氨气的焓和熵
解读“焓”与“熵”
编年史 @ 制冷原理
曹小军 2014-6-7
以生成物的焓小于反应物的焓。 2. 如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时物体内 能的增加（或减少)量△U 就等于外界吸收（或对外界放出）热量 Q 的数值，即△U=Q。 3. 在做功和热传递同时存在的过程中，物体内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。在 这种情况下，物体内能的增量△U 就等于从外界吸收的热量 Q 和对外界做功 W 之和。即△U=W+Q 能量守恒定律： 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体 转移到另一个物体，在转移和转化的过程中，能量的总量不变。 能量的多样性： 物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等， 可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应。 不同形式的能量转化： “摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功 将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能。 。 。这些实例说明了 不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的。 能量守恒的意义： 1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在 空中下落受到阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量守恒。 2. 能量守恒定律是 19 世纪自然科学中三大发现之一，也庄重宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。 3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。 第一类永动机 不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。 其不可能存在，因为违背的能量守恒定律。 热力学第二定律 热力学第二定律有几种表述方式： 克劳修斯表述：热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从温度低的物体 传递到温度高的物体； 开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。 熵表述：随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。——“熵”的引入 熵在热力学中是表征物质状态的参量之一，通常用符号 S 表示。在经典热力学中，可用增量定义为 dS=(dQ/T)，式中 T 为物质的热力学温度；dQ 为熵增过程中加入物质的热量。有了熵的概念，热力学 第二定律可以从数学上表述为熵增加原理， 他揭示了自然界中这样的一个事实： 在一个可逆的过程中， 系统的熵越大，就越接近平衡状态，虽然此间能量的数量不变，但可供利用或者是转化的能量却是越 来越少。 意义： 在可逆微变化过程中，熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比，可用于度 量热量转变为功的程度。 在不可逆微变化过程中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理，熵的增加就 意味着有效能量的减少，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。 就这样，热力学第一定律阐明了热在转化过程中各种能量总是保持不变的规律，熵增加原理则定 量地揭示出宏观过程的方向性和限度，两个定律相互交织，构成了一幅完整的图画，使人们对热现象 的能量转化过程的基本特征有了全面的认识。 关系
化学反应中的焓变与熵变
化学反应中的焓变与熵变化学反应是物质之间相互转化的过程，包括生成、分解、氧化、还原等。
在化学反应中，焓变和熵变是描述反应过程中能量和混乱程度变化的重要物理量。
本文将就化学反应中的焓变和熵变进行讨论。
一、焓变焓变（ΔH）是指化学反应过程中热量的变化量。
焓是热力学函数，常用来描述在恒压条件下反应过程中的能量变化。
ΔH为正值表示吸热反应，反应过程中吸收了外界热量；ΔH为负值表示放热反应，反应过程中释放了热量。
化学反应的焓变可以通过实验测量得到。
在常温常压下，可以使用燃烧弹量热计等设备进行实验测定。
在热力学中，焓变可以通过ΔH=ΔU+PΔV计算得到，其中ΔU为内能变化，P为常压。
焓变的正负值与反应的方向有关，用于判断反应是吸热反应还是放热反应。
二、熵变熵变（ΔS）是指化学反应过程中系统熵的变化量。
熵是热力学函数，常用来描述物质的无序程度。
ΔS为正值表示反应过程中系统的熵增加，物质的无序程度增加；ΔS为负值表示反应过程中系统的熵减少，物质的无序程度减少。
熵变也可以通过实验测量得到。
在反应前后测量系统的混乱程度，可以得到系统的熵变。
若反应中生成了更多的气体或溶液的溶解度增加等现象，则系统的熵增加。
三、焓变与熵变的关系根据热力学第二定律，ΔG=ΔH-TΔS，其中ΔG为自由能变化，T为温度。
焓变和熵变通过ΔG的计算可以得到反应的驱动力和方向。
当ΔG为负值时，反应是自发的；当ΔG为正值时，反应是不自发的。
焓变和熵变对于能量和混乱程度的变化进行了定量描述，在化学反应中起到了重要的作用。
通过对焓变和熵变的研究，可以预测反应的方向和速率，指导合成新物质和优化反应条件。
结论在化学反应中，焓变和熵变是描述能量变化和混乱程度变化的重要物理量。
焓变描述反应过程中的热量变化，而熵变描述反应过程中的混乱程度变化。
焓变和熵变通过计算自由能变化ΔG来判断反应的驱动力和方向。
通过对焓变和熵变的研究，可以预测反应的发生性和优化反应条件。
化学反应中的焓变和熵变是热力学研究的重要内容，对于理解和控制化学反应过程具有重要意义。
《热力学》理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
U U1 U2 Un
H H1 H2 Hn
• 混合物的u、h按组成气体参数的质量分数加权平均
u w1u1 w2u2 wnun iui h w1h1 w2h2 wnhn ihi
2020年10月25日
第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
可逆定压过程 (dh)p (δq)p cpdT
则任意过程
dh cp0dT
h h2 h1 12 cp0dT
通常规定： T 0K 时理想气体 u0 0 kJ kg
则 h0 u0 p0v0 u0 RgT0 0 kJ kg
2020年10月25日
第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
cp0
dh dT
d dT
u
pv
du d dT dT
RgT
cV 0 Rg
即
c p0 cV 0 Rg 梅耶公式
C p0,m CV 0,m R
令 比热容比 cp0
cV 0
则
cV 0
1
1
Rg
cp0
1
Rg
1 Rg
cV 0
2020年10月25日
第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
1 mi 1 m Mi
1
i
Mi
第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
24
3. 混合物的折合气体常数
Rg
R M
R i
Mi
i
R Mi
i Rgi
R yiM i
1
1 R
yi
M
i
1
yi
Mi R
1 yi
化工热力学的名词解释
化工热力学的名词解释引言：化工热力学是化学工程中非常重要的一门学科，它研究的是化学反应过程中的能量转化、传递和平衡等热力学原理与方法。
以下将对化工热力学中的一些关键名词进行解释，帮助读者更好地理解和应用这些概念。
一、焓（Enthalpy）：焓是化工热力学中一个非常重要的量，它表示系统的内能和对外界做的功之间的总和。
焓的变化是化学反应或物质相变等过程中的重要参量。
在常温常压下，焓通常使用标准焓表示，记为ΔH°。
通过计算物质的吸热或放热量，可以用来确定反应的热效应。
二、熵（Entropy）：熵是表示系统无序程度或混乱程度的物理量。
化工热力学中的熵是指系统能量的一种度量，常用符号为S。
熵的变化是系统在吸热或放热过程中的重要参量。
熵增定律是指孤立系统熵总是增加的规律，可用来描述自然界中的很多过程。
三、自由能（Free Energy）：自由能是一个系统在恒定温度下能做的最大可逆功的最大减值。
它是描述系统在恒定温度和压力下它达到一个平衡状态的程度的一个非常重要的物理量。
自由能的变化可用来预测反应是否会自发进行以及反应的方向。
四、热力学平衡（Thermodynamic Equilibrium）：热力学平衡是指系统的各种宏观性质在连续不断的时间变化之后趋于稳定的状态。
对于化学反应的热力学平衡，反应物和生成物的浓度或物相的比例保持不变，且反应速率达到一种动态平衡，正反应速率相等。
热力学平衡状态是实现可持续化学反应的重要条件。
五、化学势（Chemical Potential）：化学势是描述物质在一定温度、压力和组分条件下的自由能变化的关键物理量。
化学势的变化可以预测化学反应的趋势以及化学平衡的位置。
通过研究化学势的变化可以探索最佳反应条件和反应过程的优化。
六、热容（Heat Capacity）：热容是指系统在吸收或释放一定量热量时温度变化的情况。
它是描述物质对热能的存储和释放能力的物理量。
热容可以分为等压热容和等容热容，分别对应恒定压力和恒定体积条件下的热容。
熵和焓的理解
熵entropy描述的重要态函数之一。
熵的大小反映系统所处状态的稳定情况，熵的变化指明热力学过程进行的方向，熵为提供了定量表述。
为了定量表述热力学第二定律，应该寻找一个在可逆过程中保持不变，在不可逆过程中单调变化的态函数。
克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出，对任意循环过程都有，式中 Q是系统从温度为T的热源吸收的微小热量，等号和不等号分别对应可逆和不可逆过程。
可逆循环的表明存在着一个态函数熵，定义为对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在不可逆绝热过程中单调增大。
这就是熵增加原理。
由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热过程，所以熵增加原理也可表为：一个孤立系统的熵永远不会减少。
它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统达到平衡态时，熵达到最大值。
熵的变化和最大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度，熵增加原理就是热力学第二定律。
能量是物质运动的一种量度，形式多样，可以相互转换。
某种形式的能量如内能越多表明可供转换的潜力越大。
熵原文的字意是转变，描述内能与其他形式能量自发转换的方向和转换完成的程度。
随着转换的进行，系统趋于平衡态，熵值越来越大，这表明虽然在此过程中能量总值不变，但可供利用或转换的能量却越来越少了。
内能、熵和热力学第一、第二定律使人们对与热运动相联系的能量转换过程的基本特征有了全面完整的认识。
从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。
热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。
在信息论中，熵可用作某事件不确定度的量度。
信息量越大，体系结构越规则，功能越完善，熵就越小。
利用熵的概念，可以从理论上研究信息的计量、传递、变换、存储。
此外，熵在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域也都有一定的应用。
注：熵的增加系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从有规则、有秩序的状态向更无，更无秩序的演变。
焓和熵的介绍
焓(enthalpy)，符号H，是一个系统的热力学参数。
定义一个系统内: H = U + pV 式子中"H"为焓，U为系统内能，p为其压强，V则为体积。
焓不是能量,仅具有能量的量纲,它没有明确的物理意义。
焓有下述一些特性: 焓的绝对值无法求得,使用配分函数求出的焓值也不是绝对值。
焓是系统的容量性质,与系统内物质的数量成正比。
焓是一个状态函数,也就是说,系统的状态一定,焓是值就定了。
单位质量的物质所含有的热量叫作焓. "系统的状态一定,焓值也确定了。
" 焓是代表流动工质沿着流动方向往前方传递的总能量（内能、推动功、动能、势能）中，直接取决于热力状态的那部分能量。
举例：单位时间内锅炉主蒸汽的热焓-（锅炉给水的热焓+排污水的热焓）/单位时间内进炉煤的低位发热值，就是锅炉的效率啊。
引用焓的概念，可使热工计算大为简单，对借助于图解法来研究工质的热力过程更为方便。
熵的说明：热量是工质与外界存在温差时所传递的能量，则温度T是传热的推动力，只要工质与外界有微小的温差就能传热，于是相应地也应有某一状态参数的变化来标志有无传热，这个状态参数定名为熵。
根据熵的变化，可以判断工质在可逆过程中是吸热、放热，还是绝热。
熵的更重要的作用是用以恒量过程的不可逆程度。
如：蒸汽经过节流孔板，喷嘴等处可以理解为等熵绝热过程的。
焓是单位物质所含能量的多少！汽轮机中就是一个焓降的过程，焓降的过程就是对外做功的过程！实际上，哪怕效率非常高的机组，焓降也不会很高，我们为什么不能让焓降更大呢？这就引出了熵，霍金语：“熵是一种新的世界观” 熵的多少代表了我们利用这些能量所需要付出代价的多少。
焓降的过程伴随着熵增，当焓降到一定程度，熵会增到一定程度，也就说我们利用这些能所需要的代价越来越高，熵增到一定程度，需要付出的代价已经不划算利用这些能源了！熵是一种代价，它决定了我们不能靠能量守恒定律而尽情挥霍能源。
举例，同样参数的汽轮机，背压机组能发电20-30MW，凝气机组能发电100MW，因为我们建立了真空，付出了循环水的“代价”熵描述热力学系统的重要态函数之一。
化学热力学：焓熵和自由能
化学热力学：焓熵和自由能化学热力学：焓、熵和自由能热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科。
在热力学中，焓、熵和自由能是重要的概念。
本文将介绍焓、熵和自由能的定义、计算以及在化学反应中的应用。
一、焓（Enthalpy）焓是热力学中的一个重要量，通常用H表示。
焓的定义为系统的内能与系统所施加的外界压力乘积之和。
焓的单位是焦耳（J）或卡路里（cal）。
在恒压条件下，焓变表示为ΔH。
当ΔH为正值时，表示反应吸热，即吸收热能；当ΔH为负值时，表示反应放热，即释放热能。
焓变的计算可以利用反应前后的反应物和产物的摩尔数与焓变的标准摩尔焓变之间的关系进行。
二、熵（Entropy）熵是系统的无序程度的度量，通常用S表示。
熵的定义为系统所处的状态的无序性程度。
熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。
熵的增加表示系统的无序程度增加，反之则减小。
在化学反应中，根据熵的变化可以判断反应的趋向性。
当ΔS为正值时，表示反应是自发进行的；当ΔS为负值时，表示反应是不可逆进行的；当ΔS等于零时，表示反应处于平衡状态。
三、自由能（Free Energy）自由能是描述系统能量可利用性的指标。
通常用G表示。
自由能的定义为系统的焓减去系统的熵与温度的乘积，即G = H - TS。
根据自由能的定义，可以得出系统的自由能变化关系为ΔG = ΔH - TΔS。
当ΔG为负值时，表示反应是自发进行的；当ΔG为正值时，表示反应是不可逆进行的；当ΔG等于零时，表示反应处于平衡状态。
四、焓熵图焓熵图是研究热力学反应趋势的常用工具。
焓熵图将焓变与熵变的数值表示在坐标轴上，通过分析焓熵图可以判断反应的自发性。
在焓熵图中，焓变为横轴，熵变为纵轴。
对于一定温度下的反应，焓变为正值时，熵变为负值时，反应处于不可逆状态，即反应不会自发进行；焓变为负值时，熵变为正值时，反应处于自发状态，即反应会自发进行；焓变和熵变在同一侧时，反应的自发性取决于温度。
五、化学反应中的焓、熵和自由能焓、熵和自由能在化学反应中的应用非常广泛。
《氨气》 讲义
《氨气》讲义一、氨气的基本性质氨气，化学式为 NH₃，是一种具有强烈刺激性气味的无色气体。
它的相对分子质量约为 1703，密度比空气小。
氨气易被液化成无色的液体，在常温常压下，1 体积的水大约能溶解 700 体积的氨气。
氨气的沸点为－335℃，熔点为－777℃。
这使得氨气在常温下很容易气化，从而使其具有较强的挥发性。
氨气具有碱性，能与酸发生中和反应生成相应的铵盐。
二、氨气的制备方法1、工业制法工业上制取氨气主要采用哈伯法。
其反应原理是在高温高压和催化剂的作用下，氮气（N₂）和氢气（H₂）发生反应生成氨气。
化学方程式为：N₂＋ 3H₂⇌ 2NH₃（高温、高压、催化剂）。
这个反应是一个可逆反应，需要控制好反应条件以提高氨气的产率。
2、实验室制法在实验室中，通常使用氯化铵（NH₄Cl）和氢氧化钙 Ca(OH)₂混合加热来制取氨气。
化学反应方程式为：2NH₄Cl ＋ Ca(OH)₂＝CaCl₂＋ 2NH₃↑ ＋ 2H₂O 。
实验装置包括发生装置、收集装置和尾气处理装置。
发生装置采用固固加热型，收集氨气时要用向下排空气法，因为氨气的密度比空气小。
由于氨气有刺激性气味且对环境有污染，所以需要进行尾气处理，一般采用水或稀硫酸来吸收多余的氨气。
三、氨气的用途1、化工领域氨气是制造硝酸、铵盐和纯碱等化工产品的重要原料。
硝酸可以用于制造炸药、化肥等；铵盐广泛应用于农业作为氮肥；纯碱则在玻璃、造纸、纺织等工业中有着重要的用途。
2、制冷剂由于氨气易液化，气化时会吸收大量的热，所以氨气常被用作制冷剂，在大型冷库和工业制冷系统中发挥着重要作用。
3、农业领域氨气经过一系列化学反应可以制成氮肥，如尿素、碳酸氢铵等，为农作物提供氮元素，促进植物的生长和发育，提高农作物的产量和质量。
4、其他领域氨气还在医疗、制药、环保等领域有一定的应用。
例如，在某些医疗过程中用作消毒和杀菌；在环保方面，用于处理废水和废气中的有害物质。
四、氨气的危害与安全防护1、氨气的危害氨气具有强烈的刺激性气味，对人体的眼睛、呼吸道和皮肤有强烈的刺激和腐蚀作用。