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偶然翻到2000年笔者参编化学辅导教材[1]中的一道题目,现在看起来别有一番感悟,拿出来与同行分享.
1. 物质标准摩尔熵(Sθm)大小的比较
熵是描述系统混乱度(或无序度)的量度,混乱度越大,系统熵值也越大. 物质标准摩尔熵比较依据如下:
(1)一般情况下气态物质的标准摩尔熵大于液态物质的标准摩尔熵,大于固态物质的标准摩尔熵;
(2)同为固态物质,化合物的标准摩尔熵大于单质的标准摩尔熵;
(3)同为单质,分子量越大,其标准摩尔熵越大 .
例1:不用查表,将下列物质25℃时的标准摩尔熵(Sθm)按递减顺序排列,
(a) K(s);(b)Na(s);(c)Br2(l);(d)Br2(g);(e)KCl(s)
依物质标准摩尔熵比较依据, 上述各物质的标准摩尔熵按递减排列顺序为:
(d)>(c)>(e)>(a)>(b).
有必要指出上述比较依据并不是绝对的,参见表1[2].
表1. 一些物质298.15K时的标准摩尔熵(Sθm)
物质名称 | Sθm/(J·mol-1·K-1) |
H2(g) | 130.684 |
Br2(l) | 152.231 |
AgNO3(s) | 140.92 |
AgCl(s) | 96.2 |
I2(s) | 116.135 |
Na(s) | 51.21 |
Mg(s) | 32.68 |
由表1可知:氢气的标准摩尔熵小于液态溴的标准摩尔熵,也小于固态化合物硝酸银的标准摩尔熵;固态化合物氯化银的标准摩尔熵小于固态单质碘的标准摩尔熵;尽管钠的原子量小于镁,钠单质的标准摩尔熵大于镁单质的标准摩尔熵.
以上事实表明,不同物质标准摩尔熵的相对大小很难准确判定.
2. 化学反应熵变正负号的近似判定
化学反应熵变的正负号,对探讨温度对化学反应自发性的影响有一定意义. 如何不通过热力学数据计算,直接给出化学反应熵变的正负号呢?
一般认为,同固相、液相物质相比,气相物质的熵较大;在判定化学反应熵变正负号时,通常只考虑气相物质的熵;同为气相物质,其熵值尽管有差别,但差别不大,可近似认为相等,均规定为1.
例2:不经热力学数据计算,试判定下列化学反应熵变的正负号.
(1) CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g)
(2) CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
解:(1)ΔS=S(CO,g)+3S(H2,g)-S(CH4,g)-S(H2O,g)=1+3-1-1=2>0, 因此熵增;
(2)ΔS=S(CO2,g)=1>0,因此熵增.
需强调,上述判定方法,也只是化学反应熵变正负号判定的一种近似方法,判定结果并不绝对准确.
3.结论
⑴ 很难准确预判不同物质标准摩尔熵的相对大小;
⑵ 近似判定化学反应熵变正负号时,通常只考虑气相物质的熵值.
参考文献
[1]贺克强,张开诚,金春华主编. 无机化学与普通化学题解. 武汉:华中理工大学出版社, 2000,4: 11.
[2]Lide D R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97th ed. Ohio: Chemical Rubber Co,2016,7
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