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

       例：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Q、W_非体积、Δ_rU^θ_m、Δ_rH^θ_m、Δ_rS^θ_m、Δ_rG^θ_m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：Δ_rU^θ_m，1=Δ_rU^θ_m，2        （1）

              Δ_rH^θ_m，1=Δ_rH^θ_m,2            （2）

              Δ_rS^θ_m，1=Δ_rS^θ_m,2              （3）

             Δ_rG^θ_m，1=Δ_rG^θ_m,2             （4）

  2. Δ_rH^θ_m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：Δ_rH^θ_m，1=Δ_rH^θ_m，2=Q₁=-41.8kJ·mol^-1;

 3. Δ_rU^θ_m的计算

        Δ_rU^θ_m，1可通过两条不同途径计算.

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

        依题：Q₁=-41.8kJ·mol^-1，W₁=0

        将Q₁、W₁的值分别代入式（5）可得：Δ_rU^θ_m，1=Δ_rU^θ_m，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：∑ν_i(g)=2-1-1=0    （6）

         又因为^[2]：Δ_rH^θ_m，1=Δ_rU^θ_m，1+∑ν_i(g)●RT     （7）

         将式（6）代入式（7）可得：Δ_rU^θ_m，1=Δ_rU^θ_m，2=Δ_rH^θ_m，1=-41.8（kJ·mol^-1）

 4. Δ_rG^θ_m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Δ_rG^θ_m.

         又因为Δ_rU^θ_m，2=Q₂+W₂=Q₂ + Δ_rG^θ_m       （8）

         依题：Q₂=-1.64kJ·mol^-1

         将Δ_rU^θ_{m， 2}及Q₂的值分别式（8）可得：

          Δ_rG^θ_m，2= Δ_rG^θ_m，1=Δ_rU^θ_m，2- Q₂=-41.8-（-1.64）=-40.16（kJ·mol^-1）

 5. Δ_rS^θ_m的计算

         对于恒温过程：Δ_rG^θ_m=Δ_rH^θ_m-T●Δ_rS^θ_m       （9）

        由式（9）可得：Δ_rS^θ_m=（Δ_rH^θ_m-Δ_rG^θ_m）/T    （10）

        将已知数据代入可得：

          Δ_rS^θ_m= （Δ_rH^θ_m,1-Δ_rG^θ_m,1）/T₁

                    = （Δ_rH^θ_m,2-Δ_rG^θ_m,2）/T₂

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

       即： Δ_rS^θ_m，1= Δ_rS^θ_m，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

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