Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2018, 8(3), 151-157
Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/c116222356.html,/journal/hjcet
https://https://www.doczj.com/doc/c116222356.html,/10.12677/hjcet.2018.83018
Thermodynamics Research of Chemical
Looping Gasification of Biomass Based
on Mn-Based Oxygen Carrier
Hongjie Wang, Kun Wang*, Jia Wei, Kemu Zhang, Yunhong Su
School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang Liaoning
Received: Apr. 19th, 2018; accepted: May 1st, 2018; published: May 9th, 2018
Abstract
Based on the principle, this paper adopts gasification and air reactors to produce the syngas with CO and H2 as the main compositions. Using HSC simulation software, the effects of reaction tem-perature and pressure, ratio of H2O to oxygen carrier, ratio of oxygen carrier and biomass on the composition and concentration of the syngas were simulated. The results show that the volume fraction of CO and H2 increases with the increasing of gasification reaction temperature. The CO and H2 in the syngas decrease gradually with the increasing of gasification reaction pressure. As the molar ratio of H2O to oxygen carrier increases, the content of CO + H2 decreases significantly.
As the molar radio of Mn2O3to biomass increases, the content of CO increases significantly, the content of H2 decreases gradually, and the contents of CH4 and CO2 increase slightly. The parameters are determined as follows: gasification temperature is 1000?C; gasification pressure is 1 atm; the molar radio of H2O to oxygen carrier is 0.5; the molar radio of oxygen carrier to biomass is 0.10.
Keywords
Biomass, Chemical Looping Gasification, Thermodynamics, Reaction Conditions
锰基载氧体生物质化学链气化反应热力学研究
王鸿洁，王坤*，魏佳，张可牧，苏允泓
东北大学冶金学院，辽宁沈阳
收稿日期：2018年4月19日；录用日期：2018年5月1日；发布日期：2018年5月9日
*通讯作者。
王鸿洁 等
摘 要
本文基于化学链气化原理，得到合成气的有效成分为一氧化碳和氢气。利用HSC 模拟软件，模拟气化温度、压力以及配比对产生合成气成分及浓度的影响。模拟结果表明，随温度升高，CO 和H 2各占比不断增大；合成气中CO 和H 2各占比随着压力增加而不断降低；CO + H 2占比随着水蒸气/载氧体增大明显降低；随着载氧体/生物质增大，H 2比例逐渐下降，CO 比例显著提高，CO 2和CH 4比例略有提高。则该气化最佳控制参数为：温度1000℃，压力1 atm ，水蒸气/载氧体为0.5，载氧体/生物质为0.10。
关键词
生物质，化学链气化，热力学，反应条件
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/c116222356.html,/licenses/by/4.0/
1. 引言
能源是人类生存之根本。然而不可再生能源如煤炭等消耗巨大，可再生能源应用遇阻等缺陷，产生一系列问题。因此，寻找新的可代替清洁能源成为当下能源领域的热点。
生物质能的提出为上述问题提供了一种有效的解决途径。我国生物质储藏丰富，遍及全国，具备大规模良好发展的劲头。其中每年具备转换能力的生物质相当于10亿吨标煤，约占中国能源消耗的三分之一[1]。目前，探索生物质高效气化技术符合当今发展和策略需求。
生物质气化是指在气化剂作用下，生物质进行热解、燃烧及氧化等热化学反应，转化为高效可燃合成气[2]。气化反应器中温度、压力、气化剂[3] [4]及比例控制对生物质气化起着至关重要的作用。多种气化技术中，氧气气化产气热值高，但高的氧气制备成本会大大增加氧气气化的成本[5] [6]。基于此，德国科学家Richter 等提出了一种基于晶格氧的化学链气化工艺(CLG) [7]，本文采用化学链气化原理进行生物质气化的研究，利用HSC 模拟软件，模拟气化温度、压力、以及配比对产生合成气成分及浓度的影响，得到其反应的最佳参数。
2. 生物质化学链气化原理
生物质化学链气化原理：生物质发生热解反应后，产生的生物质焦与载氧体中的晶格氧在水蒸气氛围下进行气化反应，失氧后的载氧体颗粒与生物质进行热解反应，同时起到热载体、催化气化和焦油裂解的多重作用[8]。其原理如图1所示。
考虑到Mn 2O 3具有低温还原性，即可在较低温度释放气化所需的氧气[9] [10]。因此，我们采用Mn 2O 3
作为气化载氧体。可能发生的反应方程如下所示：
n 2m x C H O char tar syngas =++ (1)
()()23234CO g 3Mn O CO g 2Mn O +=+ (2) ()()232CO g Mn O CO g 2MnO +=+ (3) ()223234H g 3Mn O H O 2Mn O +=+ (4)
Open Access
王鸿洁 等
()2232H g Mn O H O 2MnO +=+ (5)
()()()423234CH g 3Mn O 2H g CO g 2Mn O +=++ (6) ()()42322CH g 4Mn O 2H O CO g 8Mn +=++ (7)
()2334C 3Mn O CO g 2Mn O +=+ (8) ()232C 2Mn O CO g 4MnO +=+ (9) ()()()()222CO g H O g H g CO g +=+ (10) ()()()22C H O g H g CO g +=+ (11) ()()2C CO g 2CO g += (12) ()()()422CH g H O 3H g CO g +=+ (13)
3. 模拟部分
本文采用我国北方地区常见的玉米芯生物质作为研究对象，表1所示为玉米芯的工业和元素分析。 其中，工业分析中W 为水分指标，水分含量的多少对生物质气化带来很大影响，若含水量过高则会降低有效热值；工业分析中V 为挥发分指标，其表示生物质在恒定较高温度下，隔绝空气受热分解的气态产物，较高的挥发分更有利于燃烧；工业分析中FC 为固定碳指标，通俗的可以理解为生物质热分解的固体残留物，碳含量较高；工业分析中A 为灰分指标，是指生物质完全燃烧后的残渣。由表1判断该玉米芯可以作为良好的生物质气化原材料。由表1可知，C 、H 、O 三种元素占比总和约为1，而N 、S 含量可忽略不计，因此假设玉米芯生物质表示为：CH 0.85O 0.24，以Gibbs free energy 最小化作为模拟气化过程原理，模拟过程中可能生成的主要固态和气态产物如表2所示。
4. 模拟结果分析
4.1. 气化温度对合成气占比的影响
如图2所示，气化合成气主要为H 2、CO 、CH 4和CO 2。合成气中CH 4不断减少，CO 2随着温度升高先增后降，CO 、H 2则随着温度升高不断增加。分析如下：水煤气反应(13)是吸热反应，温度升高促进反
Figure 1. Principle of chemical looping gasification of biomass
图1. 生物质化学链气化原理
王鸿洁等
Table 1. The industry and elemental analysis of biomass
表1. 生物质工业分析及化学元素分析
工业分析(%) 元素分析(%)
W V FC A [C] [H] [O] [N] [S] 发热量(MJ/Kg)
0 40 40.57 19.43 56.83 4.03 18.05 1.34 0.31 22.25 Table 2. The composition of the products
表2. 生成物组成
固体MnCO3MnO Mn2O3Mn3O4 C Mn
气体CH4CO CO2H2H2O O2
Figure 2. The yield of syngas varies with temperature
图2.合成气产率随温度的变化
应向正方向进行，导致出口气体中甲烷含量较低；碳与三氧化二锰的还原反应是吸热反应，在较低的温度下基本不反应，CO2产量在开始阶段主要由其他气体氧化还原反应所得，而随着温度升高，促进反应向正方向进行，同时，其他气化气体与三氧化二锰的氧化还原是放热反应，温度升高，促进反应向逆方向进行，消耗大量CO2，多重作用导致出口气体CO2占比降低；对于H2和CO，一方面，温度升高对焦油分解具有促进作用，不断产生H2和CO，另一方面，H2和CO与Mn2O3的氧化还原是放热过程，温度升高有利于逆反应的进行，从而使CO、H2占比增加，但是当温度高过1000℃时，各气体占比几乎稳定。因此确定1000℃为气化温度。
4.2. 气化压强对合成气生产的影响
在温度为1000℃下，最终合成气组分变化如图3所示。由图3可知，合成气中CO和H2成分占比随压力增大而有所减少，相反地，CO2和CH4占比有所增大。分析如下：压强增大有利于平衡向气体数减少的方向进行；另外，提高压强在一定程度上阻碍了气体的析出，降低生物质气化效果。因此确定在常压下气化。
王鸿洁等
Figure 3. The yield of syngas varies with pressure
图3.合成气产率随压强的变化
4.3. 水蒸气/载氧体对合成气占比的影响
具有氧解耦载氧体的生物质化学链水蒸气气化技术中，水蒸气量的多少必然会对气化产物占比产生一定影响。气化温度设置为1000℃，通过改变水蒸气的量来改变水蒸气/载氧体并考察其对气化产物CO + H2占比的影响，结果如图4所示。随着比例的增大，气化反应器出口处CO + H2连续下降，在比例为3.0-6.0有效产气(CO + H2)下降幅度较大。分析如下：在气化范围内，ΔG > 0，气化反应(11, 12, 13)及水汽变换反应均向反方向进行，使CO + H2含量减少，在800℃几乎达到稳定。考虑到水蒸气同时会消耗大量有效能量，且有效产气含量随着水蒸气比例增加大幅度减少。因此，在实际过程中，水蒸气/载氧体不宜过高，本研究选择为0.5。
4.4. 载氧体/生物质对合成气占比的影响
Mn2O3作为必要的热和氧的载体，载氧体/生物质必然影响生物质气化合成气中各占比。图5给出了载氧体/生物质对合成气各占比的影响。由图分析表明，H2随载氧体/生物质增加而逐渐下降，相反地，CO占比不断升高，CO2和CH4占比稍有升高。这是由于较多的载氧体与合成气体发生氧化还原(2, 3, 4, 5, 6, 7)，产生较多的CO，并消耗大量的CH4。考虑到CO的增加和吉布斯自由能最小化促进了生物质气化(11, 12, 13)向逆反应进行，促进水汽变换反应(10)向正反应进行，导致CH4占比略有增加。考虑到H2热值高并且无污染，在较低的载氧体添加比例下进行气化会生成更多H2。载氧体/生物质选择为0.10。
王鸿洁等
Figure 4. Influence of molar ratio of H2O and oxygen carrier on concentration
of CO + H2
图4.水蒸气与载氧体摩尔比对气体反应器出口气体CO + H2的影响
Figure 5. Influence of the molar radio of Mn2O3 to biomass on concentration
of outlet gas
图5.载氧体与生物质摩尔比对气体反应器出口气体体积分数的影响
5. 结论
1) 随着温度升高，合成气中CH4不断减少，CO2先增后降，而CO、H2则不断增加，故选择1000℃
为气化温度。
2) 随着压强增大，合成气中CO、H2略有减少；CO2和CH4稍有增加，故选择在常压下进行。
3) 随着水蒸气/载氧体比例增大，气化反应器出口处CO + H2连续下降。确定水蒸气/载氧体为0.5。
4) 随着载氧体/生物质比例增大，H2不断减少，CO不断增大，CO2和CH4则稍有升高。确定载氧体
王鸿洁等
/生物质为0.10。
基金项目
国家自然科学基金资助项目(51604078)；中央高校基本科研业务专项资金资助(N162504012)；博士后基金(2017M610185, 20170101)。
参考文献
[1]董玉平, 景元琢,郭飞强. 生物质热解气化技术[J]. 中国工程学, 2011, 13(2): 44-49.
[2]李季, 孙佳伟, 郭利, 等. 生物质气化新技术研究进展[J]. 热力发电, 2016(45): 1-6.
[3]曹俊, 钟文琪, 金保昇, 等. 流化床生物质气化过程的三维数值模拟[J]. 工程热物理学报, 2014(6): 1114-1118.
[4]张瑞华. 我国农村推广秸秆类生物质气化集中供气技术探讨[J]. 环境保护科学, 2005(2): 67-69.
[5]Ryden, M., Lyngfellt, A. and Mattisson, T. (2008) Chemical-Looping Combustion and Chemical-Looping Reforming
in a Circulating Fluidized-Bed Reactor Using Ni-Based Oxygen Carriers. Energy and Fuels, 22, 2585-2597.
[6]Sheng, L.H., Gao, Y. and Xiao, J. (2007) Simulation of Hydrogen Production from Biomass Gasification in Intercon-
nected Fluidized Beds. Biomass and Bioenergy, 32, 120-127.
[7]秦晓楠. 铝基Pd与Ni催化剂生物质气催化燃烧的实验研究[D]: [硕士学位论文]. 武汉: 华中科技大学, 2009.
[8]吴创之, 阴秀丽, 罗曾凡, 等. 生物质富氧气化特性的研究[J]. 太阳能学报, 1997(3): 2-7.
[9]诸林, 邓亚欣, 陈虎, 等. 基于化学链制氧的生物质气化产氢工艺[J]. 过程工程学报, 2017, 17(2): 306-312.
[10]黄振, 何方, 李海滨, 等. 天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究[J]. 燃料化学学报, 2012,
40(3): 300-308.
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第二章化学热力学初步 1. 热力学第一定律W U- = Q ?,由于U为状态函数，所以Q和W也是状态函数，对吗？为什么？ 答：不对。Q和W只有在能量交换的时候才会有具体的数值，并且随途径不同，共和热的数值都会有变化，所以不是状态函数。 2. 解释下列名词 (1) 体系与环境 (2) 热（Q） (3) 功（W） (4) 焓（H）和焓变（H ?） (5) 热力学能U (6) 恒容反应热（Q V）和恒压反应热（Q p） 答：(1) 热力学中称研究的对象为体系，称体系以外的部分为环境。 (2) 体系在变化过程中吸收的热量为Q。 (3) 体系对环境所做的功。 (4) H＝U+PV 当泛指一个过程的时候，其热力学函数的改变量为焓变。 (5) 体系内一切能量的总和叫热力学能。 (6) 在恒容过程中完成的化学反应，其热效应称为恒容反应热。 在恒压过程中完成的化学反应，其热效应称为恒压反应热。 3. 什么叫状态函数？它具有何特性？ 答：藉以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。它具有加和性。 4. 何谓热效应？测量方法有哪两种？ 答：化学反应的热效应为当生成物和反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸收或放出的热量。可以选择恒压和恒容两种条件下测量。 5. 什么叫热化学方程式？书写热化学方程式要注意哪几点？ 答：表示出反应热效应的化学方程式叫做热化学方程式。书写化学方程式时要注意一下几点：(1)写热化学方式式，要注意反应的温度和压强条件，如果反应是在298K和1.013×105Pa下进行时，习惯上不予注明。（2）要注明物质的聚集状态和晶形。（3）方程式中的配平系数只是表示计量数，不表示分子数。但计量数不同时，同一反应的反应热数值也不同。 6. ①无机化学中常用的反应热有哪几种？反应热的实质是什么？什么类型的化学反应Q V＝Q p？等摩尔的NaOH和NH3·H2O溶液分别与过量的HCl溶液中和所放热量是否相等？为什么？ ②反应2N2（g）＋O2（g）＝2N2O（g）在298K时，ΔrH m?=164K J·mol-1, 求反应的ΔU? 答：①无机化学中常用的反应热有恒压反应热和恒容反应热。 反应热的实质是：当生产物与反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸
第三章热力学第二定律 §3.1 自发过程的共同特征 一、自发过程 “自发过程”?在一定条件下能自动进行的过程。?推论： ?一切自发过程都是有方向性的，人类经 验没有发现哪一个自发过程可以自动地 回复原状。二、决定自发过程的方向和限度的因素?从表面上看，各种不同的过程有着不同的决定因素，例如： –i）决定热量流动方向的因素是温度T； –ii）决定气体流动方向的是压力P； –iii）决定电流方向的是电位V； –iv）而决定化学过程和限度的因素是什么呢？ 三、自发过程的共同特征 分析： ?根据人类经验，自发过程都是有方向性的（共同特点），即自发过程不能自动回复原状。 1、理想气体向真空膨胀 ?即：当系统回复到 原状时，环境中有 W的功变成了Q (=-W)的热。 ?因此，环境最终能否回复原状（即理气向真空膨胀是否能成为可逆过程），就取决于(环境得到的)热能否全部变为功而没有任何其他变化。 2、热量由高温物体流向低温物体 ?因此，系统回复了原状的同时，环境最终能否回复原状( 即热由高温向低温流动能否成为一可逆过程），取决于(环境得到的) 热能否全部变为功而没有任何其他变化。3、Cd放入PbCl 2 溶液转变成CdCl 2 溶液和Pb ?已知此过程是自发的，在反应进行时有 ∣Q∣的热量放出（放热反应，Q<0） ?欲使系统回复原状，可进行电解反应。 ?若电解时做的电功为W，同时还有∣Q′∣的热量放出，当反应系统回复原状时，环境中损失的功（电功）为W，得到的热为∣Q∣+∣Q′∣
?根据能量守恒原理： ∣W∣=∣Q∣+∣Q′∣ ?所以环境能否回复原状（即此反应能否成为可逆过程），取决于 ?(环境得到的)热(∣Q∣+∣Q′∣) 能否全部转化为功W (=∣Q∣+∣Q′∣)而没有任何其他变化。?自发过程能否成为热力学可逆过程，最终均可归结为： ?“热能否全部转变为功而没有任何其他变化”?然而经验证明：热功转化是有方向性的，即?“功可自发地全部变为热；但热不可能全部转变为功而不引起任何其他变化”。 ?“一切自发过程都是不可逆过程。” ?这就是自发过程的共同特征。 §3.2 热力学第二定律的经典表述 ?一切自发过程的方向，最终都可归结为热功转化的方向问题： ?“功可全部变为热，而热不能全部变为功而不引起任何其他变化”。一、克劳修斯和开尔文对热力学第二 定律的经典表述 1.克劳修斯(Clausius) 表述：?“不可能把热从低温物体传到高温物 体，而不引起任何其他变化。” 2. 开尔文(Kelvin) 表述 ?不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他变化。 ?也可表达为： ?“第二类永动机是不可能造成的。” *热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述等价。二、关于热力学第二定律表述的几点说明 1. 第二类永动机并不违反热力学第一定律。?它究竟能否实现，只有热力学第二定律才能回答。但回答是： ?“第二类永动机是不可能存在的。” 其所以不可能存在，也是人类经验的总结。
混合热解气化和废 物处理系统（英文版） 生物质气化/热解系统及工艺 文摘 一个能够促进生物质材料能量产生和合成气的系统和流程，系统和流程需要同时压实一个松散的生物质材料和将压实的生物质材料引入到一个反应器的入口管，然后加热管中的压实生物质材料的温度使生物质材料从灰和燃料气体混合物分解有机分子，燃料气体混合物从管中退出和灰烬通过其出口从管中移除。管的入口和出口,压实一步和移除一步要配合抑制空气进入管道形成一个生物质材料入口管塞子和一个灰烬出口管的塞子。
生物质气化/热解系统及工艺 [ 0001] 这是一篇美国申请的专利论文。 专利申请号：12号831，601；申请时间：2010.7 发明的背景 [0002] 本发明涉及一种有机木质纤维素材料转化为有用的生物质能（生物燃料），尤其是这个系统能够连续过程美国将生物质转化为合成气。 [0003] 合成气是一种由含一氧化碳（CO ）和氢气（2H )的气体混合物，它是由碳材料组成，如煤，石油相同的生物质材料转换所产生的。并且对比天然气的热量密度，合成气是适合作为燃料来源的各种应用，并且可以用于燃气涡轮机和汽车内燃机，也可用于生产甲醇和氢，或通过转换菲舍尔托法生产合成石油替代品。 [0004] 合成气用作燃料比生物质能燃料更有效，因为过程中有更多的生物质直接燃烧中的能量转换过程，增加了生物质的量，也即阳离子的增加。在一个典型的生物质气化炉，含碳物质燃烧在大气中氧含量低于化学计量限制，才能发生完全燃烧反应。在缺氧燃烧碳质材料的释放物质，在干燥的原料的情况下，产生的富碳焦和释放热量。这种热升温的不能燃烧碳质材料，使其裂解释放可燃性挥发物，如一氧化碳（CO ），氢气（2H ），这取决于所使用的温度，也会产生甲烷（4CH ）和烃类分子具有更大的碳原子数，这种混合物的可燃性挥发物被称为合
课 题第二章 化学热力学 基础 课次第一讲（2学时） 教学目的（1）理解状态函数的概念及其特点(2)理解过程和途径的区别（3）理解热和功的概念及其符号规定. 重点难点状态函数的基本特点热和功的符号规定及计算 教学过程2-1 热力学的一些基本概念 教学方法 讲授 课的类型 基础课 内蒙古农业大学理学院普通化学教案 第二章 化学热力学基础（8学时） §2．1 热力学的一些基本概念 一．系统和环境 系统是被人为地划定的作为研究对象的物质(又叫体系或物系)。除系统外的物质世界就是环境。体系分类： 孤立系统：与环境既无物质交换又无能量交换。开放系统：与环境既有物质交换又有能量交换。封闭系统： 与环境无物质交换而有能量交换。二．状态和状态函数 在热力学中，为了描述一个系统，必须确定它的一系列性质，即物理性质和化学性质，如温度、压力、体积、密度、组成等。当系统的所有物理性质和化学性质都有确定的值，则称这个系统处于一定的状态。所以系统的状态是由一系列表征系统性质的物理量所确定下来的系统的存在形式，是其物理性质和化学性质的综合表现。系统的状态是由许多宏观的物理量来描述和确定的。例如，气体的温度、压力、体积以及物质的量等宏观物理量确定了，则该气体系统的状态也就确定了。只要其中一个物理量改变，则体系的状态就会发生变化，变化前的状态叫始态，变化后的状态叫终态。 系统的每一状态都具有许多物理和化学性质，状态一定，系统的性质也就一定，状态改变，系统的性质也随之变化。在热力学中把用来说明、
确定系统所处状态的系统性质叫做状态函数。例如p、V、T及后面要介绍的非常重要的热力学能U、焓H、熵S和吉布斯自由能G等均是状态函数。状态函数的特点：一是当系统的状态确定后，系统的宏观性质即状态函数就有确定的数值，亦即系统的宏观性质是状态的单值函数；二是状态函数的变化值只决定于系统的始态和终态，而与状态发生变化时所经历的具体途径无关。无论经历多么复杂的变化，只要系统恢复原状，则状态函数也恢复原状。 状态函数按其性质可分为两大类： （1）广度性质：又称容量性质，当将系统分割成若干部分时，系统的某性质等于各部分该性质之和，即广度性质的值与系统中物质的量成正比，具有加和性。体积、质量、热力学能、熵、焓、吉布斯自由能等均是广度性质。 （2）强度性质：此类性质不具有加和性，其值与系统中物质的量多少无关，仅决定于系统本身的特性。例如，两杯298K的水混合，水温仍是298K，而不是596K。温度、压力、密度、粘度等均是强度性质。 应当指出，两个广度性质的比值，是一个新的强度性质。如摩尔体积、摩尔质量、密度、浓度等就是强度性质。强度性质不必指定物质的量就可以确定。 三．过程和途径 当系统与环境之间发生物质交换和能量交换时，系统的状态就会发生变化，人们把状态变化的经过称为过程，而把完成变化的具体步骤称为途径。一个过程可以由多种不同的途径来实现，而每一途径常由几个步骤组成。例如，在101.325kPa下，将25℃水加热到75℃的过程，可以通过多种途径达到。如途径Ⅰ，直接加热升温到75℃；途径Ⅱ，先把水加热到90℃，然后再冷却到75℃。 热力学常见的过程有： （1）定温过程：系统的状态变化是在系统的始态温度、终态温度及环境温度均相等的条件下发生的过程。即T始=T终=T环=T。
热力学第一定律课后习题 一、是非题 下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“?”。 1.在定温定压下，CO 2 由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。( ) 2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。( ) 3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。( ) 4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。( ) 5. 稳定态单质的?f H(800 K) = 0。( ) 二、选择题 选择正确答案的编号，填在各题后的括号内： 1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。 （A）Q > 0；（B）?U < 0；（C）W <0；（D）?H = 0。 2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。 ( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。 3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( ) (A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程； ( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。 4. 在隔离系统内：( )。 ( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒； (C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。 5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。 ( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态； ( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。 6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。 ( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加； ( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。 7. 已知反应H2(g) +1 2 O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为?r H(T)，下列说法中不 正确的是：（）。 （A）?r H(T)是H2O(g)的标准摩尔生成焓； （B）?r H(T)是H2O(g)的标准摩尔燃烧焓； （C）?r H(T)是负值； （D）?r H(T)与反应的?r U数值不等。 三、计算题 习题1 10 mol理想气体由25℃，1.0 MPa膨胀到25℃，0.1 MPa，设过程为：
一、思考题 1. 什么是体系，什么是环境两者有什么区别根据两者的关系，可以将体系分为哪几类 答案：体系：我们所选择的研究对象。 环境：在体系周围与体系有关系的物质。 体系分为：孤立体系；封闭体系；敞开体系。 2. 与环境连通的系统属于何种类型的系统为什么 答案：属于敞开系统，此时环境与系统之间既有物质交换又有能量交换。 3. 密闭容器中的化学反应系统属于何种类型的系统为什么 4. 密闭且保温性能绝好的容器中的化学反应系统属于何种类型的系统为什么 5. 什么是等容热效应与等压热效应两者有什么关系在什么情况下它们相等 答案：等容过程的热效应，称等容热效应，Q v = Δr U ； 等压过程的称等压热效应Q p =ΔH。化学反应、相变过程等一般是在等压条件下进行的，故手册 中列出的有关数据，一般是等压热效应。 对应同一反应，等容和等压热效应 ΔγU m 和 ΔγH m 之间有如下近似关系： ΔγH m =ΔγU m +ΔnRT 式中Δn （或示为 ）为反应过程中气体物质的量的增量。 6. 内能变U ?与等容热效应，焓变H ?与等压热效之间有什么样的关系 7. 内能变与焓变之间有什么关系在什么情况下它们相等 8. 在下列反应或过程中，Q p 与Q v 有区别吗 ① NH 4HS (s)??? →?K 15.273NH 3 (g) + H 2S (g) ② H 2 (g) + Cl 2 (g) ??? →?K 15.273 2 HCl (g) ③ CO 2 (s) ???→?K 15.195 CO 2 (g) ④ AgNO 3(aq) + NaCl (aq) ??? →?K 15.273AgCl(s) + NaNO 3(aq) 9. 下列反应中，哪些反应的H ?≈U ? ① 2H 2（g ）+O 2（g ）== 2H 2O （g ） ② Pb(NO 3)2 +2KI （s ）== PbI 2（s ）+ 2KNO 3 (s) ③ NaOH(aq) + HCl(aq) == NaCl(aq) + H 2O (l) ④ CO 2(g) + NaOH(s) == NaHCO 3(s) 10. 什么是状态函数状态函数有什么特点Q 、W 、H 、U 、S 、G 中哪些是状态函数，哪些不是 答案：体系的性质是由体系的状态确定的，这些性质是状态的函数，称为状态函数； 11. 上题的状态函数中，哪些没有明确的物理意义具有明确物理意义的，请说明其物理意义。 12. 化学热力学中所说的“标准状态”意指什么 答案：状态函数中热力学能U 及焓H 和吉布斯自由能G 等热力学函数的绝对值是无法确定的。为了便于比较不同状态时它们的相对值，需要规定一个状态作为比较的标准。所谓标准状态，是在指定温度T 和标准压力（100kPa ）下该物质的状态，简称标准态。对具体系统而言，纯理想气体=1 p 。溶液中溶质的标准态，是在指定温度T 和标准压力p 的状态；纯液体（或纯固体）物质的标准态是标准压力p 下的状态；混合理想气体的标准态是指任一气体组分的分压力为p 时该气体所处的状态。因压力对液体和固体的体积影响很小，故可将溶质的标准态浓度改用c=1mol ·Kg -1 ，而没有指定温度，所以与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度。 13. 化学热力学中，标准状态条件是指压力为100kPa 还是指压力为100 kPa ，温度为 14. 标准摩尔生成焓的定义是什么如何根据时的标准摩尔生成焓的数值计算反应在时的标准摩尔焓变 其他温度时的标准摩尔焓变如何计算 15. 时，物质B 的标准摩尔生成焓符号如何单位如何
生物质资源化学 第一章生物质资源化学概论 第一节生物质资源化学的发展 1.生物质资源的定义 自然资源：一定时间、空间条件下自然界中一切能够为人类所利用并产生的经济价值的、能够提高人类当前和未来福利的自然诸要素总和。 生物资源：生物圈中对人类有一定经济价值的动物、植物、微生物及其组成的生物群落 生物质：地球上一切生物（动物、植物、微生物）产生的生物量 生物质资源：广义上? 狭义上 2.生物质资源化学的研究内容和重要性 生物质资源化学区别于生物学，生物学是研究结构功能以及对其进行改进； 生物质资源化学：以生物质为原料进一步加工加以利用。 研究的三大内容： （1）能源与燃料（最广泛） 常规能源：传统石化能源，非传统石化能源如页岩气 新能源：太阳能、风能、地热能、核能、生物质能（航空油） （2）化工产品 生物质资源几乎可代替石油生产所有化工原料（目前成本等问题尚未解决）（3）材料（丝绸） 重要性 生物质资源引起重视和广泛研究源于2个原因： ①石油资源的枯竭（/过度开采煤炭资源造成地陷或者其他环境问题）；全球三大问题——资源枯竭、人口膨胀、环境污染，根本问题在于资源枯竭 ②生物可降解性（石油加工的许多产品难降解） （③结构独特，如甲壳素） 目前全世界都在积极进行生物质资源的研究（生物质资源是石化资源的20倍，量大且可再生可降解） 3.生物质资源分类 按照分子大小分类： 天然高分子：分子量>2000，基团确定，分子结构难以确定，一般为混合物 天然小分子：分子量<2000，基团确定且分子结构确定 结构不同研究方式方法不同 按照结构（基团）分类：醇、胺、羧酸、酯、酚、芳香族、脂肪族 按照应用角度分为：蛋白质、多糖、药物、油脂 4.生物质资源特点 ①天然可再生（本质上是对太阳能的利用） ②生物亲和性、生物分解性 ③独特的化学结构和功能 对其合理利用可达到2点效果：资源不枯竭、减少环境污染
大学物理化学1-热力学第一定律课后习题 及答案
热力学第一定律课后习题 一、是非题 下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“?”。 1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的 热力学能和焓也不变。( ) 2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。( ) 3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。 ( ) 4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。( ) 5. 稳定态单质的?f H(800 K) = 0。 ( ) 二、选择题 选择正确答案的编号，填在各题后的括号内： 1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。 （A）Q > 0；（B）?U < 0；（C）W <0；（D）?H = 0。 2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的 值的是：( )。 ( A ) Q； ( B ) Q＋W； (C ) W( Q = 0 )； ( D ) Q( W = 0 )。 3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( ) (A)绝热过程； ( B)理想气体绝热过程； ( C )理想气体绝热可逆过程； (D)绝热可逆过程。 4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒； ( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒； (C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒； ( D) 热力学能、焓均不一定守恒。 5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。 ( A )可以到达同一终态； ( B )不可能到达同一终态； ( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。 6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。 ( A )焓总是不变； (B )热力学能总是增加； ( C )焓总是增加； (D )热力学能总是减少。 O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为?r H(T)，下 7. 已知反应H2(g) +1 2 列说法中不正确的是：（）。 （A）?r H(T)是H2O(g)的标准摩尔生成焓； （B）?r H(T)是H2O(g)的标准摩尔燃烧焓； （C）?r H(T)是负值； （D）?r H(T)与反应的?r U数值不等。 三、计算题 习题1 10 mol理想气体由25℃，1.0 MPa膨胀到25℃，0.1 MPa，设过程为： ( 1 )自由膨胀； ( 2 )对抗恒外压力0.1 MPa膨胀； ( 3 )定温可逆膨胀。试计算三种膨胀过程中系统对环境作的功。
第2章电化学热力学 2.1 相间电位和电极电位 2.1.1 相间电位 两相接触时，荷电粒子（含偶极子）在界面层中的非均匀分布使两相界面层中存在电位差，这种电位差称为相间电位。引起相间电位的可能有以下四种情形： (a)带电粒子在两相间的转移或利用外电源向界面两侧充电使两相中出现剩余电 荷，形成“双电层”。 (b)阴、阳离子在界面层中吸附量不同，使界面与相本体中出现等值反号电荷. 在界面的溶液一侧形成吸附双电层。 (c)溶液中极性分子在界面溶液一侧定向排列，形成偶极子层。 (d)金属表面因各种短程力作用而形成的表面电位差。 在电化学体系，离子双电层是相间电位的主要来源，同一种粒子在不同相中所具有的能量状态是不同的，当两相接触时，该粒子就会自发地从高能态相向低能态相转移。对于不带电的粒子i相间稳态分布的条件是 即该粒子在两相中的化学位相等，
对于带电粒子来说，在两相间转移时，除了引起化学能的变化外，还有随电荷转移所引起的电能变化。假设孤立相M是一个由良导体组成的球体，因而球体所带的电荷全部均匀分布在球面上。 (1)将单位正电荷e从无穷远处移至离良导体球M 104～10-5cm处时所做的功, 电荷与球体之间只有长程力（库仑力）作用，称为M相(球体)的外电位，用ψ表示,有: (2)从10-4 ～ 10-5cm处越过表面层到达M相内界面短程力做电功称为M的表面电位χ: χ (3)克服物相M与试验电荷之间短程力所作的化学功： μ 化 对于单位正电荷情况：任一相的表面层中，由于界面上的短程力场(范德瓦耳斯力、共价键力等)引起原子或分子偶极化并定向排列，使表面层成为一层偶极子层。单位正电荷穿越该偶极子层所作的电功称为M相的表面电位χ。所以将一个单位正电荷从无穷远处移入M相所作的电功是外电位ψ与表面电位χ之和，即 Ф称为M相的内电位。如果进入M相的不是单位正电荷，而是1摩尔的带电粒
第二章 化学热力学初步 1．计算系统热力学能的变化 （1）系统吸收了100J 的热量，并且系统对环境做了540J 功。 解：根据热力学第一定律，U Q W ?=+∴100J (540J)440J U ?=+-=- （2）系统放出100J 的热量，并且环境对系统做了635J 功。 解：根据热力学第一定律，U Q W ?=+∴100J+635J=535J U ?=- 4．已知： (1) C(s) + O 2(g) = CO 2(g) 11393.5r H kJ mol -?=-?θ (2) H 2(g) +12O 2(g) = CO 2(g) 12285.9r H kJ mol -?=-?θ (3) CH 4(g) +2O 2(g) = CO 2(g) + 2H 2O(l) 13 890.0r H kJ mol -?=-?θ 试求反应(4) C(s) + 2H 2(g) = CH 4(g) 的4r H ?θ 解：根据盖斯定律和已知条件可见，(4)＝(1) + 2(2) - (3) r 4r 1r 2r 2H H H H ∴?=?+??-?θ θ θθ 5．利用附录二的数据，计算下列反应在298K 的r m H ?θ (1) 223PbS(s)+O ()=PbO(s)+SO (g)2 g 查表f m H ?θ：-100 0 -219 -297 kJ.mol -1 -1r m (215297)(0100)412kJ mol H ?=----=-?θ (2) 3224NH (g)+5O ()=4NO(g)+6H O(l)g 查表f m H ?θ：-46.11 0 90.4 -285.8 kJ.mol -1 -1r m (490.46285.8)(0446.11)1169kJ mol H ?=?-?--?=-?θ 9．预言下列过程系统的△S 符号： (1) 水变成水蒸气； (因为吸热，体积增大，混乱度增大） (2) 气体等温膨胀； (因为吸热，体积增大，混乱度增大） 0>?S 0>?S -1 393.52285.9890.075.3kJ mol =--?+=-?
热力学 一、判断题： 1、在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。 2、25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。 3、稳定态单质的Δf H mΘ(800K)=0 。 4、d U=nC v,m d T公式对一定量的理想气体的任何pVT过程都适用。 5、系统处于热力学平衡态时，其所有的宏观性质都不随时间而变。 6、若系统的所有宏观性质均不随时间而变，则该系统一定处于平衡态。 7、隔离系统的热力学能是守恒的。 8、隔离系统的熵是守恒的。 9、一定量理想气体的熵只是温度的函数。 10、绝热过程都是定熵过程。 11、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。 12、系统从同一始态出发，经绝热不可逆过程到达的终态，若经绝热可逆过程，则一定达不到此终态。 13、热力学第二定律的克劳修斯说法是：热从低温物体传到高温物体是不可能的。 14、系统经历一个不可逆循环过程，其熵变> 0。 15、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W’<0，且有W G和G <0，则此状态变化一定能发生。 16、绝热不可逆膨胀过程中S >0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中S <0。 17、临界温度是气体加压液化所允许的最高温度。 18、可逆的化学反应就是可逆过程。 19、Q和W不是体系的性质，与过程有关，所以Q + W也由过程决定。 20、焓的定义式H = U + pV是在定压条件下推导出来的，所以只有定压过程才有焓变。 21、焓的增加量?H等于该过程中体系从环境吸收的热量。 22、一个绝热过程Q = 0，但体系的?T不一定为零。 23、对于一定量的理想气体，温度一定，热力学能和焓也随之确定。 24、某理想气体从始态经定温和定容两过程达终态，这两过程的Q、W、?U及?H是相等的。 25、任何物质的熵值是不可能为负值和零的。 26、功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功。 27、不可逆过程的熵变是不可求的。 28、某一过程的热效应与温度相除，可以得到该过程的熵变。 29、在孤立体系中，一自发过程由A→B，但体系永远回不到原来状态。 30、绝热过程Q = 0，即，所以d S = 0。 31、可以用一过程的熵变与热温熵的大小关系判断其自发性。 32、绝热过程Q = 0，而由于?H = Q，因而?H等于零。 33、按Clausius不等式，热是不可能从低温热源传给高温热源的。 34、在一绝热体系中，水向真空蒸发为水蒸气(以水和水蒸气为体系)，该过程W＞0，?U＞0。 35、体系经过一不可逆循环过程，其?S体＞0。 36、对于气态物质，C p－C V = n R。 37、在一绝热体系中有一隔板，两边分别是空气和真空，抽去隔板，空气向真空膨胀，此时Q = 0，所以?S=0。 二、填空题： 1、一定量的理想气体由同一始态压缩至同一压力p，定温压缩过程的终态体积为V，可逆绝热压缩过程的终
化学热力学初步学号姓名 一、是非题（判断下列叙述是否正确，正确的在括号中画√，错误的画） 1、系统的焓等于系统的热量。...................... .................. .........................（） 2、在恒温恒压下，某化学反应的热效应Q p=△H＝H2－H1，因为H是状态函数，故Q p也是状态函数。............................................................ ....................（） 3、已知298K时，△f Gθm(SbCl5，g)=-334.3kJ·mol-1，△f Gθm(SbCl3，g)=-301.0kJ·mol-1，则反应SbCl5(g)→SbCl3(g)+Cl2(g)在298K、标准状态下不能自发进行。....................（） 4.如果一个反应的△r Hθm和△r Sθm均为正值，当温度升高时，△r Gθm将减小.................（） 5.冰在室温下自发地融化成水，是熵增起了主要作用。..................................（） 6、如果一个反应的△r Hθm和△r Sθm均为正值，当温度升高时，△r Gθm将减小................（） 二、选择题（在下列各题中，选择出符合题意的答案，将其代号填入括号内） 1、已知反应 C2H2(g)+5/2 O2(g)→2CO2(g)+H2O(l)的△r Hθm (1)=-1301.0kJ·mol-1， C(s)+O2(g)→CO2(g)+H2O(l)的△r Hθm (2)=-393.5kJ·mol-1， H2(g)+1/2 O2(g)→H2O(l)的△r Hθm (3)=-285.8kJ·mol-1， 则反应2C(s)+H2(g)→C2H2(g)的△r Hθm为.......................... .....................................（）。 (A)228.2kJ·mol-1；(B)-228.2kJ·mol-1； (C)1301.0kJ·mol-1；(D)621.7kJ·mol-1。 2、已知298K时，MnO2(s)→MnO(s)+1/2O2(g)的△r Hθm (1)=134.8kJ·mol-1， MnO2(s)+Mn(s)→2MnO(s)的△r Hθm (2)=-250.4kJ·mol-1， 则△f Hθm (MnO2,s)为.........................................................................（）。 (A)-385.2kJ·mol-1；(B)385.2kJ·mol-1； (C)-520.0kJ·mol-1；(D)520.0kJ·mol-1。 3、下列各反应中，其△r Hθm等于相应生成物的标准摩尔生成焓的是........（）。 (A)2S(s)+3O2(g)→2SO3(g)；(B)1/2 H2(g)+1/2 I2(g)→HI(g)； (C)C(金刚石)+O2(g)→CO2(g)；(D)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)。 4、在下列各反应中，其△r Hθm恰好等于相应生成物的标准摩尔生成焓的是.（）。 (A)2H(g)+1/2 O2(g)→H2O(l)；(B)2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)； (C)N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)；(D)1/2 N2(g)+3/2 H2(g)→NH3(g)。 5、已知△f Hθm (N2O4，g)=9.2kJ·mol-1，则N2O4生成反应的热化学方程式是..（）。 (A)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △r Hθm =9.2kJ·mol-1； (B)N2(g)+2O2(g)→N2O4(g) △r Hθm =-9.2kJ·mol-1； (C)O2(g)+1/2 N2(g)→1/2N2O4(g) △r Hθm =-9.2kJ·mol-1； (D)2N2(g)+4O2(g)→2 N2O4(g) △r Hθm =18.4kJ·mol-1。6、已知298K时，△f Hθm (NO2，g)=33.2kJ·mol-1，△f Hθm (H2O，l)=-285.8kJ·mol-1， △f Hθm (HNO3，l)=-173.2kJ·mol-1，△f Hθm (NO，g)=90.3kJ·mol-1， 则反应3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(l)+NO(g)的△r Hθm =....................................................（）。(A)69.9kJ·mol-1；(B)-69.9kJ·mol-1； (C)169.7kJ·mol-1；(D)-169.7kJ·mol-1。 7、已知298K时，△f Hθm (CaO,s)=-635.1kJ·mol-1，△f Hθm (H2O,l)=-285.8kJ·mol-1， △f Hθm (Ca(OH)2,s)=-986.1kJ·mol-1，Ca的相对原子质量为40.1。则在298K时，1.00kgCaO与水反应生成Ca(OH)2时放出的热量为................................（）。 (A)2.33×103kJ；(B)-65.2kJ；(C)-2.33×103kJ；(D)-1.16×103kJ。 8、在下列各反应中，△r Gθm =△f Gθm (CO2,g)的是......................................................（）。 (A)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)；(B)C(金刚石)+O2(g)→CO2(g)； (C)2C(石墨)+2O2(g)→2CO2(g)；(D)2C(金刚石)+2O2(g)→2CO2(g)。 9、已知2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)的△r Gθm =-70.6kJ·mol-1，△f Gθm (NO,g)=86.6kJ·mol-1，则△f Gθm (NO2,g)=...............................................................................................................（）。 (A)-70.6kJ·mol-1；(B)141.2kJ·mol-1；(C)-35.3kJ·mol-1；(D)51.3kJ·mol-1。 10.已知：M+N→A+B的△r Gθm (1)=-26.0kJ·mol-1，2A+2B→C的△r Gθm (2)=48.0kJ·mol-1； 则在相同条件下，反应：C→2M+2N的△r Gθm为................................................（）。 (A)-4.0kJ·mol-1；(B)4.0kJ·mol-1；(C)-22.0kJ·mol-1；(D)22.0kJ·mol-1。 11.反应：Ca(OH)2(s)→CaO(s)+H2O(l)，在常温下不能自发进行，而在高温下能自发进行，这意味着该反应的............................................................................................................（）。 (A)△r H m>0，△r S m>0；(B)△r H m<0，△r S m>0； (C)△r H m<0，△r S m<0；(D)△r H m>0，△r S m<0。 12.反应3A(s)+2B(g)→A3B2(s)，低温自发，逆反应高温自发，该反应.........................（）。 (A)△r H m<0，△r S m<0；(B)△r H m<0，△r S m>0； (C)△r H m>0，△r S m<0；(D)△r H m>0，△r S m>0。 13.298K时，C(金刚石)的标准摩尔熵为2.4J·mol-1·K-1；则C(石墨)的标准摩尔熵.........（）。 (A)大于2.4J·mol-1·K-1；(B)=2.4J·mol-1·K-1； (C)大于零但小于2.4J·mol-1·K-1；(D)=0J·mol-1·K-1。 14.已知反应FeO(s)+C(s)→CO(g)+Fe(s)的△r Hθm>0，△r Sθm>0，下列叙述正确的是........（）。 (A)标准态、低温下反应可自发进行，高温下不能自发进行； (B)标准态、高温下反应可自发进行，低温下不能自发进行； (C)标准态、任何温度下反应均不能自发进行； (D)标准态、任何温度下反应均能自发进行。 15.下列叙述中正确的是.............................................................................................（）。 (A)放热反应都能自发进行；(B)△r Gθm<0的反应都能自发进行；
1.生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。 2.生物质能：将太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能源。 3.生物质能的优点：可再生性,低污染性,广泛分布性,价格低廉,总量丰富。 4.淀粉的结构:淀粉的基本结构单元:淀粉是纯粹的碳水化合物。 淀粉颗粒含有微量的非碳水化合物物质，如蛋白质、脂肪酸、无机盐等，其中除脂肪酸被直链淀粉分子吸附，磷酸与支链淀粉分子呈酯化结合以外，其他物质都是混杂在一起。 淀粉的分子式为(C6H10O5)n ，n为不定数，被称为聚合度(DP)，一般为800-3000； C6H10O5为脱水葡萄糖单元或脱水葡萄糖基(AGU)。 （1）直链淀粉：占淀粉总量的20%，由数百个葡萄糖分子组成。属于线性高分子。分子质量：3.2×104-1.6×105，相当于分子中有200-980个葡萄糖残基。 直链淀粉是α-D-吡喃葡萄糖基单元通过1-4糖苷键连接的线型聚合物。 直链淀粉的螺旋结构：呈右手螺旋，每6个葡萄糖单元组成螺旋的一个节据，螺旋内部只含氢原子，是亲油的，羟基则位于螺旋外侧。 （2）支链淀粉：(1)具有高度分支结构。(2)支链淀粉的分子较直链淀粉大，相对分子量在105-106间。(3)分子形状如高梁穗，由D-葡萄糖以α-1,4糖苷键成链，分子接点上为α-1,6糖苷键（占总糖苷键的4-5%）。 (4)侧链分布不均匀，平均相距20-25个葡萄糖单元。 5.淀粉与碘的显色反应——非化学反应——螺旋包合物 直链淀粉的分子链越长，结合的碘越多，呈现的颜色也随之变化；聚合度12以下的不显颜色，聚合度12-15呈棕色；聚合度20-30呈红色；聚合度35-40呈紫色；聚合度45以上呈蓝色。 分支很多的支链淀粉，在支链上的直链平均聚合度20～28，这样形成的包合物是紫色的。 6.淀粉颗粒的环层结构和偏光十字（双折射） 由于淀粉颗粒内部存在着两种不同的结构即结晶结构和无定形结构的缘故。在结晶区淀粉分子链是有序排列的，而在无定形区淀粉分子链是无序排列的。这两种结构在密度和折射率上存在差别，即产生各向异性现象，从而在偏振光通过淀粉颗粒时形成了偏光十字。 7.环糊精的结构：环糊精是由环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase）作用于淀粉而产生的一类环状低聚糖。以 -1,4糖苷键相互连接。常见的环糊精主要有 α-、 β-和 γ-CD。羟基—OH构成环糊精的亲水表面，碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔 8.纤维素的多分散性:纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各分子的聚合度不同。这种现象称之为纤维素的多分散性 9.纤维素含有大量的氢键。 10.纤维素酶的作用机理--外切β-1-4聚葡萄糖酶（EC 3.2.1.91，也称C1酶）、内切β-1-4聚葡萄糖酶（EC 3.2.1.4，也称Cx酶）、纤维二糖酶（EC 3.2.1.21，也称-葡萄糖二聚体酶）三种酶协同降解 11.纤维素的磺酸酯制备步骤： 第一步：用18% NaOH在15-30oC处理纤维素纤维，然后将多余的碱液压榨出去，在这个过程中纤维素降解，DP降至200-400。 第二步：纤维素磺化：25-30oC，3小时，取代度大约为0.5。 第三步：将黏胶液过滤，然后使它通过喷丝头进入酸液中（如硫酸）。这时纤维素的磺酸酯再生成纤维素，同时形成非常好的细丝称之为人造丝。 12.半纤维素的含义：半纤维素是指高等植物细胞壁中非纤维素也非果胶类物质的多糖。半纤维素并不是纤维素合成的前驱物，半纤维素也与纤维素的合成无关。 13.半纤维素与其伴生物的化学连接 （1）半纤维素和木素之间的连接:在植物细胞壁中，木素与半纤维素之间存在着化学连接，形成木素与碳水化合物复合体，即LCC。木素与半纤维素之间连接键的形式主要有苄基醚键、苄基酯键和苯基配糖键等。（2)半纤维素与纤维素之间的连接:普遍认为在植物细胞壁中纤维素和半纤维素之间没有共价键连接。但半
第二章热力学第一定律 一．基本要求 1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的Q,W, U和 H的值。 3．了解为什么要定义焓，记住公式U Q V , H Q p的适用条件。 4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中， U, H, W, Q的计算。 二．把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习 题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。 例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变化的过 程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地 上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨” 是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外， 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变 为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。例如在 不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所 以 Q 0, W 0, U 0 。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为