当前课程知识点：工程热力学（下） > 第11章 化学热力学基础 > 11-5 理想气体的化学平衡 > Video 11-5_1
我们知道热力学第二定律的本质
就是来研究一个过程的
方向 条件和限度
那么对于化学反应过程
我们来用热力学第二定律
来研究它的反应的方向 条件以及限度
当然我们主要关注的是
燃烧中的化学反应
那么大多数是理想气体
所以我们这一小节
关注的是理想气体的
化学反应的方向 条件以及限度
那么首先我们来看化学反应的方向
用什么来进行判断
我们首先能够想到的
应该就是我们前面学过的
孤立系熵增原理
或者是绝热稳流系统的熵增原理
首先我们把
选系统我们把所有的不可逆因素
都归结到系统里面
也就是说让这个系统与环境
进行一个等温的
一个可逆的一个传热
那么所有的不可逆因素
温差传热什么都放在我们的系统里面
为了形象和看上去比较直观
我们用宝蓝色来表示
我们的化学反应系统
然后用绿色来表示这环境
我们屏幕上的右侧示意的表示出来
然后这个系统跟环境之间换热
用Q来表示
选孤立系或者是绝热稳流系
我们用紫色的虚线来表示
这是我们所选的系统
那么对于孤立系或者是绝热稳流系
它的熵变我们知道
或者是它的熵产应该是大于等于0的
而这个熵产等于什么呢
它应该等于两项
一个是化学反应系统自身的熵变
然后加上什么呢 加上环境的熵变
我刚才说了我们这化学反应系统
我们用蓝色来表示
然后这环境用绿色表示
然后我们再来看一下
这个环境的熵变 微元熵dS环境
它等于什么呢
它应该等于系统与环境交换的热量
除以环境的温度
但是我刚才也说了
我这系统与环境的温度是一样的
那么你这热量
就是系统与环境交换的热量
所以这个量也可以是系统它的热量
所以我们用-δQ/T
这前面为什么加负号
这个热量我们是站在系统的角度
来算的这个热量
所以前面加了一个负号
温度当然因为环境跟系统是一样的
所以我们用蓝色的来表示
那么什么时候达到化学平衡呢
当这个熵达到最大的时候
因为这个孤立系
总是朝着熵增加的方向
或者是这个绝热稳流系
总是朝着熵增加的方向进行的
那么到什么时候平衡呢
那就是达到熵最大
熵产最大的时候化学平衡
化学平衡的充要条件
用数学表达式来表达
那就是熵的一次微分等于0
两次微分应该是小于0的
它达到极大值
这是我们用熵来进行判断
然后我们来看一下
我们常用的两个化学反应
一个是等温加等容
那么对于等温加等容系统
我们来分析一下
蓝色的是我们系统化学反应
系统的参数 热量
我们知道由热力学第一定律
δQ=dU+pdV
那么你这个是一个等容的一个过程
所以dV就等于0了
所以δQ就等于dU
那么这个熵产就等于dS-dV/T
是大于等于0的
这是我们由前面那表达式
然后利用热量δQ=dU
然后得出这样一个关系
然后我们把这表达式变一下形式
那么它就等于什么呢
等于Tds-dU≥0
然后把它再变一下
我们把T放在d的后面
也就是说d(TS)
为什么可以放进去呢
因为你是一个等温过程 温度不变
所以它在微分号的前后
对结果是没有影响的
然后我们再变化一下形式
变成我们屏幕左下脚的这表达式
然后我们看括号里面那个U-TS
也就是内能减去温度乘以熵它是什么
它就是我们前面介绍的亥姆霍兹函数
那也就是说dF应该是小于等于0的
那么你看我们这个表达式是怎么来的
是由我们的孤立系熵增
或者是绝热稳流系统熵增原理
最后推导出来的
对于定温加定容化学反应
它的dF是小于等于0的
那么也就是说一切自发的
定温加定容过程
总是朝着亥姆霍兹函数
减小的方向进行的
那什么时候达到平衡呢
那一定是达到极小值
那么用数学表达式来表达
那就是F的一次微分等于0
两次微分应该是大于0
也就是达到极小值
那么我们用坐标图来表示
就是我们屏幕右下角的图
F达到极小值 化学反应达到平衡
这是定温度加定容过程
那么另外一个
常用的一个反应过程是什么呢
是定温定压过程 我们类似的推导
还是熵产等于dS-δQ/T≥0
我们开始来推
那么这个时候我们这δQ
对于定温加定压过程
我们用δQ=dH+Wt然后等于dH
为什么呢
因为定压所以你技术功是怎么样
是等于0的
那么我们再代到上面这个表达式中
然后我们可以跟前面类似的推导
得到什么呢 d(H-TS)
然后小于等于0
这H-TS是什么
就是我们的吉布斯函数
也就是说dG≤0 那么这表明什么呢
表明一切自发的定温定压化学反应
是朝着吉布斯函数减小的方向进行的
那么当达到极小值的时候
达到化学平衡
所以这个化学平衡的判剧
那么就是吉布斯函数达到极小值
用数学表达式来表示
那就是dG=0
dG的两次方应该是大于0的
也就是它达到极小值
-6-0 导引
-6-0 作业
-6-1 纯物质的热力学面及相图
-6-1 作业
-6-2 汽化与饱和
-6-2 作业
-6-3 水蒸气的定压发生过程
-6-3 作业
-6-4 水及水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表
-6-4 作业
-6-5 水蒸气的热力过程
-6-5 作业
-第6章 章节小测验
-7-1 概述
-7-2 朗肯循环
-7-2 作业
-7-3 实际蒸汽动力循环分析
-7-3 作业
-7-4 蒸汽再热循环
-7-4 作业
-7-5 蒸汽回热循环
-7-5 作业
-7-6 热电联产循环
-7-6 作业
-7-7 燃气-蒸汽联合循环
-7-7 作业
-7-8* 高效及绿色发电技术
-第7章 章节小测验
-8-0 导引
-8-0 作业
-8-1 空气压缩制冷循环
-8-1 作业
-8-2 蒸气压缩制冷循环
-8-2 作业
-8-3 热泵
-8-3 作业
-8-4* 热泵与节能环保
-8-5 吸收式制冷循环
-8-5 作业
-8-6 其他形式制冷循环
-8-6 作业
-8-7* 制冷剂与环保
-第8章 章节小测验
-9-0 导引
-9-0 作业
-9-1 混合气体的成分
-9-1 作业
-9-2 分压定律与分容积定律
-9-2 作业
-9-3 混合气体参数的计算
-9-3 作业
-9-4 理想气体的混合熵增
-9-4 作业
-9-5 湿空气及其状态参数
-9-5 作业
-9-6 湿空气的焓及熵
-9-6 作业
-9-7 比湿度的确定及湿球温度
-9-7 作业
-9-8 湿空气的焓湿图与热湿比
-9-8 作业
-9-9 湿空气的基本热力过程
-9-9 作业
-9-10* 环保节水型冷却塔简介
-第9章 章节小测验
-10-0 导引
-10-0 作业
-10-1 研究热力学微分关系式的目的
-10-1 作业
-10-2 特征函数
-10-2 作业
-10-3 数学基础
-10-3 作业
-10-4 热系数
-10-4 作业
-10-5 熵、内能和焓的微分关系式
-10-5 作业
-10-6 比热容的微分关系式
-10-6 作业
-10-7 克拉贝龙方程和焦汤系数
-10-7 作业
-10-8 实际气体对理想气体性质的偏离
-10-8 作业
-10-9 维里方程
-10-9 作业
-10-10 经验性状态方程
-10-10 作业
-10-11 普遍化状态方程与对比态原理
-10-11 作业
-第10章 章节小测验
-11-1 概述
-11-1 作业
-11-2 热力学第一定律在反应系统中的应用
-11-2 作业
-11-3 化学反应过程的热力学第一定律分析
-11-3 作业
-11-4 化学反应过程的热力学第二定律分析
-11-4 作业
-11-5 理想气体的化学平衡
-11-5 作业
-11-6 热力学第三定律及绝对熵
-11-6 作业
-第11章 章节小测验
-期末考试
