热力学知识：热力学中的动力学和热力学变化

第２８卷第９期　

Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．９　催化　学　报　

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣａｔａＺｙｓｉｓ　２００７年９月　

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２００７　

文章编号：０２５３—９８３７（２００７）０９—０７５２—０３　

直接乙醇燃料电池中乙醇电氧化过程的热力学和动力学考虑　

宋树芹，　王　毅，　沈培康　

（中山大学物理科学与工程技术学院光电材料与技术国家重点实验室，广东广州５１０２７５）　

摘要：从热力学和动力学角度讨论了质子交换膜燃料电池中的乙醇电氧化过程．理论计算得出直接乙醇燃料电池比乙醇重　整质子交换膜燃料电池具有较高的有效能效率．从热力学分析可知，温度低于１００℃时乙醇完全氧化的最大转化率仅为　

１４％．从动力学角度考虑，ＰｔＳｎ／Ｃ催化剂对乙醇电氧化具有较高的催化活性，但仍不能使乙醇发生完全电氧化．热力学和动　力学分析表明，操作温度是影响直接乙醇燃料电池性能的关键因素，它对开发新型催化剂和电解质膜材料提出了新的要求．　关键词：直接乙醇燃料电池；热力学分析；动力学分析；乙醇电氧化　

中图分类号：０６４３　文献标识码：Ａ　

直接乙醇燃料电池（ＤＥＦＣ）属质子交换膜燃料　

电池（ＰＥＭＦＣ），由于乙醇无毒、成本低、易得、处理　

便捷和比能量高而备受关注．有关ＤＥＦＣ的大部分　

工作是开发新型高效的阳极催化剂，且已取得了很　

大进展＿１￣４　Ｊ．Ｓｏｎｇ等＿５Ｉ６　Ｊ报道了有关乙醇渗透、膜　

电极的制备过程及其对单池性能的影响．本文从动　

力学与热力学角度考虑了ＰＥＭＦＣ中乙醇的电氧化　

过程．　

众所周知，燃料电池的工作效率正比于燃料的　

转化效率．一定温度下乙醇重整反应的最大可能转　

化率可通过热力学计算得到，结果如图１所示．由　

于Ｎａｔｉｏｎ＊膜的质子传导率直接依赖于膜的含水　

量，因而以Ｎａｆｉｏｎ　膜为电解质的燃料电池的工作　

温度局限在１００℃以下．从图１可以看出，当温度　

＜１００℃，乙醇氧化为ＣＯ，和水时，乙醇的最大转　

第5

期总第201

期冶金丛刊

Sum．201No．5

2012

年10月METALLURGICALCOLLECTIONSOctober2012

作者简介：

曹春磊（1986－），

男，

安徽工业大学硕士研究生.高氮奥氏体钢中氮析出和溶解的热力学

与动力学研究

曹春磊周俐

（

安徽工业大学冶金与资源学院，

安徽马鞍山243002）

摘要常压下氮在钢中的溶解度遵循Sieverts

定律，

溶解度较低（

通常低于0．3%），

因此，

在高氮钢的冶炼中，

如

何提高氮含量成为了研究的焦点。

本文介绍了氮在高氮奥氏体钢中的作用，

分析了氮在高氮钢中析出和溶解的热

力学原理，

为增压提高氮含量的措施提供了理论基础；

同时分析了其动力学原理，

探讨了钢液吸氮和脱氮的限制性

环节。

此外，

本文还从微观角度，

即从形核机理阐述了高氮奥氏体钢氮析出和溶解的新的研究方向。

关键词高氮奥氏体钢；

氮析出和溶解；

热力学；

动力学；

形核

中图分类号：TG142．25

文献标识码：A

文章编号：1671－3818（2012）05－0001－04

THERMODYNAMICANDDYNAMICRESEARCHONNITROGEN

PRECIPITATIONFROMANDSOLUTIONINTOTHEHIGH

NITROGENAUSTENITESTEEL

CaoChunleiZhouLi

（Metallurgical＆ResourcesSchool，AnhuiUniversityofTechnology，Ma’anshan243002，Anhui）

AbstractThesolubilityofnitrogeninthesteelfollowstheSievertsprincipleintheatmosphericpres-

sure，andisrelativelylow（generallyspeaking，lowerthan0．3%），therefore，intheprocessofmelting

thehighnitrogensteel，howtoincreasethenitrogencontentbecomesthefocus．Thispaperhasintro-

２０１５年４月　第３７卷第４期　中成药　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｐａｔｅｎｔ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　Ａｐｒｉｌ　２０１５　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．４　

［１３］　Ａｂｅｒｔｕｍｓ　Ｍ　Ｒ，Ｍｏｌｐｅｅｅｒｅｓ　Ｊ，ＧｕｚｍａｎＭ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　［１４］　刘艳杰，向荣武．星点设计效应面法在药学试验设计中的　

ｏｆ　ａ　ｎｅｗ　ｃｙｃｌｏｓｐｏｒｉｎｅ　ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｏｌｙ（ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）　用［Ｊ］．中国现代应用药学杂志，２００２，２４（６）：　

ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ，２００２，１９（１）：４５５—４５７．　

６１．７２．　

内部沸腾法提取槐米中的芦丁及其动力学和热力学研究　

张艳丽，　符华林　，　卢朝成，　

（四川农业大学动物医学院药学系，　刘梦娇，　周建瑜，　范巧佳　

四川雅安６２５０１４）　

摘要：目的采用内部沸腾法提取槐米中的芦丁，并对其提取过程中的动力学和热力学进行研究。方法　内部沸腾法　

提取槐米中的芦丁，通过单因素实验进行优化，并计算提取过程中的传质系数　，活化能及热力学函数△日，△ｓ和　

ＡＧ。结果当乙醇体积分数为８０％，解吸液料比为２．４　ｍＬ／ｇ，解吸时间为３０　ｒａｉｎ，提取剂乙醇体积分数为１０％，提　

取液料比为１６　ｍＬ／ｇ，提取温度为８０℃～９０℃，芦丁内部沸腾法提取过程在２００　ｓ内完成，提取速率比乙醇回流法快　

２４倍；内部沸腾法提取过程的传质系数ｋ在０．００４　９—０．００６　９　ｓ～，大于乙醇回流提取的７．００×１０～ｓ～；提取过程的　

活化能和热力学参数，ＡＥ为３５．６５　ｋＪ／ｍｏｌ，△　为１６８．０５　ｋＪ／ｍｏｌ，ＡＳ为４８１．３３　Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ），ＡＧ为一４．３４　ｋＪ／ｍｏｌ　

（８５　ｏＣ）。结论内部沸腾法的提取过程是吸热熵增加的过程，ＡＧ小于零，为自发过程。　

关于热力学和动力学在高中化学教学中的思考

摘要：在化学反应原理的教学过程中，热力学和动力学为教学内容提供了理论支撑，充分掌握热力学和动力学的概念和运用，不但可以促进教师对教学内容的深入理解，提升专业发展，也可以促使教师将知识诠释的通俗易懂，激发学生的学习兴趣。

关键词：热力学和动力学 化学反应方向 化学反应速率

一、热力学

1.热力学四大定律。热力学第零定律，如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到热平衡。这个热平衡的规律就称为热平衡定律或热力学第零定律，这个结论是大量实验事实的总结和概括，不能由其他的定律或定义导出，也不能由逻辑推理导出。热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在，不仅给出了温度的概念，而且给出了比较温度的方法。热力学第一定律就是能量守恒与转化定律，即自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能量的总值保持不变。简单来说，即在隔离系统中，能的形式可以改变，但能量的总值不会改变。热力学能又称内能，热力学能是指系统内分子运动的平均能、转动能、电子及核的能量，以及分子与分子相互作用的位能等能量的总和。热力学第二定律指出某种自发过程的逆过程是不能自动进行的。本质上来说，在隔离系统中，由比较有秩序的状态向比较无秩序的状态变化，是自发变化的方向。热力学第二定律主要讨论变化的方向性核限度问题。一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而熵函数可以作为系统混乱度的一种量度。热力学第二定律只告诉我们如何测定熵的变化值，但不能提供熵的绝对值，所以只能人为规定一些参考点作为零点，来求其相对值。这些相对值就称之为规定熵。热力学第三定律可以表示为：在0K时，任何完整晶体的熵等于零。有了热力学第三定律和规定熵的支撑，我们可以通过查表获取一些处于标准压力和298.15K时的摩尔熵值，根据这些熵值和物质的Cp、m值及其状态方程来计算其在任意温度或压力下的熵值，从而计算化学反应中的熵变。