《热力学及其应用》PPT课件

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1、热力学及其应用Thermodynamicsanditsapplications王习东能源与资源工程系DepartmentofEnergyandResourcesEngineering主讲：王习东能源与资源工程系xidong@coe.pku.edu.cn主要参考书化学热力学基础、高执棣主编北京大学出版社、2004年热力学（Thermodynamics）（第6版）KennethWarkJr./DonaldE.Richards主编清华大学出版社、2006年工程热力学、武淑萍主编重庆大学出版社、2006年

2、1绪论2热力学基础与化学热力学3工程热力学基础4化学热力学在能源与环境材料中的应用5化学热力学在资源利用过程的应用6化学热力学在能源动力中的应用7工程热力学在新兴能源利用中的应用8热力学发展展望课程内容2热力学基础与化学热力学2.1热力学基本概念2.2热力学基本定律2.3热化学与化学平衡2.4相平衡与相图2.5多元、多相平衡热力学2.6多元溶液热力学2.7表面热力学2.8电极过程热力学2.7表面与界面热力学2.7.7表面吸附(1)溶液的表面吸附(2)固体表面的吸附溶液貌似均匀，实际上表面相的浓度与

3、本体不同把物质在表面上富集的现象称为表面吸附表面浓度与本体浓度的差别，称为表面过剩，或表面超量溶液降低表面自由能的方法除了尽可能地缩小表面积外，还可调节不同组分在表面层中的数量(1)溶液的表面吸附-Gibbs吸附公式Gibbs吸附公式Gibbs用热力学方法求得定温下溶液的浓度、表面张力和吸附量之间的定量关系式1.dg/dc2<0，增加溶质2的浓度使表面张力下降，G2为正值，是正吸附。--属于表面活性物质2.dg/dc2>0，增加溶质2的浓度使表面张力升高，G2为负值，是负吸附。--属于非表面活性物

4、质(2)固体表面的吸附固体表面的特点：1．固体表面分子（原子）移动困难，只能靠吸附来降低表面能2．固体表面是不均匀的，不同类型的原子的化学行为、吸附热、催化活性和表面态能级的分布都是不均匀的。3．固体表面层的组成与体相内部组成不同吸附量的表示吸附量通常有两种表示方法：(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积吸附量与温度、压力的关系对于一定的吸附剂与吸附质的系统，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例

5、如：(1)T=常数，q=f(p)，称为吸附等温式(2)p=常数，q=f(T)，称为吸附等压式(3)q=常数，p=f(T)，称为吸附等量式吸附等温线吸附等温线氨在炭上的吸附等温线从吸附等温线画出等压线和等量线p/kPaLangmuir吸附等温式(1)吸附是单分子层的(2)固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用表面覆盖度:q=V/VmVm为吸满单分子层的体积则空白表面:(1-q)V为吸附体积吸附速率为脱附速率为达到平衡时，吸附与脱附速率相等上式称为Langmuir吸附等温式，式中a称为吸附平衡常数

6、（或吸附系数）。吸附速率为脱附速率为混合气体的Langmuir吸附等温式当A和B两种粒子都被吸附时，A和B分子的吸附与解吸速率分别为：达吸附平衡时，ra=rd两式联立解得qA，qB分别为：对多种气体混合吸附的Lngmuir吸附等温式为：Freundlich吸附等温式q：吸附量，cm3/gk，n是与温度、系统有关的常数。x：吸附气体的质量m：吸附剂质量k’，n是与温度、系统有关的常数。Freundlich吸附公式对q的适用范围比Langmuir公式要宽，适用于物理吸附、化学吸附和溶液吸附BET多层吸

7、附公式Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子层吸附公式简称BET公式。c是与吸附热有关的常数，Vm为铺满单分子层所需气体的体积。ps是实验温度下吸附质的饱和蒸汽压。BET公式主要应用于测定固体催化剂的比表面用实验数据对作图，得一条直线。从直线的斜率和截距可计算两个常数值c和Vm，从Vm可以计算吸附剂的比表面：BET多层吸附公式(3)吸附现象的本质—物理吸附和化学吸附物理吸附1.吸附力是由固体和气体分子之间的vanderWaals引力产生的，一般比较弱。2.吸附热较小，接近于气

8、体的液化热。3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然吸附量会有所不同。4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的6.吸附不需要活化能，不因温度的升高而变快。化学吸附1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。2.吸附热较高，接近于化学反应热。3.吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子。4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。5.吸附是单分子层的。6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸加快。化