淺論熱力學(xué)第二定律在化學(xué)反應(yīng)方向判斷中的應(yīng)用

1、淺論熱力學(xué)第二定律在化學(xué)反應(yīng)方向判斷中的應(yīng)用 淺論熱力學(xué)第二定律在化學(xué)反應(yīng)方向判斷中的應(yīng)用環(huán)境 環(huán)境 1001 1001 李映寰 李映寰 10233009 10233009摘要 摘要：熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一，是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處(在自然狀態(tài)下)。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第二定律、化學(xué)反應(yīng)、方向判斷背景 背景：人們?cè)O(shè)

2、想制造一種能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的機(jī)器，這種空想出來的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。它并不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。有人曾計(jì)算過，地球表面有 10 億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低 O.25 度，放出熱量，將能變成一千萬億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能的。科學(xué)家的分析、見解

3、和改進(jìn) 科學(xué)家的分析、見解和改進(jìn)：熱力學(xué)第二定律有兩種表示方式：①不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。 ②不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?這是從能量消耗的角度說的，它說明第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的） 。上述①的講法是克勞修斯在 1850 年提出的。②的講法是開爾文于 1851 年提出的。這些表述都是等效的。 在①的講法中，指出了在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高

4、溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過來，只有靠消耗功來實(shí)現(xiàn)。 在②的講法中指出，自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用

5、能量的可能性。根據(jù)熱力學(xué)第零定律，確定了態(tài)函數(shù)——溫度； 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，確定了態(tài)函數(shù)又組分 B 的分壓為 pB =pyB，將上式代人前式，得若體系的總壓 p =p Æ,而 yD=1-ξ,yE=ξ于是，上式成為G(T,P)=(1-ξ)μD Æ + ξμE Æ + RT[(1-ξ)ln(1-ξ)+ξlnξ]=G*+ΔmixG Æ (1-1) G* = μD Æ + ξ(

6、μE Æ - μDÆ) (1-2)ΔmixG Æ=RT[(1-ξ)ln(1-ξ)+ξlnξ] (1-3)在式(1-1)中，μD Æ 和μE Æ 分別是純 D 和純 E 氣體處在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的化學(xué)勢，它們只是溫度的函數(shù)，所以在等溫及等壓下，該式中的 G 只是ξ的函數(shù)。于是，可以作出 G～ξ曲線，如圖 1-1 所示。由圖 1-1

7、可看出，反應(yīng)開始時(shí)體系的 G=μD Æ，體系處在 R 點(diǎn)；若反應(yīng)進(jìn)行到底，即 D完全轉(zhuǎn)變成 E，且 D 與 E 不混合，則此時(shí)ξ=1mol，G=μE Æ，相當(dāng)于體系處在圖中的 P 點(diǎn)。在這種情況下，體系的自由能隨ξ的變化如圖中的虛線所示。實(shí)際反應(yīng)時(shí)，E 一旦生成，就產(chǎn)生了 D 與 E 的混合過程，而兩氣體的混合是一個(gè)不可逆過程，其ΔmixGØ< 0，由此引起體系的吉布斯自由能降低。因此實(shí)際反應(yīng)體系