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; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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浅析热力学标态反应的实现途径

已有 1022 次阅读 2023-12-11 10:52 |系统分类:教学心得

       本文拟结合准静态过程假说,介绍理论上热力学标态反应的实现途径,供参考.

  1. 标准状态

    标准状态是系统的特定存在状态,它要求系统中所有物种均处于标准状态. 具体要求如下:

    气相物种:分压为100kPa的纯净物;

    液相(或固相)物种:100kPa外压作用下的纯净物;

    溶液:溶剂为100kPa作用下的纯净物,溶质活度为1(c=1mol·dm-3 或1mol·kg-1).

  2. 热力学标态反应

    热力学标态反应是指某温度下,参加反应的所有物种,在整个反应进程,均处于标准状态.

    例如:标态下金属锌与稀硫酸反应.

    Zn(s)+2H+(aq)=Zn2+(aq)+H2(g)         (1)

    标态反应,要求整个反应过程,式(1)必须同时满足:

    Zn(s)为纯净物;H2(g)分压为100kPa;H+(aq),Zn2+(aq)的活度均为1.

  3. 热力学标态反应的实现

    需明确: 标态反应要求整个反应进程, 参与反应的所有物种均处于标准状态, 并且温度恒定,这与化学反应

物理本质不符.

     为理论上实现热力学标态反应, 准静态过程假说提供了热力学标准反应器,即:范特霍夫平衡箱. 参见如下

图1[1].

                                         image.png 

                                                             图1.范特霍夫平衡箱示意图

        图1中范特霍夫平衡箱通常体积无限大,反应物与生成物的物质的量也无限多,温度、压强

或容积)均恒定,并且反应已经建立了平衡;此时由加料口1及2分别加入25℃、1摩尔的纯金属

Zn和25℃、2摩尔的浓度为1.0mol·dm-3应物H+,反应结束后由出料口3和4分别导出25℃、1摩

尔的浓度为1.0mol·dm-3生成物Zn2+25℃、1摩尔的分压为100kPa的生成物H2,实现25℃、标态

反应进度ξ=1mol的Zn(s)+2H+(aq)=Zn2+(aq)+H2(g)反应.

         由于加入和导出的反应物或生成物的物质的量相对于平衡体系而言,基本可忽略,反应进程中平

衡箱度与压强(或容积)均可保持恒定,并且平衡体系组成也维持不变. 

        需明确,范特霍夫平衡箱是一种理想化热力学反应器,客观并不存在;表明热力学标态反应仅为

一理论模.

    4.热力学标态反应的意义

       热力学标态反应尽管客观不能实现,但它有助于热力学过程自发性的判定,同时可用来计算化学反应(或

相变)的标准平衡常数、标准电动势及热分解温度等,因此热力学标态反应研究具有重要的理论意义.

    5.结论

   ⑴标态反应要求某恒定温度下,整个反应进程,参与反应的所有物种均处于标准状态;

   ⑵热力学标态反应仅为一理论模型;

   ⑶热力学标态反应对热力学过程自发性的判定,计算化学反应(或相变)的标准平衡常数、标准电动势

及热分解温度等具有重要的理论意义.

参考文献

[1]余高奇. 范特霍夫平衡箱-理想热力学反应器. http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666. 科学网博客,2023,1.



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