均相封闭系统热力学原理及其应用
2012-01-29 15:02阅读:
在物理化学中,可由热力学第一定律和第二定律来求ΔU(ΔH),
ΔS。
热力学第一定律:
封闭体系:

(3-1)
稳流体系:

(3-2)
热力学第二定律:

(3-3)
存在的问题: ΔU(ΔH),
ΔS的精确性却取决于实验测定,而实验测定很难得到一个准确的结果。
解决方案 :
对于封闭体系而言,由热力学第一定律可知:

(3-4)
对于一个微小过程:
(3-5)
根据膨胀功的定义:

(3-6)
根据热力学第二定律:

(3-7)
代入式(3-5)得:

(3-8)
同理:
H=U+PV—→

A=U-TS—→

G=H-TS—→

适用范围:只有体积功存在的封闭系统。在符合封闭系统的条件下(即组成不变),热力学基本关系式能用于解决两个不同相态间性质变化,如纯物质的汽化过程。
推导示例
推导步骤:
1.U=U(S,V)
2.

3.根据热力学第一定律:

根据对应项相等原则:

,

4.全微分二次偏导与顺序无关,则:

即:

以此类推:

推荐记忆法:

其中,顺②=逆①时,

带“-”号
焓和熵的计算式
推导

和

的计算公式的一般步骤:
1.任意设关系。------依题意,根据经验得出一推导简便的关系式
2.利用全微分性质的公式过渡。
3.用Maxwell关系式或热力学第一定律进行变换。
4.根据不同情况,运用数学知识变换。
此时有两条经验:
①下标为P.V的

,

,

的偏导数,常与

,

有关。
②下标为H,U,S,A,G的偏导数,一般应先利用偏微分转换公式换去下标为H,U,S,A,G的偏导式,然后再进行推导。
转换公式:
经典范例:
1.:
证明:设H=H(T. P)

则

∵

∴

下面就要找出

的关系,即要找出dH与dP的关系式。
据式(2-42)即:

有

再由Maxwell关系式可知:

则

∴

2.

证明:设S=S(T. P)
全微分:

注意:

的下标为“P”,求

则注意与

的联系,也就是要找dS与dH的关系。
根据:

有

故

又根据Maxwell关系式可知:

则

∴

总结:已知物质的PVT关系和

,

,可求其热力学函数的变化。
课后练习:
1.

2.

3.
1.逸度的求法:
⑴图解积分法--------用P-V-T数据通过作图求面积得出。
⑵解析法--------状态方程法
⑶普遍化法
2.逸度系数的求法:
⑴
从状态方程计算逸度系数:
以R—K方程为例:
公式:

注意此公式的使用条件:
①恒T,

②

③式中所有性质均是所求状态下的性质
⑵从对比态原理计算逸度系数。

φ是Pr和Z的函数,问题转向Z 。
求Z的普遍化方法中有两参数法和三参数法。
(Ⅰ)两参数法:
根据上式作图,只要给定Tr和Pr的值,再查图就可读出

的值,从而得出

(Ⅱ)三参数法:
例题3-3 从逸度的性质计算液体水在303.15K和在下列压力下的逸度。(a)饱和蒸汽压;(b)1Mpa;(c)10Mpa(303.15K时,水的饱和性质是,

=4246Pa,

=1.0043cm3·g-1=0.00001808m3·mol-1,它们是从附录C-1查到的,也能从Antoine和Rackett方程计算)。
解:从式(3-44)计算逸度,需要水的状态方程,在此从逸度的性质来计算。系统的状态可以表示在例图3-1上。
(a)由于