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本文拟结合准静态过程假说,推导范特霍夫公式,并适当展开讨论.
范特霍夫公式推导Ⅰ
对于任意温度、标态下的化学反应(或相变),依热力学基本原理可得:
ΔrGθm(T)=ΔrHθm(T)-T·ΔrSθm(T) (1)
ΔrGθm(T)=-RT·lnKθ (2)
联立式(1)、(2)可得:
-RT·lnKθ=ΔrHθm(T)-T·ΔrSθm(T) (3)
整理式(3)可得:
(4)
设一定温度范围内,ΔrHθm(T)、ΔrSθm(T)均与温度无关;则式(4)两边同时对温度求导可得:
(5)
式(5)即为范特霍夫公式.
由上推导可知式(5)成立前提包括:①标态反应有意义;②平衡;③准静态过程;④一定温度范围内,
ΔrHθm(T)、ΔrSθm(T)均与温度无关.
备注:准静态过程假说,将所有的热力学过程实现方式均指定为准静态过程,为微积分的应用提供了充分的前提保障;另式(4)→式(5)是一种纯微积分变化,单纯是为了推导温度对平衡常数影响公式,ΔrHθm特指298.15K标态时反应的焓变(下同).
2.范特霍夫公式推导Ⅱ
依微积分原理可得:
(6)
另依热力学基本方程可得:
平衡时,δW'=0;代入上式可化简为:
(7)
由式(7)可得:
(8)
将式(8)代入式(6),并结合热力学基本原理整理可得:
(9)
对于标态下化学反应(或相变),上式可变形为:
(10)
另热力学规定:
ΔrGθm(T)=-RT·lnKθ (11)
将式(11)代入式(10),并整理可得:
(12)
由上推导可知式(12)成立前提包括:①标态反应有意义;②平衡;③准静态过程.
另需指出:范特霍夫公式推导Ⅱ应对应确定的热力学过程,不同温度下的化学反应(或相变)明显属于
不同的热力学过程.
3. 讨论
由范特霍夫公式可知:
①对于ΔrHθm(T)>0的化学反应(或相变),则>0,表明温度升高,平衡常数增大,平衡将正向移动;
②对于ΔrHθm(T)<0的化学反应(或相变),则<0,表明温度升高,平衡常数减小,平衡将逆向移动.
需强调准静态过程假说认为:ΔrHθm(T)=Qp+W',ΔrHθm(T)≠Qp.
尽管不同温度下建立平衡的化学反应(或相变),W'=0,ΔrHθm(T)=Qp;此时的ΔrHθm(T)≠T·ΔrSθm(T).
4.结论
⑴范特霍夫公式适用前提:建立平衡的化学反应(或相变).
⑵温度是影响化学平衡移动的重要因素.
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GMT+8, 2024-11-22 00:58
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