余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性。

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无机热力学典型题目剖析

已有 1328 次阅读 2022-5-16 23:26 |系统分类:教学心得

       热力学在无机化学教学中侧重于应用,需将热力学基础灵活应用于无机热力学题目的解析.

       本文拟剖析一道典型无机热力学题目,进一步突出其应用特点.

 1. 无机热力学题目

       :设有反应A(g)+B(g)→2C(g),A、B、C都是理想气体,在25℃、100kPa下实现该反应. 分别计算下述两过程对应的QW非体积、ΔrUθm、ΔrHθm、ΔrSθm、ΔrGθm的值[1].

       (1)体系放热41.8kJ·mol-1,没有作功;

       (2)体系做了最大功,并放热1.64kJ·mol-1.

       析:(1)、(2)两过程(反应)的始末态相同,所有的状态函数改变量分别相等.

       即:ΔrUθm,1rUθm,2        (1)

              ΔrHθm,1rHθm,2            (2)

              ΔrSθm,1rSθm,2              (3)

             ΔrGθm,1rGθm,2             (4)

  2. ΔrHθm的计算

       过程(1)恒温恒压(标准状态),且体积功与非体积功均为0,

       则:ΔrHθm,1=ΔrHθm,2=Q1=-41.8kJ·mol-1;

 3. ΔrUθm的计算

        ΔrUθm,1可通过两条不同途径计算.

        途径Ⅰ:依热力学第一定律,ΔrUθm,1=Q1+W1    (5)

        依题:Q1=-41.8kJ·mol-1W1=0

        将Q1W1的值分别代入式(5)可得:ΔrUθm,1rUθm,2=-41.8+0=-41.8(kJ·mol-1

        途径Ⅱ:反应A(g)+B(g)→2C(g)为等体积反应. 即:∑νi(g)=2-1-1=0    (6)

         又因为[2]:ΔrHθm,1rUθm,1+∑νi(g)●RT     (7)

         将式(6)代入式(7)可得:ΔrUθm,1rUθm,2rHθm,1=-41.8(kJ·mol-1

 4. ΔrGθm的计算

         由原电池原理可知,恒温恒压下,化学反应所产生的最大功即为ΔrGθm.

         又因为ΔrUθm,2=Q2+W2=QΔrGθm       (8)

         依题:Q2=-1.64kJ·mol-1

         将ΔrUθm, 2Q2的值分别式(8)可得:

          ΔrGθm,2= ΔrGθm,1rUθm,2Q2=-41.8-(-1.64)=-40.16(kJ·mol-1

 5. ΔrSθm的计算

         对于恒温过程:ΔrGθmrHθm-T●ΔrSθm       (9)

        由式(9)可得:ΔrSθm=(ΔrHθmrGθm)/T    (10)

        将已知数据代入可得:

          ΔrSθm= (ΔrHθm,1rGθm,1)/T1

                    = (ΔrHθm,2rGθm,2)/T2

                    =[-41.8-(-40.16)]×103/298.15=-5.5(J·mol-1·K-1

       即: ΔrSθm,1= ΔrSθm,2=-5.5J·mol-1·K-1.

 6. 计算结果

      计算结果参见表1

表1 计算结果

过程

Q

(/kJ·mol-1

W非体积

(/kJ·mol-1

ΔrUθm

(/kJ·mol-1

ΔrHθm

(/kJ·mol-1

ΔrSθm

(/J·mol-1·K-1)

ΔrGθm

(/kJ·mol-1

(1)-41.80-41.8-41.8-5.5-40.16
(2)-1.64-40.16-41.8-41.8-5.5-40.16

参考文献

[1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学(第五版). 北京:高等教育出版社,2018,6:50.

[2]浙江大学普通化学教研组编. 普通化学(第七版). 北京:高等教育出版社, 2020,2:15




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