气体动力学讲义吴子牛lecture03课件

III:气体动力学第三讲预备知识三2001年9月18日星期二上午9：50－中午12：15明理楼422III为什么要学化学热力学？在高温下，气体发生化学反应，导致化学能变为热能，另外化学反应导致气体混合物结构发生变化，从而使气体的热力学特性发生变化，对流动有重要影响高超音速飞行器（如航天飞机和运载火箭）以六倍音速以上速度飞行时，壁面的强烈气动摩擦和气动压缩，导致局部高温现象应用背景和定量概念，在讲到高超音速飞行时会详细介绍III:重要性内容提要

化学热力学化学热力学内容一：化学反应式化学热力学内容二：化学热力学基本方程化学热力学内容三：有化学反应的热完全气体混合物的热力学特性化学平衡准则III:内容提要基元（单步）反应例子基元反应指单步完成的反应以氢分子离解反应为例，其遇到任何粒子M的碰撞，在一定条件下会分裂为两个氢原子H,反应式为从左向右为正向反应，反应速率为；从右向左为逆向反应，反应速率为。反应物为和M,生成物为H和M.III-1:化学反应式基元反应例子续将反应式写成则a=1,b=1,c=2,d=1,称为计量系数，表示一个最基本的化学反应中所介入的各反应物和生成物的分子或原子的个数。III-1:化学反应式基元反应的一般形式由k个化学组元组成封闭系统，化学反应式写为从左向右为正向反应，反应速率为；从右向左为逆向反应，反应速率为。左边为反应物，右边为生成物。这里和为计量系数。例如，令，则氢原子的离解反应可以写成一般形式，并且有III-1:化学反应式化学计量关系式据定比定律：反应物和生成物的摩尔数改变与相应的计量系数之间存在比例关系由摩尔数和质量的关系，并利用比例性质，得由得III-1:化学反应式III-2:化学热力学基本方程无化学反应时所有关系式只是状态参数的函数有化学反应时，各组元的物质数量如摩尔数有变化，因此描述混合物的热力学状态除用到压力p、体积V和温度T外，还需要用到各组元的摩尔数。例如III-2:化学热力学基本方程基本方程的推导化学势组元浓度子系统与混合物的关系基本方程的推导考虑包含k个组元的均匀系统，考虑它们的热力学特性为了推导热力学基本方程，对它们（如一式）求导得右端前两项对应于没有化学反应的变化，因此III-2:化学热力学基本方程组元浓度，质量化学势质量比数（质量浓度）摩尔比数（摩尔浓度）摩尔密度质量化学式III-2:化学热力学基本方程摩尔化学势与质量化学式由得III-2:化学热力学基本方程用强度量表示的化学热力学基本方程III-2:化学热力学基本方程自由焓基本关系式的简化类似可以写出由，得III-2:化学热力学基本方程化学势的物理意义由表明，摩尔化学势可以理解为对应组元等温等压条件下单位摩尔的自由焓已经证得在等温等压条件下，III-2:化学热力学基本方程III-3:热完全气体混合物特性考虑含k个摩尔数分别为热完全气体组元的混合物，混合物总体积为V,温度为T，压力为p,各组元的分压力为，气体总质量为III-3:热完全气体混合物特性求气体混合物的热状态方程内能、焓、自由能、自由焓的表达式比热表达式低温、高温混合物热状态方程低温混合物没有化学反应，此时均为常数，混合气体如同一个具有有效分子量的化学纯的热完全气体，满足

低温空气可以看成单一气体，高温混合物有化学反应时，从而III-3:热完全气体混合物特性状态函数气体混合物的状态函数（内能、焓、熵、自由能，自由焓）等于各组元的状态函数之和III-3:热完全气体混合物特性各组分状态函数类似于单一热完全气体III-3:热完全气体混合物特性化学平衡准则化学平衡条件质量作用定律平衡常数III-4:化学平衡准则平衡态定义力学平衡：各质点所受合力为零热力学平衡：孤立系统在经过足够长时间后，其热力学状态达到不再变化的状态（准静态过程如此）化学平衡：在系统处于力学平衡和热力学平衡情况下，均匀封闭系统的熵变完全来自化学反应。如果该熵变为0，则系统处于化学平衡状态。III-4:化学平衡准则化学非平衡条件非平衡条件即亦即化学势含义：化学反应从高化学势向低化学势方向进行。III-4:化学平衡准则平衡常数定义（平衡值用星号）考虑热完全气体混合物，从而有带入化学平衡准则得即III-4:化学平衡准则平衡关系式的几种形式压力平衡式摩尔平衡式（）习题提示1题目类型：考虑压力和温度分别为的量热完全气体混合物，各组分的热力学特性（分子量、比热、气体常数）均给出，同样压力和同样温度下体积百分比也给出，总压力与温度也给出，求各种气体的分压力、分密度、质量比数；混合物的气体常数、密度和分子量、比热和比热比。解体提示：体积百分比等于摩尔比数，于是由得。由得分密度。由

得质量比数。由得混合物的气体常数。由得混合物的比热（比）。

习题:Pb1-7习题提示2习题Pb1-8提示:习题提示3习题Pb1-9提示:习题4习题Pb1-11提示:提示：绝热且总体积不变，因此由热力学第一定律，内能不变，从而对于