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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“石墨燃烧反应”的热力学不同解读

已有 733 次阅读 2024-8-19 21:23 |系统分类:教学心得

         本文拟比对“平衡态热力学”与“准静态过程假说”对25℃、标态下石墨完全燃烧反应的不同解读,供参考.  

  1. 石墨燃烧反应 

    25℃、标态下石墨完全燃烧反应参见如下式(1)所示:

    C(石墨)+O2(g)→CO2(g)            (1)

    25℃、标态下相关物质的热力学性质参见如下表1所示:

    表1.25℃、标态下相关物质的热力学性质 image.png

    对于式(1)反应,依热力学基本原理可得:

    ΔrHθm,1fHθm(CO2,g)-ΔfHθm(C,石墨)-ΔfHθm(O2,g)             (2)

    ΔrGθm,1fGθm(CO2,g)-ΔfGθm(C,石墨)-ΔfGθm(O2,g)             (3)

    ΔrSθm,1=Sθm(CO2,g)-Sθm(C,石墨)-Sθm(O2,g)                          (4)

    将表1数据分别代入式(2)、(3)及(4)可得:

    ΔrHθm,1fHθm(CO2,g)-ΔfHθm(C,石墨)-ΔfHθm(O2,g)

                 =-393.509kJ·mol-1                                                  (5) 

    ΔrGθm,1fGθm(CO2,g)-ΔfGθm(C,石墨)-ΔfGθm(O2,g)

                 =-394.359kJ·mol-1                                                  (6)

    ΔrSθm,1=Sθm(CO2,g)-Sθm(C,石墨)-Sθm(O2,g) 

                 =213.74J·mol-1·K-1-5.74J·mol-1·K-1-205.138J·mol-1·K-1

                 =2.862J·mol-1·K-1                                                  (7)

    依式(5)、(6)及(7)数据可验证

    ΔrGθm,1=ΔrHθm,1-T·ΔrSθm,1                                               (8)

  2. 平衡态热力学解读

    平衡态热力学认为“25℃、标态下石墨完全燃烧反应”为自发反应,属于不可逆过程;

    该过程的有效功(W')为0;

    ΔrHθm,1为恒压热效应(Qp),且QpT·ΔrSθm,1

    ΔrGθm,1物理意义不明确.

  3. 准静态过程假说解读

    准静态过程假说认为“25℃、标态下石墨完全燃烧反应”为自发反应,属于准静态过程;

    恒温恒压下,ΔrGθm,1为该过程的有效功(W'),W'≠0;

    恒压热效应(Qp):QpT·ΔrSθm,1

    式(8)物理意义明确,它表示:式(1)的有效功等于其焓变减去热量.

  4. “平衡态热力学”与“准静态过程假说”解读类比

    “平衡态热力学”与“准静态过程假说”,对25℃、标态下石墨完全燃烧反应的解读类比,参见如下表2

所示:

                                           表2. 平衡态热力学”与“准静态过程假说”的解读类比

image.png

   5.结论

       准静态过程假说将所有热力学过程的实现方式均指定为准静态过程,与“热力学与时间无关”及“热力学不研究反应速率及机理”的规定相吻合;具有较强的逻辑性.



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