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本文拟介绍气相反应热力学等温方程的构建机制,探究热力学等温方程的科学性,供参考.
热力学等温方程的构建
某气相反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)对应的热力学等温方程,参见如下式(1)所示:
(1)
式(1)中“、”分别代表化学反应的摩尔吉布斯函数变及标准摩尔吉布斯函数变;“Jp”表
示化学反应的压力商,其表示式参见如下式(2)所示:
(2)
式(2)中“pB”代表组分B物质的分压;“vB”表示组分B物质的化学计量系数.
气相反应等温方程的构建机制,通常包括如下两大步骤.
1.1 纯理想气体的化学势
设:温度T下,纯理想气体B 压强由pθ变化至pB,化学势由变化至; 参见如下图1所示:
B(pg,pθ)→B(pg,pB)
图1. 纯理想气体B变化示意图
由热力学基本方程可得:
(3)
图1过程,恒温(dT=0),有效功为0();
备注:理想气体的单纯pVT变化,.
此时式(1)可化简为:
(4)
式(4)积分可得:
(5)
整理式(5)可得:
(6)
式(6)即为纯理想气体B的化学势表示式.
同理可得纯理想气体A、C及D化学势表示式,参见如下式(7)、(8)及(9).
(7)
(8)
(9)
1.2 热力学等温方程的构建
对于恒温恒压条件下,进行的化学反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g):
(10)
将式(6)代入式(10)可得:
(11)
整理式(11)可得:
(12)
由式(12)可得:
上式中: (13)
2. 热力学等温方程的科学性
需强调热力学恒温恒压下(包括标准状态)的化学反应仅能通过范特霍夫平衡箱[1]实现,化学反应的
“”均无法利用热化学方法实测,表明热力学等温方程只具有理论意义.
3. 结论
⑴利用纯理想气体的化学势,可构建出气相反应的热力学等温方程;
⑵恒温恒压下(包括标准状态)的化学反应仅能通过范特霍夫平衡箱实现,化学反应的
“”均无法利用热化学方法实测,热力学等温方程只具有理论意义.
参考文献
[1]余高奇. 范特霍夫平衡箱——理想的热力学反应器. 科学网博客,http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.2023,1.
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