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标准摩尔生成焓(ΔfHθm)是平衡态热力学基础性概念之一,本文拟对其热力学定义[1]做如下两点补正,供参考.
1. 标准摩尔生成焓(ΔfHθm)的热力学原定义
平衡态热力学规定:在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变被称为该纯物质的标准摩尔生成焓,记为ΔfHθm,单位为kJ·mol-1.
标准摩尔生成焓原定义需补正的两点如下:①纯物质(或生成物)是否包含指定单质?②是否考虑温度对指定单质的标准摩尔生成焓的影响?
2. “C(石墨)→C(石墨)”类型反应的热力学解析
对于热化学反应: C(石墨)→C(石墨) (1)
结合平衡态热力学原理可得:
ΔrHθm,(1)=ΔfHθm(石墨)-ΔfHθm(石墨)≡0
此时硬性规定“ΔfHθm(石墨)=ΔrHθm,(1)=0”缺乏热力学逻辑.
由上笔者认为:标准摩尔生成焓(ΔfHθm)的热力学原定义中“纯物质(或生成物)”不应包含指定单质.
3.基希霍夫公式
基希霍夫公式是计算不同温度下化学反应标准摩尔焓变的通式.
对于恒温、恒压及环境不提供有效功条件下进行的化学反应:
N2(g)+3H2(g)→2NH3(g) (2)
基希霍夫公式如下:
(3)
式(3)中“ΔrCp,m”表示式(2)反应的定压摩尔热容,
ΔrCp,m=∑(νi·Cp,m,i)=2Cp,m(NH3,g)-Cp,m(N2,s)-3Cp,m(H2,g) (4)
需强调式(4)包含了式(2)反应中所有物质的定压摩尔热容.
另结合平衡态热力学原理可得:
ΔrHθm,(2)(298.15K)=2ΔfHθm(298.15K,NH3)-ΔfHθm(298.15K,N2)-3ΔfHθm(298.15K,H2)
=2ΔfHθm(298.15K,NH3) (5)
ΔrHθm,(2)(T)=2ΔfHθm(T,NH3)-ΔfHθm(T,N2)-3ΔfHθm(T,H2)
=2ΔfHθm(T,NH3) (6)
结合式(3)、(4)、(5)及(6)分析可知:
式(6)不可能出现指定单质“N2(g)与H2(g)”的定压摩尔热容,与式(3)矛盾.
这表明指定单质的标准摩尔生成焓(或ΔfHθm)同样是温度函数.
4.标准摩尔生成焓(ΔfHθm)的热力学定义补正
物质标准摩尔生成焓热力学定义补正如下:
在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变被称为该纯物质的标准摩尔生成焓,记为ΔfHθm,单位为kJ·mol-1;
规定:ΔfHθm(指定单质,298.15K)≡0.
5.结论
⑴标准摩尔生成焓定义中的纯物质(或生成物)不包括指定单质;
⑵指定单质的标准摩尔生成焓(或ΔfHθm)是温度函数;
⑶在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变被称为该纯物质的标准摩尔生成焓,记为ΔfHθm,单位为kJ·mol-1;规定:ΔfHθm(指定单质,298.15K)≡0.
参考文献
[1]余高奇 温度对标准摩尔生成焓的影响. 科学网博客,2026,9.
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GMT+8, 2026-10-22 14:02
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