能量转化及计算

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1、河北化工医药职业技术学院教案第五讲第二章能量转化及计算“十一五”期间，石油和化工行业面临着节能减排的双重严峻挑战，“十一五”后几年的节能减排任务更加繁重，难度更大。利用热力学第一、第二定律对化工生产过程进行热力学分析，确定过程的热效率，分析影响能量利用效率的各种因素，从而在热力学的限度内指出减少能量损耗或节能的方向和途径。.如在合成氨厂，对一氧化碳变换工序进行节能分析，可以得知在整个系统中以变换炉的能损为最大，约占整个能损的近一半。从而改革从变换炉着手，已达到节能降耗的目的。§2.2热力学第一定律（一）一、热

2、和功1.热　(Q)系统与环境之间由于温差而交换的能量称为热。热分为三种：化学变化热、相变热、显热。2.．功　(W)系统与环境之间除热以外交换的能量统称为功。功可分为两大类：体积功和非体积功．热和功不是状态函数，是途径函数，无限小的热以Q表示，无限小的功以W表示二、体积功有关计算体积功的定义式为　反抗外力系统体积变化时做功。若外压恒定或恒压　三、可逆体积功１．可逆过程例如，由初态（600KPa，1dm3第页河北化工医药职业技术学院教案）分别经过一次、两次、三次膨胀到（100KPa，6dm3），分别计算膨胀过程的

3、功，按原过程的反方向变化，分别计算压缩功，进行比较，再换成极细小的沙粒，经过无数次的膨胀和压缩，得出可逆过程的结论。２．可逆体积功对于理想气体的恒温可逆过程，因有或所以或３．可逆过程特点可逆过程具有如下特点：(1)可逆过程是以无限小的变化进行的，整个过程的每一步都是无限接近于平衡的状态。可逆即平衡。(2)可逆过程的进行是无限缓慢的，要可逆的实现一个有限的过程，需要无限长的时间。(3)可逆过程进行时系统的动力和阻力相差无限小。所以，可逆过程系统做功最多，环境消耗功最少。(4)若变化按原过程的逆方向进行，系统和环

4、境可同时恢复原状。四、热力学能热力学能是系统内部各种能量的总和。用“U”表示，由以下三个部分组成：①分子内部的动能。是系统内分子热运动的能量，是温度的函数。②分子间相互作用的势能。是分子间相互作用而具有的能量，是体积的函数。③分子内部的能量。是分子内部各种微粒运动的能量与微粒间相互作用的能量之和，在系统无化学反应和相变化的情况下，此部分能量不变第页河北化工医药职业技术学院教案明确以下几点：（1）力学能是系统的状态函数，是系统的广延性质。（2）理想气体的热力学能只是温度的函数，即。（3）系统热力学能的绝对值还无

5、法确定三、热力学第一定律1、热力学第一定律文字表述①不供给能量而可连续不断产生能量的机器，叫第一类永动机。第一类永动机是不可能实现的。②自然界中的一切物质都具有能量，能量有不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中其总值不变。2、热力学第一定律数学表达式封闭系统中热力学能的改变值等于变化过程中系统与环境交换的热和功的总和对于封闭系统的微小变化过程，则有明确以下几点（1）此处W=W（体）+W’（2）Q、W是过程函数；（3）是系统内能增大有两条途径。小结：通过本次课的学习，掌握体积功的有关计算，理解

6、可逆过程。第页河北化工医药职业技术学院教案第六讲§2.2恒容热、恒压热及焓一、恒容热系统进行W’=0的恒容过程与环境交换的热，称为恒容热，用“QV”表示。或上式表明，（1）恒容热等于系统内能的变化量。换句话说，在不作非体积功的恒容过程中，封闭系统吸收的热量等于系统内能的增量；系统所减少的内能全部以热的形式传给环境。（2）QV与ΔU的物理意义不同，但数值相同，热不是状态函数，不能由系统的始终状态决定变化时的Q但在特定条件下，热可以由系统的某些状态函数的变化值来确定。二、恒压热及焓系统进行W’=0的恒压过程时与环

7、境交换的热，称为恒压热，用“Qp”表示。1.焓的定义：（1）焓是系统的状态函数，无明确物理意义，是系统的广延性质；（2）焓的绝对值也无法测算；（3）理想气体的焓和内能一样，只是温度的函数，。（４）H>U2.恒压热与焓的关系　　　p1=p2=p环=恒定值，并且W’=0　　　∴W=--P外ΔV,又∵ΔU=Q+W，∴Q=ΔU+P2V2—P1V1=(U2+P2V2)—(U1+P1V1)=H2—H1=ΔH或需要指出的是：焓是系统的状态函数，只要系统状态发生变化，就有焓变，并非只有恒压过程才有焓变，只是在恒压不作非体积功

8、的过程中存在第页河北化工医药职业技术学院教案而已。和两式的出现，给和的计算带来了方便，只要测得和，即可得到和。但是数值上的相等，并不等于性质上的等同，和是状态函数变量，只与始终态有关，而热仍然是与过程有关的物理量。§2.3热容一、平均摩尔热容与真热容1.平均热容：在不发生相变化和化学变化的条件下，封闭系统温度升高1K所需的热量温度区间不同，平均热容也不同2.真热容：要求出某温度下的热容值，必须将温度