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 4/4 步：第三代和第四代制冷剂的COP
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COP(CFX3CHX2F)=22.179×100×10−3=2.80,COP(CFX3CF=CHX2)=19.1120×100×10−3=1.59⇒NoCOP(\ce{CF3CH2F}) = \dfrac{22.1}{79 \times 100 \times 10^{-3}} = 2.80,\quad COP(\ce{CF3CF=CH2}) = \dfrac{19.1}{120 \times 100 \times 10^{-3}} = 1.59 \Rightarrow \text{No}
分析

同样计算得 CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} 的 COP=2.80COP = 2.80，CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} 为 1.591.59——均低于 4.10，因此新一代并未提高能效；采用它们是出于环境（臭氧层、温室效应）原因。

常见错误. CVC_V 单位为 J K−1^{-1} mol−1^{-1}，需换算成 kJ：漏掉 10−310^{-3} 会使 WW 大 1000 倍，COP 全错。