[工学] 第十四章 工程热力学

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1、第十四章化学热力学基础ChemicalThermodynamicsBase§14-1概述目的:动力装置煤、油、天然气的燃烧应用：化学反应的过程chemicalreaction水处理化工过程热力学基本定律用于化学过程，研究这些过程能量的转换、平衡、方向性、化学平衡√有化学反应过程的特点1、独立变量数力不平衡势热不平衡势化学势Chemicalpotential无化学反应：简单可压缩系统，2有化学反应：独立变量数>2有化学反应过程的特点2、基本热力过程T+vT+pp+sv+s无化学反应：Tvps有化学反应测固、液燃料的发热量测气体燃料的发热量燃气轮机燃烧室绝热容

2、器有化学反应过程的特点3、质量守恒Massbalancea,b,c,d化学计量系数无化学反应：物质的种类和数量不变反应物Reactants生成物Products有化学反应：物质的种类和数量变化原子数守恒一般式4、反应热(heatofreaction)化学反应中物系与外界交换的热量。向外界放出热量的反应称放热反应，从外界吸热的反应为吸热反应,吸热为正，放热为负。例：氢气燃烧生成水的反应是放热反应，乙炔的生成反应是吸热反应：有化学反应过程的特点5、功反应物系中与外界交换的功包含体积变化功、电功及对磁力以及其它性质的力作功：总功有用功，不计体积功体积功，无法利用系

3、统对外作功为正，外界对系统作功为负有化学反应过程的特点6、热力学能化学反应物系热力学能变化包括化学内能（也称化学能）7、物质的量化学反应物系物质的量可能增大、减小或者保持不变。不是质量有化学反应过程的特点二.可逆过程和不可逆过程在完成某含有化学反应的过程后，当使过程沿相反方向进行时，能够使物系和外界完全恢复到原来状态，不留下任何变化的理想过程就是可逆过程。一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的，可逆过程是一种理想的极限。少数特殊条件下的化学反应，如蓄电池的放电和充电，接近可逆，而象燃烧反应则是强烈的不可逆过程。幻灯片10化学反应过程中，若正向反应能作出有用功

4、，则在逆向反应中必须由外界对反应物系作功。可逆时正向反应作出的有用功与逆向反应时所需加入的功绝对值相同，符号相反。可逆正向反应作出的有用功最大，其逆向反应时所需输入的有用功的绝对值最小。PEMFCWorkingPrinciples§14-2热一律在化学反应系统中的应用一、化学反应系统的热一律表达式本章只考虑容积变化功，忽略动、位能变化1、闭口系容积变化功生成物反应物Chemicallyreactingsystems化学反应系统的热一律表达式1、闭口系vpv+绝热p+绝热化学反应系统的热一律表达式2、开口系pp+绝热化学反应热效应Thermaleffect当系

5、统经历一个化学反应过程，只作容积变化功，若所得生成物的温度与反应物温度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所吸收或放出的热量反应热效应取1kmolCH4作为基准定容热效应定压热效应常用规定：吸热为正，放热为负化学反应热效应定容热效应定压热效应状态量T+v1atmT+p1atm定压热效应和定容热效应固体、液体燃料参与反应的是理想气体一般燃烧反应分子数变化不大理想气体定压热效应和定容热效应举例例300K下定压热效应和定容热效应一般固体、液体、理想气体同时参与反应只计气体反应前后固、液一般燃烧工程，用的最多标准定压热效应不同的T,p下，热效应不同，为比较标准态：

6、25oC(298.15K),1atm(101.325kPa)标准定压热效应或查手册Standardreferencestate热效应与反应热Heatofreaction反应热：系统与外界交换的热量，过程量热效应：容积变化功T1kmol状态量盖斯定律HessLaw盖斯定律(1840年)当反应前后物质的种类给定时，化学反应的热效应，与中间过程无关，只与过程初始和终了状态有关。CDABEQp1Qp2Qp3Qp4Qp5某些测不出（或不易测）的热效应可由易测的热效应代替。盖斯定律举例测不准同时产生标准态燃烧热值（发热量、热值）1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值标

7、准状态CO的标准热值例放热为负CompleteHeatingvalueofthefuel高热值与低热值若含H的燃料燃烧，会有H2O产生如果如果高热值生成物是液态水生成物是气态水低热值HigherheatingvalueandLowerheatingvalue高热值与低热值例标准态1kmolH2O在25oC时的汽化潜热标准生成焓定容反应定容反应理想气体定压反应闭口系统定压反应开口系统为什么引入标准生成焓无化学反应，物质数量不变，当状态变化，物质间焓的基准点可以不一样，把各物质的焓差相加即可。有化学反应，有物质生成、消失，物质数量变化统一基准点Enthalpyo

8、fformationatthestandardref