文档介绍：
化学平衡是从反应的各有关物质的浓度、压力、物质的量的角度来分析判断反应的方向和限度,本节从化学热力学角度(从能量的角度),用热力学函数来推测反应的方向和限度。
如何从化学热力学角度(能量的角度)来预测化学反应方向?
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不需要外力的帮助,系统能自动进行的过程称为自发过程。
自发过程的基本特征:
⑴在没有外界作用或干扰下,系统会自动发生变化;
⑵变化一旦开始将一直进行至平衡状态;
⑶变化不受时间约束,与反应速率无关
⑷变化有一定方向性,其逆过程是非自发。
⑸自发变化与非自发变化都可能进行,只是前者是自动发生而后者必须借助外部作用才能发生。
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例1:热量的传递方向: 用温度(T)这一物理量来判断。
高温物体低温物体
低温物体高温物体
自发
非自发
借助冷冻机
(T1>T2)
T1 (高温)
T2(低温)
自发过程
非自发过程
(作功)
即:热传递的判据——温度(T)
传递自发方向为:高温低温
例2: 水流自发方向的判据——水位
水流自发方向:高水位低水位。
(低水位→高水位为非自发,可用水泵实现)
例3: 化学反应的自发方向如何判断?
如:铁的锈蚀是自发变化,铁锈变铁是非自发变化,必须在高温下用还原剂(C、CO)还原的方法来实现,化学反应自发方向的判据是什么?
人们把能够循环操作不断地将热转化为功的机器称为热机。热力学第二定律指出从单一热源吸热作功的热机是不可能制造出来的。
热功转换问题是研究热机效率时提出的。十九世纪初,蒸汽机在工业上的得到了广泛的应用。当时热机效率很低,人们不断改进设计来提高热机效率。那么热机效率的提高是否有限度?1824年,法国物理学家、工程师卡诺设计了一种在两热源之间工作的理想热机(被称为卡诺热机)。卡诺通过研究这种理想热机,从理论上证明了热机效率的极限。
设有两个热容很大的热源,高温热源的温度为T1,低温热源的温度为T2(如图3-1所示),参加卡诺循环的工作物质为n摩尔理想气体。
热机由四个可逆过程(两个等温可逆与两个绝热可逆过程)完成一个可逆循环(如图3-2所示)。
先由状态1(P1、V1、T1)恒温可逆膨胀到状态2(P2 、V2、T1),然后经绝热可逆膨胀到低温T2下的状态3(P3、V3、T2),再在低温T2下经过恒温可逆压缩到状态4(P4、V4、T2),使状态4正好与状态1处于同一条绝热线上,最后经绝热可逆压缩回到状态1,完成一次循环。
卡诺热机
卡诺循环 (工作物质为n摩尔理想气体)