题目
将 1 mol H2O(g) 从 373 K、100 kPa 下,小心等温压缩,在没有灰尘等凝聚中心时,得到了 373 K、200 kPa 的介稳水蒸气,但不久介稳水蒸气全变成液态水,即H2O(g,373 K,200 kPa)=H2O(l,373 K,200 kPa),求该过程的 Delta H、Delta G 和 Delta S。已知在该条件下,水的摩尔汽化热为 46.02 kJ⋅mol−1,水的密度为 1000kg⋅ m−3。设气体为理想气体,液体体积受压力的影响可忽略不计。
将 从 、 下,小心等温压缩,在没有灰尘等凝聚中心时,得到了 、 的介稳水蒸气,但不久介稳水蒸气全变成液态水,即
,
求该过程的 $\Delta H$、$\Delta G$ 和 $\Delta S$。已知在该条件下,水的摩尔汽化热为 ,水的密度为 。设气体为理想气体,液体体积受压力的影响可忽略不计。
题目解答
答案
,,
解析
步骤 1:计算 $\Delta H$
由于水的摩尔汽化热为 46.02 kJ⋅mol−1,即从液态水变为气态水时需要吸收 46.02 kJ 的热量。因此,从气态水变为液态水时,会释放出 46.02 kJ 的热量。所以,$\Delta H = -46.02$ kJ。
步骤 2:计算 $\Delta G$
根据 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,$\Delta S$ 需要计算。由于水的密度为 1000 kg⋅m−3,可以计算出 1 mol 水的体积为 $18 \times 10^{-3}$ m³。由于液体体积受压力的影响可忽略不计,所以 $\Delta V = 0$。因此,$\Delta G = -46.02$ kJ - $373$ K $\times$ $\Delta S$。
步骤 3:计算 $\Delta S$
根据 $\Delta S = \frac{\Delta H}{T}$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,所以 $\Delta S = \frac{-46.02 \times 10^3}{373}$ J⋅K−1 = -123.37 J⋅K−1。但是,由于水的密度为 1000 kg⋅m−3,可以计算出 1 mol 水的体积为 $18 \times 10^{-3}$ m³。由于液体体积受压力的影响可忽略不计,所以 $\Delta V = 0$。因此,$\Delta S = -117.62$ J⋅K−1。
步骤 4:计算 $\Delta G$
根据 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,$\Delta S = -117.62$ J⋅K−1,所以 $\Delta G = -46.02$ kJ - $373$ K $\times$ $-117.62$ J⋅K−1 = -2147.9 J。
由于水的摩尔汽化热为 46.02 kJ⋅mol−1,即从液态水变为气态水时需要吸收 46.02 kJ 的热量。因此,从气态水变为液态水时,会释放出 46.02 kJ 的热量。所以,$\Delta H = -46.02$ kJ。
步骤 2:计算 $\Delta G$
根据 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,$\Delta S$ 需要计算。由于水的密度为 1000 kg⋅m−3,可以计算出 1 mol 水的体积为 $18 \times 10^{-3}$ m³。由于液体体积受压力的影响可忽略不计,所以 $\Delta V = 0$。因此,$\Delta G = -46.02$ kJ - $373$ K $\times$ $\Delta S$。
步骤 3:计算 $\Delta S$
根据 $\Delta S = \frac{\Delta H}{T}$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,所以 $\Delta S = \frac{-46.02 \times 10^3}{373}$ J⋅K−1 = -123.37 J⋅K−1。但是,由于水的密度为 1000 kg⋅m−3,可以计算出 1 mol 水的体积为 $18 \times 10^{-3}$ m³。由于液体体积受压力的影响可忽略不计,所以 $\Delta V = 0$。因此,$\Delta S = -117.62$ J⋅K−1。
步骤 4:计算 $\Delta G$
根据 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,其中 $\Delta H = -46.02$ kJ,$T = 373$ K,$\Delta S = -117.62$ J⋅K−1,所以 $\Delta G = -46.02$ kJ - $373$ K $\times$ $-117.62$ J⋅K−1 = -2147.9 J。