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; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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浅析热力学等温方程的科学性

已有 1254 次阅读 2024-4-29 20:02 |系统分类:教学心得

       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.

  1. 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:

    image.png       (1)

    式(1)中“image.pngimage.png”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:

      image.png       (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image.png变化至image.png;   参见如下图1所示:      

                                                      B(pg,pθ)→B(pg,pB

                                                         image.png          image.png 

                                                     图1. 纯理想气体B变化示意图

        由热力学基本方程可得:

             image.png          (3)

        图1过程,恒温(dT=0),有效功为0(image.png);

备注:理想气体的单纯pVT变化,image.png.

        此时式(1)可化简为:

        image.png           (4)

        式(4)积分可得:

         image.png     (5)

        整理式(5)可得:

        image.png         (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).

        image.png           (7)

         image.png            (8)

          image.png           (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):

          image.png       (10)

          将式(6)代入式(10)可得:

          image.png    (11)

          整理式(11)可得:

          image.png

                     image.png                                  (12)

           由式(12)可得:

            image.png    

            上式中:image.png          (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

image.png”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

image.png”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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