1、1第三節(jié)：恒容熱，恒壓熱，焓第三節(jié)：恒容熱，恒壓熱，焓u 在化學(xué)化工上經(jīng)常遇到兩種情況的熱，即恒容熱和恒壓熱。在化學(xué)化工上經(jīng)常遇到兩種情況的熱，即恒容熱和恒壓熱。u 到過化工廠的人都知道，化工廠里到處都是管道和反應(yīng)容器。到過化工廠的人都知道，化工廠里到處都是管道和反應(yīng)容器。 這些反應(yīng)容器都是恒容或者恒壓的。反應(yīng)熱（恒容熱與恒壓這些反應(yīng)容器都是恒容或者恒壓的。反應(yīng)熱（恒容熱與恒壓 熱）在化工上非常重要。熱）在化工上非常重要。u 首先，若反應(yīng)吸熱，則必須提供能量給反應(yīng)物，使得反應(yīng)能首先，若反應(yīng)吸熱，則必須提供能量給反應(yīng)物，使得反應(yīng)能 夠順利進(jìn)行。如果反應(yīng)放熱，必須將放出的熱量導(dǎo)出，否則夠順利進(jìn)行。

2、如果反應(yīng)放熱，必須將放出的熱量導(dǎo)出，否則 會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重的話反應(yīng)容器還會有爆炸危險。會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重的話反應(yīng)容器還會有爆炸危險。u 其次，反應(yīng)放出的熱量經(jīng)導(dǎo)出還可以用來預(yù)熱反應(yīng)物到反應(yīng)其次，反應(yīng)放出的熱量經(jīng)導(dǎo)出還可以用來預(yù)熱反應(yīng)物到反應(yīng) 溫度；或者二次利用例如給小區(qū)冬季供暖氣。溫度；或者二次利用例如給小區(qū)冬季供暖氣。u 最后，作為生產(chǎn)者還要知道，熱在很多情況下會造成污染。最后，作為生產(chǎn)者還要知道，熱在很多情況下會造成污染。 例如將熱水排放到河里，河水升溫，破壞生態(tài)平衡，魚大量例如將熱水排放到河里，河水升溫，破壞生態(tài)平衡，魚大量 死亡等。所以，必須計(jì)算反應(yīng)熱。死亡等。所以，必須計(jì)算

3、反應(yīng)熱。2 3.1 恒容熱恒容熱Qv恒容熱恒容熱QV: 在在恒容（恒容（ dV = 0）且非體積功為零且非體積功為零（ W = 0）的）的過程中過程中, 系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的熱系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的熱. 干冰干冰 ( 78 CO2 ) 在恒容下吸熱升華在恒容下吸熱升華當(dāng)當(dāng) dV = 0( W = 0 ), 且且 W = 0 時時有：有： W0 QV = dU(dV = 0 , W = 0)QV = U = U2 U1(dV = 0 , W = 0)即：恒容熱與系統(tǒng)熱力學(xué)能變化相等即：恒容熱與系統(tǒng)熱力學(xué)能變化相等. 根據(jù)熱一定律根據(jù)熱一定律 dU= Q+ W; W W體體 W 33.2 恒壓熱恒壓

4、熱Qp干冰裝入氣球干冰裝入氣球內(nèi)恒壓吸熱升內(nèi)恒壓吸熱升華華, 同時向大氣同時向大氣環(huán)境作膨脹功環(huán)境作膨脹功 恒壓過程有：恒壓過程有： P系系P環(huán)環(huán)C（常數(shù)）（常數(shù)）, 且且 W = 0 時時 W = p環(huán)環(huán) （V2V1）P系系 （V2V1） P2V2 + P1V1恒壓熱恒壓熱Qp : 在在恒壓恒壓（dp=0) 且非體積功為零且非體積功為零( W = 0 )的過的過 程中程中, 系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的熱系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的熱. 根據(jù)熱一定律根據(jù)熱一定律 dU = Q+ W; W W體體 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)即恒壓熱與系統(tǒng)的焓變即恒壓熱與系統(tǒng)的焓變 H 相等相等. 在這里，定義一個新的函數(shù)：在這里，定義一個新的函數(shù)：焓（焓（H）所以：所以：單位：單位：J or kJ5 理想氣體恒溫過程的焓變理想氣體恒溫過程的焓變例例 ： 物質(zhì)的量為物質(zhì)的量為 n 的理想氣體由始態(tài)的理想氣體由始態(tài) p1, V1 , T 恒溫變化壓力恒溫變化壓力, 體積體積, 到達(dá)末態(tài)到達(dá)末態(tài) p2, V2 , T, 求過程的焓變求過程的焓變 H.理想氣體理想氣體 n, p1, V1, T理想氣體理想氣體 n,

6、p2, V2, T H H = U + (pV) = U + (nRT)理想氣體恒溫的單純理想氣體恒溫的單純 pVT 變化中變化中, U = 0, 所以所以 H = U + nR (T) = 0 計(jì)算表明計(jì)算表明, 理想氣體作單純理想氣體作單純 pVT 變化時其焓不隨系統(tǒng)的壓力變化時其焓不隨系統(tǒng)的壓力和體積等變化和體積等變化, 或者說這種情況下系統(tǒng)的焓只是溫度的函數(shù)或者說這種情況下系統(tǒng)的焓只是溫度的函數(shù).6 3.3 焓焓H = U + pV 是組合函數(shù)是組合函數(shù), 定義它是為了使用方便。因?yàn)樵诘榷x它是為了使用方便。因?yàn)樵诘葔骸⒉蛔鞣求w積功的條件下，壓、不作非體積功的條件下，H= Qp ， 容

7、易測定，從而可容易測定，從而可求其它熱力學(xué)函數(shù)的變化值。求其它熱力學(xué)函數(shù)的變化值。焓是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)焓是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù), 廣延性質(zhì)廣延性質(zhì), 具有加和性，有能量單位具有加和性，有能量單位. 但是沒有明確物理意義，因此焓不遵守能量守恒定律。但是沒有明確物理意義，因此焓不遵守能量守恒定律。系統(tǒng)狀態(tài)的任何改變系統(tǒng)狀態(tài)的任何改變(非限于恒壓過程非限于恒壓過程)都會引起焓變都會引起焓變 H = U + (pV) = U + (pV)2 (pV)1僅在僅在dp = 0, W = 0 時時, HQp 才有意義才有意義, 且無論是單純的且無論是單純的pVT 變化變化, 相變化相變化還是還是化學(xué)變化化學(xué)變化,

8、H = Qp 均成立均成立. 當(dāng)過程不在恒壓條件下時，當(dāng)過程不在恒壓條件下時， Qp 不存在，不存在， H 反應(yīng)熱反應(yīng)熱 Q 焓是一個特殊的函數(shù)，有幾點(diǎn)需要注意：焓是一個特殊的函數(shù)，有幾點(diǎn)需要注意：7例例1.1. 理想氣體恒容升溫理想氣體恒容升溫+ +恒壓壓縮，始末溫度相同恒壓壓縮，始末溫度相同例例 1mol理想氣體由理想氣體由202.65kPa, 10dm3 恒容升溫恒容升溫, 使壓力升高使壓力升高到到2026.5kPa, 再恒壓壓縮至體積為再恒壓壓縮至體積為1dm3. 求整個過程的求整個過程的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)恒壓恒壓因因 p1V1 = p3V3, 所以所以T3 = T1; 恒容則恒容則 W10又因是理想氣體又因是理想氣體, 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. 理想氣體恒外壓恒溫過程理想氣體恒外壓恒溫過程例例. 3 mol單原子理想氣體單原子理想氣體, 從始態(tài)從始態(tài)T1 = 300 K, p1 = 100 kPa, 反

10、抗恒外壓反抗恒外壓50 kPa作不可逆膨脹作不可逆膨脹, 至終態(tài)至終態(tài)T2 = 300 K, p2 = 50 kPa, 求這一過程的求這一過程的Q, W, U, H. 恒溫過程，則有恒溫過程，則有 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 兩式的意義兩式的意義 在兩種指定條件下在兩種指定條件下, 系統(tǒng)的系統(tǒng)的 U 和和 H 可以用相應(yīng)的實(shí)測可以用相應(yīng)的實(shí)測熱數(shù)據(jù)來確定熱數(shù)據(jù)來確定. QV 及及 Qp 的大小僅取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài)的大小僅取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài), 而與變化的途而與變化的途徑無關(guān)徑無關(guān), 故可用故可用狀態(tài)函數(shù)法狀態(tài)函數(shù)法來進(jìn)行運(yùn)算來進(jìn)行運(yùn)算. 蓋斯定律蓋斯定律: 在整個過程恒容或恒壓的條件下在整個過程恒容或恒壓的條件下, 化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)熱僅與始末狀態(tài)有關(guān)僅與始末