Chemistry Labs

第 1 题

新型与被遗忘的旧制冷剂。在模型制冷循环中对制冷剂进行热力学比较：液态制冷剂在恒定压力 p1p_1、温度 T1T_1 下沸腾（吸热 QQ），蒸气经可逆绝热压缩升温至 T2T_2（功 WW），再在恒定压力 p2p_2 下冷却并回到初始状态。对 1 mol 制冷剂，T1=280T_1 = 280 K，T2=380T_2 = 380 K，蒸气视为理想气体：NHX3\ce{NH3} — ΔHvap=21.3\Delta H_{vap} = 21.3 kJ mol−1^{-1}，CV(气)=26.7C_V(\text{气}) = 26.7 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} — 20.020.0 kJ mol−1^{-1}，48.848.8 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} — 22.122.1 kJ mol−1^{-1}，7979 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — 19.119.1 kJ mol−1^{-1}，120120 J K−1^{-1} mol−1^{-1}。(a) 计算 NHX3\ce{NH3} 和 CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} 的 QQ 与 WW。(b) 性能系数 COP=Q/WCOP = Q/W，计算两种制冷剂的 COP。(c) 计算 CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} 与 CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} 的 COP——与 CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} 相比效率提高了吗？
第 2/4 步：绝热压缩功
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W=CV(gas)(T2−T1):W(NHX3)=26.7×100=2.67 kJ,W(CHFX2Cl)=48.8×100=4.88 kJW = C_V(\text{gas})(T_2 - T_1): \quad W(\ce{NH3}) = 26.7 \times 100 = 2.67\ \text{kJ},\quad W(\ce{CHF2Cl}) = 48.8 \times 100 = 4.88\ \text{kJ}
分析

理想气体绝热过程 q=0q = 0，压缩功等于内能增量：W=CV(T2−T1)=CV×100W = C_V(T_2 - T_1) = C_V \times 100 K，得 2.67 kJ（NHX3\ce{NH3}）和 4.88 kJ（CHFX2Cl\ce{CHF2Cl}）。