有效功——平衡态热力学典型题目解析

本文拟解析一道平衡态热力学关于有效功的典型题目,供参考.

[例]. 25℃、标态下某化学反应“A→P”,①于普通反应器内完成,放热62.58kJ;②于可逆电池中进行,则吸热

6258J。试计算:

a.该化学反应的ΔrSθm;

b.该反应于普通容器内进行时封闭系统环境熵变及隔离系统(或总)熵变;

c.化学反应可能提供的最大有效功.

析:化学反应示意图参见如下图1所示:

image.png

图1. 某化学反应“A→P”完成示意图

图1中途径①代表普通容器内进行的不可逆过程;途径②代表可逆电池内进行的可逆过程. 由于

始、末态分别相同,途径①与②所有的状态函数改变量均分别相同.

1. 平衡态热力学计算原理

途径①:25℃、标态下普通容器内发生的不可逆过程,ΔrGθm无意义,有效功W’≡0.

则:ΔrHθm=Qp,1+W’=Qp,1=-62.58kJ (1)

途径②:25℃、标态下可逆电池内发生的可逆过程,ΔrGθm为有效功,即:ΔrGθm≡W’.

此时:ΔrHθm=Qp,2+W’=Qp,2+ΔrGθm=6258J+ΔrGθm (2)

2. ΔrSθm的计算

对于途径②可逆过程,

ΔrSθm=Qp,2/T=6258J/298.15K=20.99J·K-1 (3)

3.ΔambSθm与ΔIsoSθm的计算

ΔambSθm=-Qp,1/T=62.58kJ/298.15K=209.9J·K-1 (4)

ΔIsoSθm=ΔrSθm+ΔambSθm=20.99J·K-1+209.9J·K-1=231.9J·K-1 (5)

4.W’的计算

结合式(1)及(2)可得:

W’=ΔrGθm=-62.58kJ-6258J=-68.84kJ (6)

5. 结论

平衡态热力学计算结果显示:同一数值,ΔrGθm于普通容器内发生不可逆过程时,无意义;

于可逆电池内发生可逆过程时,为有效功.

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