热力学第二定律(3)

2019-08-28 23:44

先求混合后的T、 V

V = VA + VB = (0.02494 + 0.03326)m^(3) = 0.05820m^(3) 又因为绝热Q = 0;恒容,W = 0,且不做非体积功W' = 0,故则

,即

T = 376.9K

= 16.72 J·K^(-1)

由于绝热,Q = 0,W = 0,故为隔离系统。

,此过程为不可逆。

假若两种不同温度的液体(如水)等压混合,亦可以分别计算不同温度液体的熵变

再加和求混合熵变。

5. 系统简单吸热(或放热)的熵变计算

指系统很大,吸(放)热不引起温度改变,且系统内部无相变化,化学变化及其它不可逆 变化。

......(3.4-14)

例3.4-5:1000 J 的热由一个温度为150℃ 的物体传到一个温度为100℃ 的物体,求系统 熵变。 解:

则系统熵变

3.4.3 相变熵的计算

1. 平衡相变的熵变计算

因为在相平衡温度、压力下的相变过程,是可逆过程,而且是恒温恒压,不做非体积功, (相变焓),所以

式中T 为相变时的温度,如熔点、沸点等。

......(3.4-15)

例3.4-6:2 mol 水在0℃、101325Pa 下凝结为冰,已知冰的摩尔融化焓

= 6.020kJ·mol^(-1)。求过程的熵变。

解:2 mol H2O(l, 0℃,101325Pa) → 2mol H2O(s, 0℃,101325Pa)

2. 非平衡相变的熵变计算

非平衡相变是指在非平衡温度、压力下的相变,是不可逆相变。由于Q不不是可逆热Q可,而

计算熵变公式中要可逆热

故需设计经可逆相变过程求

.

例3.4-7:已知水和水蒸气的摩尔热容分别为

J·K^(-1)·mol^(-1),100℃ 时水的气化焓

= 40.67 kJ·mol^(-1).

(1)求1mol 60℃ 的液体水于恒定101325Pa 下气化为60℃的水蒸气这过程系统的熵变

.

(2)求上述过程的

.

(3)问上述过程是否能实际发生?

解:(1)由于水在100℃(记为T1), 101325Pa 变为水蒸气为平衡相变,现在是60℃ (记为T2) ,偏离了平衡条件。因而该过程为不可逆相变,为求线表示)分步计算求和。

需假设一可逆途径(用虚

=8.53J.K^(-1)

若先整理再代数值更简单, 则得

此式亦可写成通式

或 ,当?Cp为常数即得上式。

这是熵变随温度变化关系式。已知一个温度的熵变求另一温度的熵变,常用于相变化和化学

变化。

(2)

=[1×75.20×(373.15 - 333.15)] J = 3008 J

或直接用基希霍夫公式:∵?Cp为常数,积分得

= (1×40670) J + [1×(33.57 - 75.20)×(333.15-373.15)] J = 42335 J ??U = ?H - RT?n(g)

= 42335 J - 8.3145 J·K^(-1)·mol^(-1)×333.15K×(1-0) mol = 39565 J

(3) 判断过程方向需用隔离系统的熵变,系统熵变已算出,现计算环境熵变,设 T系 = T环,

因此,上述相变化不可能实际发生。

3.4.4 化学反应熵变计算

1.标准态(p

),298K 时的化学反应(包括相变化)的熵变?rS298K

......(3.4-16) 式中化学计量数vB ,对于反应物为负,对于产物为正。SB(298K) 可以查表。 2.标准态(

= 10^(5)Pa),非298 K时化学反应(及相变化)的熵变?rST

即已知一个温度的熵变?rS(T1)(通常

T = 298.15K ,因为可以查表)求另一温度的熵变?

?rS(T2)。因为熵变与温度关系式为

......(3.4-17)

若?rCp 为常数,得 ?rS(T2) = ?rS(T1) +?rC式中

T2/T1) ......(3.4-18)

。若?rCp是温度函数,需逐项积分。

例3.4-8: 计算反应 C2H2 + 2H2 = C2H6 在298 K和500 K 时的标准熵变,已知

解:(1)298 K时 = S

2H6)- S2H4)-2×S2)

= (229.5 - 200.8 - 2×130.6) J·K^(-1) = -232.5 J·K^(-1)

(2)500 K时?rS(500K),已知298K 时的?rS(298K),求?rS(500K),用熵变与T关系式。 因?rC为常数,

?rS 即 ?rST2) = ?rS?rST1) + ?rCT2/T1)

?rCT2/T1)

= -252.5 J·K^(-1) 3.6 亥姆霍兹函数和吉布斯函数

3.6.1 亥姆霍兹函数(A),或亥姆霍兹自由能,简称亥氏函数

1. 亥姆霍兹函数的定义

按热力学第一定律,若过程是可逆的, 而热力学第二定律 所以 若恒温,则

定义 A = U - TS 称亥姆霍兹函数(Helmhohz function).....(3.6-1) 由于U,TS均是状态函数,所以A也是状态函数。

2.亥姆霍兹函数的物理意义 恒温可逆

......(3.6-2)

是一样的。有时特定条件

有些书把特定条件写在d或?的右下方,即有两三个,写在一旁比较清楚。

式(3.6-2)表明,系统在恒温可逆过程中所做的功(-Wr) 在数值上等于亥姆霍兹函数的减少 (-?AT),这是亥姆霍兹函数的物理意义。

注意:Wr是指可逆功,包括体积功和非体积功(Wr')。若恒容,体积功为零,则 ?AT,V = Wr' ......(3.6-3)

3.6.2 吉布斯函数(G)或吉布斯自由能,简称吉氏函数

1. 吉布斯函数的定义 同理,可逆过程 而 ∴

,


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