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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恒容热(Qv)与恒压热(Qp)的正确关系

已有 24758 次阅读 2022-3-18 22:17 |系统分类:教学心得

       化学反应 aA(g)+bB(aq)→cC(g)+dD(aq)的恒压热(Qp)与恒容热(QV)的定量关系为:Qp=QVνi(g)▪RT     (1)

       式(1)中νi(g)代表气相物质i的化学计量系数; R=8.314J▪mol-1▪K-1T为反应进行温度,单位为K.

       本文拟依据热力学基本原理,探讨式(1)的科学性.

 1. 恒温恒压或恒温恒容条件

       恒温恒压及恒温恒容是热力学常见的化学反应条件,恒压常通过敞口反应器实现;恒容一般可采用钢制密闭反应器实现.

       需指出,由于热效应的客观性,化学反应恒温的条件很难客观实现;敞口容器在实现恒压条件时,必然损害系统“封闭”的属性.

       事实上,热力学恒温恒压或恒温恒容条件只能通过范特霍夫平衡箱实现,热力学过程均为准静态过程,这也是平衡态热力学最重要的特征之一.

 2. 恒压热(Qp)与恒容热(QV

      恒压过程,QpH     (2)

      恒容过程,QVU     (3)

 3. 恒容热(QV)与恒压热(Qp)的关系

     恒容热(QV)与恒压热(Qp)的关系参见图1.

   恒容恒压.jpg

图1. 恒容热(QV)与恒压热(Qp)的关系

     图1中过程(1), ΔH1=Qp, ΔH1U1+p1ΔVU1+p1V2-V1);

     图1中过程(2), ΔU2=QV, ΔH2U2+V1ΔpU2+V1p2-p1);

     图1中过程(3), dU=T▪dS-p▪dV, dH=T▪dS+V▪dp

     另由能量守恒定律可得:ΔU1U2U3     (4)

                                          ΔH1H2H3     (5)

3.1 化学反应产物均为理想气相物质

     假设化学反应的产物均为理想气相物质,则恒温过程(3),ΔU3=0,ΔH3=0.

     将上述结果分别代入式(4)及(5),并结合式(2)及(3)可得:

      ΔU1U2=QV            (6)

      ΔH1H2=Qp          (7)

      Qp=QVνi(g)▪RT    (8)

      备注:νi(g)代表化学反应中气相物质i的化学计量系数.

 3.2 化学反应产物不全是理想气相物质

     假设化学的产物不全是理想气相物质,则恒温过程(3),ΔU3≠0,ΔH3≠0.

     将上述结果分别代入式(4)及(5)可得:

     ΔU1≠ΔU2    (9)

     ΔH1≠ΔH2    (10)

     此时式(8)不成立, 即:QpQVνi(g)▪RT.

 4. 结论

 ①化学反应恒温恒压的条件不能通过敞口反应器实现;

 ②化学反应恒温恒容的条件不能通过钢制密闭反应器实现;

 ③“Qp=QVνi(g)▪RT ”成立的前提是化学反应的产物均为理想气相物质.


     




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