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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真实化学反应(或相变)的自发性与G判据

已有 2018 次阅读 2022-8-27 09:15 |系统分类:教学心得

       本文拟探讨如何将G判据与真实化学反应(或相变)的自发性问题相结合.

  1. G判据

    G判据是指在恒温、恒压及环境不提供有效功的前提下,

    ①如果ΔrGm<0,则化学反应(或相变)自发;

    ②如果ΔrGm=0,则化学反应(或相变)处于平衡;

    ③如果ΔrGm>0,则化学反应(或相变)非自发.

    G判据是现阶段解决化学反应(或相变)自发性问题时,应用最多的理论.

    需指出“恒温、恒压及环境不提供有效功的前提下”进行的化学反应(或相变)均为准静态过程,只能通

过范特霍夫平衡箱实现.

   2. 化学反应(或相变)

       真实化学反应(或相变)通常在敞口反应器内进行,p=pe=101.325kPa,同时可将化学反应(或相变)近似处理为封闭体系, 化学反应(或相变)结束时,系统温度由T1升至T2.

       上述化学反应(或相变)的热力学过程示意图参见如下图1.

                                             无标题2.jpg

                                                  图1.敞口反应器内化学反应(或相变)示意图

       为将G判据应用于真实化学反应(或相变)自发性问题的解决,需将图1过程做进一步处理,参见如下图2.

无标题3.jpg

                                                图2. 敞口反应器内化学反应(或相变)后期处理示意图

       同图1相比,图2增加了“恒压变温”过程(简单pVT变化),最终使体系回复到初始的温度与压力. 通常将图2过程[(1)+(2)]合称等温、等压过程,此时图2过程满足了G判据的应用条件.

 3. G判据的应用

       图2中始态与终态的压强及温度均分别相等,参见如下图3.

无标题4.jpg

                                                              图3. G判据应用示意图

       图3中(1)准静态过程是指“恒温、恒压及环境不提供有效功前提下,发生的化学反应(或相变)”,严格满足G判据的应用前提; 图3中(2)真实过程是指敞口反应器内进行的化学反应(或相变),同时增加了一个“恒压变温”过程(简单pVT变化).

       由图3可知:(1)准静态过程与(2)真实过程的始、末态分别相同.

       需明确:同一个化学反应(或相变),分别经(1)准静态过程、(2)真实过程实现,其自发性不发生改变. 此时可将G判据应用于真实化学反应(或相变)的自发性问题解决.

       另需强调,由准静态过程计算得到的化学反应(或相变)的热量、体势变及有效功均是虚拟值.

4. 结论

 ⑴G判据可应用于解决敞口反应器内化学反应(或相变)自发性问题;

 ⑵由准静态过程计算得到的化学反应(或相变)的热量、体势变及有效功为虚拟值.




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