本文拟结合具体实例,继续探究热力学等温方程式中各物质化学势的计算[1,2],供参考.
本研究选取的系统(或化学反应)如下:
aA(s)+bB(l)→cC(g)+dD(aq) (1)
1.热力学等温方程
式(1)反应的热力学等温方程如下:
(2)
式(2)中“
”分别代表式(1)反应中纯固态凝聚相物质A、纯液态凝聚相物质B、理想气体C及水合离子D的活度;“
”代表各物质前的计量系数,均取正值.
2.化学势的解析
2.1 标准化学势的计算公式
式(1)反应结合热力学原理可得:
(3)
式(3)结合准静态过程假说,并推理可得:
(4)
(5)
(6)
(7)
则式(4)、(5)、(6)及(7)被合称为准静态过程假说的标准化学势计算公式.
2.2 化学势的计算公式
式(1)反应结合热力学原理可得:
(8)
准静态过程假说结合式(2)、(3)及(8),并推理可得:
(9)
(10)
(11)
(12)
则式(9)、(10)、(11)及(12)被统称为准静态过程假说的化学势计算公式.
2.3 化学势计算公式的应用
[例]. 敞口反应器内,加入1摩尔Fe3O4(s,磁铁矿)、8摩尔的石墨碳粉;设反应器内含3摩尔
惰性气体,假定该过程惰性气体的物质的量保持恒定. 试衡算25℃、100kPa条件下,多相反
应“
”中各物质标准化学势及平衡时的化学势.
相关物质的热力学性质参见如下表1所示.
2.3.1 复合式热力学平衡常数的计算
对于25℃、100kPa条件下,多相反应:
(13)
结合热力学基本原理,并代入表1相关数据计算可得:
(14)
则:
解之得: 
2.3.2 平衡时各物质的物质的量及平衡分压计算
结合分压定律,平衡时CO2的分压:

另依复合式热力学平衡常数定义可得:
代入相关数据,并化简可得:

解之得:
即:



2.3.3 标准化学势的计算
结合式(4)及(6)计算分别可得:





结合式(3),并代入相关数据计算可得:
(15)
对比式(14)及(15)结果可知,在计算误差允许范围内,两者数据相等,表明标准化学势的
热力学计算逻辑成立.
另结合式(9)与(11),并代入数据计算可得平衡时:




同理可得:
计算结果符合热力学逻辑,即恒温、恒压及非体积功为零前提下,化学反应建立平衡时,
其摩尔吉布斯函数变(或
)为零.
3.结论
⑴ 化学反应中各物质标准化学势计算公式如下:
,
,
⑵ 化学反应中各物质化学势计算公式如下:




⑶ 热力学计算结果显示,化学反应中各物质标准化学势及化学势计算公式符合热力学逻辑.
参考文献
[1]https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3474471&do=blog&id=1558089.
[2]https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3474471&do=blog&id=1558165.
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