（1）积分溶解热

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任务3 计算溶解与混合过程热效应
知识目标：掌握积分溶解热与积分混合热概念，掌握
硫酸溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液稀释或浓缩时
热效应的计算方法。
能力目标：能用Excel、ChemCAD计算硫酸、氢氧化
钠和盐酸溶解与混合过程热效应。
一、 积分溶解热与积分混合热概念
（1）积分溶解热
（2）积分稀释热
二 、 手工计算溶解与混合过程热效应
三、 采用Excel计算溶解与混合过程热效应
四、采用ChemCAD计算溶解与混合过程热效应
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单元4 单一化工过程能量衡算
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任务3 计算溶解与混合过程热效应
一、 积分溶解热与积分混合热概念
(1)积分溶解热
1mol溶质于恒压恒温下溶于一定量(nmol)溶剂中,形成一定浓
度的溶液时的焓变化称为该浓度的积分溶解热hs(T,n)。随着
n的增大,hs(T,n)将趋于一极限值,称为无限稀释积分溶解热。
☆通常积分溶解热数据是在p0 、T0下获得,称为标准积分溶解热
hs0,可通过有关图、表(如P117表4-8)查得。
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任务3 计算溶解与混合过程热效应
一、 积分溶解热与积分混合热概念
(2)积分稀释热
在一定温度、压力下,某一浓度的溶液由于蒸发或加入溶剂
而发生浓度变化时产生的折合成1mol溶质的焓变称为积分稀
释热。若此过程在p0、T0下进行,则称为标准积分稀释热。通
常用 hDil0 。图中溶 液从浓度 1到 浓 度2时 ，其积分 稀释热
hDil0之值即为对应浓度下积分溶解热之差。
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二、 手工计算溶解与混合过程热效应
(1) 例 4-6 求 在 含 有 1molH2SO4 与 5molH2O 的 硫 酸 溶 液 中 加 入
5molH2O，使之成为含有1molH2SO4与10molH2O的硫酸溶液
时所产生的热量？
解：由题意画出过程示意图，以1molH2SO4为计算基准
则：(hs0)1+hDil0=(hs0)2hDil0=(hs0)2(hs0)1
查得：(hs0)1= 58.03kJ/mol、(hs0)2= 67.03kJ/mol
∴hDil0= 67.03(58.03)= 9 kJ/mol
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二、 手工计算溶解与混合过程热效应
(2) 例 4-7 25℃ 、 101325Pa 下 200gH2SO4 溶 于 水 形 成
40%H2SO4（质）溶液时所放出的热量？
解：40%H2SO4（质）换算成H2O/H2SO4mol之比
(60/18)/(40/98)=8.167mol/mol
查表4-8可得：hs0= 63.73kJ/mol
∴Q=nhs0=200/98(63.73)= 130.06 kJ
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二、 手工计算溶解与混合过程热效应
(3)例4-8 用100℃HCl(g)和25℃水产40℃20%(质量%)盐酸水溶液
1000kg/h,试计算吸收装置与外界交换的热量为多少kJ/h?
解:由题意画出过程示意图
(一)物料衡算
基准：1000kg20%(质量%)盐酸(或1h)
nHCl=1000×20%/36.5=5.479kmol/h
n水=1000×80%/18=44.444kmol/h
(二)能量衡算
基准：25℃、H2O(l)、HCl(g)
为便于计算，现设计以下途径：
25℃、H2O(l)
44.444kmol
＋
H1
25℃、H2O(l)
44.444kmol
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100℃、HCl(g)
5.479kmol
H

40℃、20%（质量%）HCl(溶液)
1000kg
H2
＋
25℃、HCl(g)
5.479kmol
H4
H3

25℃、20%（质量%）HCl(溶液)
1000kg
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二、 手工计算溶解与混合过程热效应
(3)例4-8
则:H=H1+H2+H3+H4
①H1的计算:H1=0
②H2的计算:H2=ncp(T0－T1)
查得:cpHCl=29.17kJ/(kmolK)
故:H2=5.479×29.17×(25－100)=－1.199×104kJ/h
③H3 的计算:将20%(质量%)HCl溶液化成H2O与HCl摩尔数之
比的浓度为:n0/n1=(80/18)/(20/36.5)=8.111molH2O/molHCl；
由表4-8查得: hs0 =－67.43kJ/molHCl
故:H3=nHCl hs0 =5.479×103×(－67.43)=－3.695×105kJ/h
④H4的计算:H4=ncp (T2－T0)
由手册查得:cp =2.866kJ/(kgK)
故:H4=1000×2.866×(40－25)=4.299×104kJ/h
所以：H=Hi=－3.385×105kJ/h
即吸收过程中需移出热量3.385×105kJ/h
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二 、手工计算溶解与混合过程热效应
(4)例4-9将78%(质量%)的H2SO4加水稀释为25%,试计算:(1)配制
1000kg25%的H2SO4需78%的H2SO4和水各为多少?(2)稀释过
程的放热量?(3)该过程能否在绝热条件下进行?若能,则终温为
多少?已知25% H2SO4的恒压热容为3.347kJ/(kgK),且可视为
常数。
解：物料衡算基准为1000kg25%的H2SO4
①物料衡算求出78%的H2SO4的量m1和加水量m0
由酸平衡得：100025%=78% m1m1=320.5kg、m2=679.5kg
②求稀释过程的放热量
由题意画出稀释过程示意图
则：Q=H=H2H1
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二、 手工计算溶解与混合过程热效应
(4)例4-9
将质量%换算成H2O( l )/H2SO4mol之比
78%H2SO4(n0/n1)1=22/18/(78/98)=1.536
25%H2SO4(n0/n1)2=75/18/(25/98)=16.33
查表4-8得：(hs0)1=37.264kJ/mol、(hs0)2=69.252kJ/mol
∴hDil0=69.252(37.264= 31.99 kJ/mol
∴Q=nhDil0=100025%103(31.99)/98= 8.160104 kJ
③判断能否在绝热下混合
则：Q=H=H1+H2=0
H1=8.160104 kJ、H2=mcp(t2t0)=10003.347(t225)
即：3347(t225)=8.160104t2=49.4℃
查得：25%H2SO4的泡点为tb=105℃
∵t2＜tb∴该过程可在绝热下进行
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三、 采用Excel计算溶解与混合过程热效应
例4-10 25℃、101325Pa下200gH2SO4溶于水形成40%H2SO4(质)
溶液时所放出的热量?
方法(1)单元格驱动,线性内插
方法(2)编写成可利用质量%浓度直接查得标准积分溶解热的自
定义函数HSNH2SO4直接计算
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三、 采用Excel计算溶解与混合过程热效应
例4-11 利用ExcelVBA自定义函数HsnH2SO4计算
100kg50%H2SO4与80kg90%H2SO4在25℃、101325Pa下
混合的热效应。
Q= [-46.32718067.78%-(-58.97810050.00%
-18.6148090.00%)]1000/98
=-1.391104 kJ
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四、 采用ChemCAD计算溶解与混合过程热效应
例4-9 在25℃、p0下将78%(质量%)硫酸稀释成25%硫酸,试计算
配制1000kg、25%硫酸水溶液时:①78%硫酸与水各用多少
kg? ②稀释过程放热量?(3)该过程能否在绝热条件下进行?若
能,则终温为多少?
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