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;该过程δQ≡T·dS;δWv≡-p·dV

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ΔG的物理意义与实例剖析

已有 1617 次阅读 2022-1-18 18:34 |系统分类:教学心得

       本文拟通过剖析具体热力学实例,进一步明确ΔG的物理意义[1].

 1. 热力学实例

       [2]:设有反应A(g)+B(g)→2C(g),A、B及C都是理想气体,在25℃、100kPa下,若分别按下列两条途径实现反应,求每条途径对应的QW'、ΔrUθm、ΔrHθm、ΔrGθm、ΔrSθm是多少?

(1)恒温、恒压及不可逆条件下实现反应,体系放热41.8kJ▪mol-1,没有做有效功;

(2)恒温、恒压及可逆条件下实现反应,体系做了最大有效功,并且放热1.64kJ▪mol-1.

 2. 实例剖析

      析:反应均发生在恒温恒压下,ΔrHθm=Qp+W'  (1)

     (1)依题:W'=0,由式(1)可得:ΔrHθm=Qp=-41.8kJ▪mol-1.

     另:该反应为等体积反应,即反应:Σνi(g)=νC(g)+νB(g)+νA(g)=2-1-1=0.

      ΔrHθmrUθm+Δ(pV)=ΔrUθmνi(g)▪RT=ΔrUθm

     (2)依题过程1与过程2的始、末态均相同,因此两个过程的状态函数改变量亦相同;

      对于过程(2),恒温、恒压及可逆条件下最大有效功即为ΔrGθm.

      由式(1)可知:ΔrGθm=ΔrHθm-Qp=-41.8-(-1.64)=-40.16kJ▪mol-1.

      可逆条件下,ΔrSθm=Qp/T=(-1.64×103)/298.15=-5.49J▪mol-1▪K-1.

      计算具体结果参见表1.

             表1 计算具体结果

过程

Q

/(kJ▪mol-1

W'

/(kJ▪mol-1

ΔrUθm

/(kJ▪mol-1

ΔrHθm

/(kJ▪mol-1

ΔrSθm

/(J▪mol-1▪K-1

ΔrGθm

/(kJ▪mol-1

(1)-41.80-41.8-41.8-5.49-40.16
(2)-1.64-40.16-41.8-41.8-5.49-40.16

       由表1可见:

       过程(1),即:恒温、恒压及不可逆条件下,ΔrHθm=Qp,有效功W'=0,ΔrGθm=-40.16kJ▪mol-1,ΔrGθm物理意义不明确;

        过程(2),即:恒温、恒压及可逆条件下,ΔrHθm=Qp+W'W'maxrGθm=-40.16kJ▪mol-1, ΔrGθm为有效功.

3. 结论

       恒温、恒压条件下,可逆过程ΔrGθm是有效功,不可逆过程ΔrGθm物理意义不明确。

备注:可逆过程本质为一状态点,所有的热力学过程均为准静态过程[3,4].问题又一次聚焦于“可逆过程”,现阶段热力学一定存在不小的认识误区。

参考文献

[1]余高奇. dG的物理意义. http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 科学网博客, 2021,11.

[2]天津大学无机化学教研室编;王建辉, 崔建中,王兴尧,秦学修订. 无机化学, 第五版.北京:高等教育出版社,2018,6:50. 

[3]余高奇. 平衡态热力学(过程)的两种实现模式.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 科学网博客, 2021,8.

[4]余高奇. 热力学平衡态、可逆过程及化学平衡.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 科学网博客,2021,7





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