统与环境之间传递的热系统与环境之间传递的热. 干冰干冰 ( 78 CO2 ) 在恒容下吸热升华在恒容下吸热升华当当 dV = 0( W = 0 ), 且且 W = 0 时时有：有： W0 QV = dU(dV = 0 , W = 0)QV = U = U2 U1(dV = 0 , W = 0)即：恒容热与系统热力学能变化相等即：恒容热与系统热力学能变化相等. 根据热一定律根据热一定律 dU= Q+ W; W W体体 W 33.2 恒压热恒压

4、热Qp干冰装入气球干冰装入气球内恒压吸热升内恒压吸热升华华, 同时向大气同时向大气环境作膨胀功环境作膨胀功 恒压过程有：恒压过程有： P系系P环环C（常数）（常数）, 且且 W = 0 时时 W = p环环 （V2V1）P系系 （V2V1） P2V2 + P1V1恒压热恒压热Qp : 在在恒压恒压（dp=0) 且非体积功为零且非体积功为零( W = 0 )的过的过 程中程中, 系统与环境之间传递的热系统与环境之间传递的热. 根据热一定律根据热一定律 dU = Q+ W; W W体体 W Qp = UW U2 U1 P2V2 P1V1 （ U2 P2V2）（）（ U1 P1V1）43.3 焓焓p

5、VUH def Qp = dHQp = H = H2 H1(dp = 0 , W = 0)(dp = 0 , W = 0)即恒压热与系统的焓变即恒压热与系统的焓变 H 相等相等. 在这里，定义一个新的函数：在这里，定义一个新的函数：焓（焓（H）所以：所以：单位：单位：J or kJ5 理想气体恒温过程的焓变理想气体恒温过程的焓变例例 ： 物质的量为物质的量为 n 的理想气体由始态的理想气体由始态 p1, V1 , T 恒温变化压力恒温变化压力, 体积体积, 到达末态到达末态 p2, V2 , T, 求过程的焓变求过程的焓变 H.理想气体理想气体 n, p1, V1, T理想气体理想气体 n,

6、p2, V2, T H H = U + (pV) = U + (nRT)理想气体恒温的单纯理想气体恒温的单纯 pVT 变化中变化中, U = 0, 所以所以 H = U + nR (T) = 0 计算表明计算表明, 理想气体作单纯理想气体作单纯 pVT 变化时其焓不随系统的压力变化时其焓不随系统的压力和体积等变化和体积等变化, 或者说这种情况下系统的焓只是温度的函数或者说这种情况下系统的焓只是温度的函数.6 3.3 焓焓H = U + pV 是组合函数是组合函数, 定义它是为了使用方便。因为在等定义它是为了使用方便。因为在等压、不作非体积功的条件下，压、不作非体积功的条件下，H= Qp ， 容

7、易测定，从而可容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。求其它热力学函数的变化值。焓是系统的状态函数焓是系统的状态函数, 广延性质广延性质, 具有加和性，有能量单位具有加和性，有能量单位. 但是没有明确物理意义，因此焓不遵守能量守恒定律。但是没有明确物理意义，因此焓不遵守能量守恒定律。系统状态的任何改变系统状态的任何改变(非限于恒压过程非限于恒压过程)都会引起焓变都会引起焓变 H = U + (pV) = U + (pV)2 (pV)1仅在仅在dp = 0, W = 0 时时, HQp 才有意义才有意义, 且无论是单纯的且无论是单纯的pVT 变化变化, 相变化相变化还是还是化学变化化学变化,

8、H = Qp 均成立均成立. 当过程不在恒压条件下时，当过程不在恒压条件下时， Qp 不存在，不存在， H 反应热反应热 Q 焓是一个特殊的函数，有几点需要注意：焓是一个特殊的函数，有几点需要注意：7例例1.1. 理想气体恒容升温理想气体恒容升温+ +恒压压缩，始末温度相同恒压压缩，始末温度相同例例 1mol理想气体由理想气体由202.65kPa, 10dm3 恒容升温恒容升温, 使压力升高使压力升高到到2026.5kPa, 再恒压压缩至体积为再恒压压缩至体积为1dm3. 求整个过程的求整个过程的W, Q, U, 及及 H.p1 = 202.65kPaV1 = 10dm3 T1 p2 = 20

9、26.5kPaV2 = 10dm3 T2 p3 = 2026.5kPaV3 = 1dm3 T3 = T1(1)恒容恒容(2)恒压恒压因因 p1V1 = p3V3, 所以所以T3 = T1; 恒容则恒容则 W10又因是理想气体又因是理想气体, 故故 U = 0, H = 0. U = Q+W , 所以：所以：Q =W =W2 = p2(V3 V2) = 202.65 103 (110) 103 kJ =18.239 kJ8例例2. 2. 理想气体恒外压恒温过程理想气体恒外压恒温过程例例. 3 mol单原子理想气体单原子理想气体, 从始态从始态T1 = 300 K, p1 = 100 kPa, 反

10、抗恒外压反抗恒外压50 kPa作不可逆膨胀作不可逆膨胀, 至终态至终态T2 = 300 K, p2 = 50 kPa, 求这一过程的求这一过程的Q, W, U, H. 恒温过程，则有恒温过程，则有 U = 0, H = 0 W = pamb (V2V1) = pamb (nRT/ p2nRT/ p1) nRT(P2 / P1 1 ) = 3.741 kJ U = Q 所以：所以：Q = W = 3.741 kJ 9QV = U 及及 Qp = H 两式的意义两式的意义 在两种指定条件下在两种指定条件下, 系统的系统的 U 和和 H 可以用相应的实测可以用相应的实测热数据来确定热数据来确定. QV 及及 Qp 的大小仅取决于系统的始末状态的大小仅取决于系统的始末状态, 而与变化的途而与变化的途径无关径无关, 故可用故可用状态函数法状态函数法来进行运算来进行运算. 盖斯定律盖斯定律: 在整个过程恒容或恒压的条件下在整个过程恒容或恒压的条件下, 化学反应热化学反应热仅与始末状态有关仅与始末