余高奇
冰的热力学性质
2022-7-5 13:57
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      本文拟结合已有的冰的饱和蒸汽压及水的热力学数据,依据热力学基本原理拟合出冰在25℃、标态下的热力学性质.

  1. 不同温度下冰的饱和蒸汽压

    不同温度下冰的蒸汽压数据参见如下表1[1].


无标题2.jpg 

      选用指数拟合方式得到的冰的蒸汽压拟合曲线, 参见如下图1.

无标题.jpg 

 图1. 不同温度下冰的蒸汽压曲线 


        图1拟合得到的曲线方程为:p=0.6212·exp(0.0888T)                  (1)

        式(1)的相关系数(拟合度)为:R2=0.9995.

  2.  25℃、标态下冰的热力学性质

        将25℃代入式(1)可得此时:p(H2O,s)=5.694kPa.

        冰的蒸发对应的化学反应方程式为:H2O(s)→H2O(g)                 (2)

        依题式(2)的标准摩尔吉布斯自由能变为:

          ΔrGθm=-RT·ln(p/100)=-8.314×298.15·ln(5.694/100)×10-3=7.1037(kJ·mol-1)

      另:25℃、标态下相关物质的热力学性质参见如下表2[2].

无标题3.jpg 

       由上可得: ΔrGθm,2= ΔfGθm(H2O, g)-ΔfGθm(H2O, s)=-228.572-ΔfGθm(H2O, s)=7.1037

                         ΔfGθm(H2O, s)=-228.572-7.1037=-235.68 (kJ·mol-1)      

                 另:ΔfHθm(H2O, s)=-292.72kJ·mol-1

       又化学反应:H2(g)+1/2O2(g)→H2O(s)                    (3)

       ΔrSθm,3Sθm(H2O, s)-Sθm(H2, g)-1/2·Sθm(O2, g)=Sθm(H2O, s)-130.684-1/2×205.138     (4)

       又因为:ΔrSθm,3=[ΔrHθm,3rGθm,3]/T=[ΔfHθm(H2O, s)-ΔfGθm(H2O, s)]/T

                                 =[-292.72-(-235.68)]×103÷298.15=-191.313(J·mol-1·K-1)            (5)

      结合式(4)、(5)可得:Sθm(H2O, s)=41.94 J·mol-1·K-1

 3. 结论    

     ΔfGθm(H2O, s, 298.15K)=-235.68 (kJ·mol-1);

     Sθm(H2O, s, 298.15K)=41.94 J·mol-1·K-1

参考文献

[1]浙江大学普通化学教研组编. 普通化学(第七版). 高等教育出版社, 2020,2:82.

[2]Lide D R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed, Chemical Co, 2008,17:2688 


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