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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冰的热力学性质

已有 2038 次阅读 2022-7-5 13:57 |系统分类:教学心得

      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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2 张学文 赵建民

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