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1、化工热力学教案第 3 周 授课日期 2006.9.12 授课章节：第1章 绪论教学目的：掌握化工热力学的一些基本名词、定义和基本概念，了解化工热力学研究范围和研究方法，了解化工热力学在化学工程中的应用情况。教学重点：明确化工热力学的主要任务教学难点：认识化工热力学的重要作用教学实施过程设计本讲课程采用幻灯片进行教学，以讲述为主。通过介绍热力学的发展史说明热力学的定义。热和功的定义，说明能量不仅有数量的多少，还有质量的高低。化工热力学研究内容及在化工生产中的作用：研究反应进行的可能性，在什么条件下进行及限度化学平衡，通过研究过程的工艺条件对平衡转化率的影响，选择最佳工艺条件；相平衡，特别是多组元
2、相平衡是分离过程的理论基础；能量的合理利用。明确化工热力学的主要任务是应用经典热力学原理，推算物质的平衡性质，从而解决工程实际问题，所以物性计算是化工热力学的主要任务。化工热力学研究方法：宏观和微观的方法。能量与环境问题：臭氧层，温室效应与全球气候变暖等问题。课后复习及作业或思考题：1.概括化工热力学的主要内容2.简述化工热力学的特点3.比较物理化学中的热力学与化工热力学的区别和联系4.试举三个例子说明化工热力学的应用。课后小结：时 间：第 3 周 授课日期 2006.9.14 授课章节：第2章 流体的PVT关系纯物质的P-V-T图2.2气体的状态方程 Virial方程教学目的：掌握纯物质的P
3、-V-T相图，了解状态方程的应用，理解理想气体状态方程的理论价值和实用价值，了解维里系数的物理意义，掌握 Virial方程的应用。教学重点：纯物质的P-V-T相图教学难点：P-V图、P-T图上点线面的关系教学实施过程设计本讲课程采用板书和多媒体课件进行教学，通过动画和Flash使学生更好地理解和掌握纯物质的P-V-T相图。教学内容P、V、T行为即三者之间的关系：用图表示，用状态方程表示f(T、V、T)=0。纯物质的P-V-T相图及相图上的重要概念，P-V图、P-T图上点线面的关系。超临界流体的工程应用，如超临界萃取，从天然动、植物中提取物质，纯度高，消耗少。Virial方程的两种形式，Viri
4、al系数的物理意义，Virial方程的应用。理想气体温标与热力学第零定律。课后复习及作业或思考题：1.说明维里方程的适用范围及维里系数的物理意义。2.维里方程的价值体现在哪方面？ 3.习题2-11课后小结：时 间：第 4 周 授课日期 2006.9.19 授课章节：第2章 流体的PVT关系2.2气体的状态方程 立方型状态方程（范德华方程，RK方程，RK方程，PR方程），状态方程的求解方法，利用Matlab进行p-V-T性质计算。教学目的：了解各种立方型状态方程的特点和应用范围，掌握立方型状态方程的求解方法。教学重点：R-K方程教学难点：P-V图、P-T图上点线面的关系教学实施过程设计本讲课程采
5、用板书和多媒体课件进行教学。为了增强学生应用计算机和解决工程实际问题的能力，增加利用Matlab求解状态方程的内容。利用Matlab求解状态方程计算准确、快速、编程容易。教学内容立方型状态方程：范德华方程，RK方程，RK方程，PR方程，立方型状态方程的通用形式。多参数状态方程。状态方程的求解方法。利用Matlab求解状态方程。课后复习及作业或思考题：1. 范德华方程对气体状态方程的贡献体现在哪方面？2.立方型方程的含义指什么？3.讨论RK方程的适用范围？4.习题2-12。 5. 习题2-15。课后小结：时 间：第 4 周 授课日期 2006.9.21 授课章节：第2章 流体的PVT关系2.3对
6、比态原理及其应用 2.4真实气体混合物的P-V-T关系 2.5液体的P-V-T关系教学目的：理解对应态原理，掌握三参数普遍化关联法，掌握真实气体混合物P-V-T性质的计算方法，了解液体P-V-T性质的计算方法。教学重点：以偏心因子为第三参数的普遍化法，真实气体混合物的P-V-T关系的计算方法。教学难点：理解对应态原理教学实施过程设计本讲课程采用板书和多媒体课件进行教学。为了增强学生应用计算机和解决工程实际问题的能力，增加利用Matlab求解混合物状态方程的内容。利用Matlab求解状态方程计算准确、快速、编程容易。首先利用多媒体课件复习上讲内容，说明本讲的要点和应掌握的内容；在讲授完本讲内容后
7、用课件进行复习和总结。教学内容对比态原理，偏心因子和气体的三参数普遍化关系，第二Virial系数的普遍化关联式，用三参数对应态原理计算压缩因子。液体性质的普遍化关联。真实气体混合物P-V-T性质的计算。课后复习及作业或思考题：1. 说明三参数压缩因子图与普通化状态方程的适用范围。2. 写出气体混合物 RK方程中常数项am 和bm 的混合规则表达式。3. 写出气体混合物第二维里系数混合规则表达式。4.习题2-25。 5. 习题2-28。课后小结：时 间：第 5 周 授课日期 2006.9.26 授课章节：第3章 纯物质的热力学性质均相系统热力学性质间基本关系式，Maxwell方程，热力学函数的计
8、算式。教学目的：通过本讲课程的学习，掌握热力学基本关系式；掌握焓和熵的计算式。教学重点：焓和熵函数的计算式教学难点：用可以测量的热力学性质表示不能直接测量的热力学性质的推导过程 教学实施过程设计本讲课程采用板书和多媒体课件进行教学。化工热力学是一门理论性、逻辑性很强的学科,它的许多结论都是在一系列数学处理后才得到的纯物质热力学性质关系式的推导，是学生必须掌握的基本内容，也是比较难于掌握的内容。推导热力学性质的计算式的目的是用可以测量的热力学性质计算不能直接测量的热力学性质，讲明目的，增加学习兴趣。通过剖析某些典型例子, 要引导学生掌握要领, 不要机械地模仿，总结出解决这类问题的基本方法和步骤。
9、促使他们通过练习掌握解决问题的思路和方法。重要的公式推导，先用板书讲解，然后用课件进行复习和总结。教学内容热力学性质间基本关系式，Maxwell方程。复习必要的数学知识。热力学函数关系式的推导。课后复习及作业或思考题：1. 单组元流体的热力学性质主要讨论哪些方面的内容？2.写出封闭系统中单组元流体热力学基本关系式及应用范围。3.写出麦克斯韦关系式并讨论麦克斯韦关系式在化工热力学中的应用。4.习题3-5。 5. 习题3-6。6. 习题3-14课后小结：时 间：第 5 周 授课日期 2006.9.28 授课章节：第3章 纯物质的热力学性质剩余性质；单相体系热力学性质计算教学目的：通过本讲课程的学习
10、，掌握剩余性质的定义和计算方法；理解液体焓和熵的计算；理解气体热力学性质的普遍化关联。教学重点：剩余性质的概念与计算教学难点：用状态方程推导出剩余性质的关系式教学实施过程设计本讲课程采用板书和多媒体课件进行教学。首先说明引入剩余性质的目的和意义，然后讲解剩余性质的定义和计算方法。本讲有的例题计算步骤较多，重点讲解解题思路和方法，引导学生掌握要领；具体计算过程涉及到新知识的部分详细讲解，涉及到已经学过的知识只讲解要点。课程结束前用课件进行复习和总结。教学内容剩余性质的定义和计算方法。利用状态方程计算剩余性质，利用普遍化关系式计算剩余性质，液体的热力学性质的计算。课后复习及作业或思考题：1. 如何
11、求从T1、P1 到T2、P2的焓变，为什么要这样求？2.阐述求熵变和熵变的计算方法，并讨论其优缺点。3.在推导求焓变和熵变的计算公式时，为什么要引入剩余性质？写出它的定义及数学表达式。4.习题3-7。 5. 习题3-8。课后小结：时 间：第 7 周 授课日期 2006.10.10 授课章节：第3章 纯物质的热力学性质两相系统的热力学性质，热力学图表，二元拟线性插值法求热力学数据。教学目的：通过本讲课程的学习，掌握两相系统热力学性质的计算方法；掌握工程上常用热力学图表的使用方法，了解热力学图表的制作方法掌握利用二元插值法求热力学数据。教学重点：H-S图，P-H图，水的性质表教学难点：热力学图表的
12、使用方法教学实施过程设计本讲课程主要多媒体课件进行教学，重点内容配合板书讲解。首先利用多媒体课件复习上讲内容，说明本讲的要点和应掌握的内容；在讲授完本讲内容后用课件进行复习和总结。图、表、公式是表达，课堂上要说明这三种方法的特点。在本门课程的讲授过程中热力学图主要用于帮助理解热力学的一些基本概念，具体计算多采用公式和数据表，能够上机计算。使用热力学数据表涉及到二元插值问题，学生使用的数值计算方法中只有一元插值的内容，本节课程的教学中增加二元插值的内容。教学内容两相系统热力学性质。热力学图表的制作过程和使用方法。热力学性质的基准态。二元插值法求热力学数据课后复习及作业或思考题：1. 化工中常用的
13、热力学性质图有哪几类？2.从理论上解释T-S 图上等压线和等焓线随温度和熵的变化情况。3.从水蒸气表上主要能查到哪些性质？4.习题3-15。 5. 习题3-16。课后小结：时 间：第 7 周 授课日期 2006.10.12 授课章节：第4章 均相混合物的热力学性质变组成体系热力学性质间关系式，化学位与相平衡，偏摩尔性质定义和物理意义，摩尔性质和偏摩尔性质的关系，偏摩尔性质计算。教学目的：通过本讲课程的学习，理解变组成体系热力学性质间关系式；掌握化学位和偏摩尔量的概念，掌握偏摩尔性质的计算方法。教学重点：偏摩尔性质的计算，Gibbs-Duhem方程教学难点：利用偏摩尔性质的定义和Gibbs-Du
14、hem方程推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系教学实施过程设计本讲课程采用板书和多媒体课件进行教学。首先利用多媒体课件复习上讲内容，说明本讲的要点和应掌握的内容；在讲授完本讲内容后用课件进行复习和总结。对物理化学已经学过的内容作必要的复习，本讲课程课程的重点是对基本概念的理解，偏摩尔性质的计算和Gibbs-Duhem方程的应用。教学内容变组成体系热力学性质间的关系式。偏摩尔性质、化学位等基本概念，偏摩尔性质的计算。Gibbs-Duhem方程及其应用。课后复习及作业或思考题：复习所讲内容习题4-1、习题4-2、习题4-10、习题4-12。课后小结：时 间：第 8 周 授课日期 2006.10.17 授课章节：第4章 均相混合物的热力学性质混合过程
