题目
在热力学第二定律的数学表达式中,被称为克劳修斯不等式的为________________________。9.298K时,反应O2(g) +2C(石墨)=2CO(g)的恒压反应热与恒容反应热之差为________J。
在热力学第二定律的数学表达式中,被称为克劳修斯不等式的为________________________。9.298K时,反应O2(g) +2C(石墨)=2CO(g)的恒压反应热与恒容反应热之差为________J。
题目解答
答案
dS ≥δ Q/T 2477.57
解析
克劳修斯不等式是热力学第二定律的数学表达形式之一,描述了熵变与热量传递的关系。核心要点是:在不可逆过程中,系统的熵变大于等于所吸收的热量与温度的比值;当过程可逆时,等号成立。该不等式强调了热力学第二定律中不可逆性对熵变化的限制。
对于反应的恒压反应热(ΔH)与恒容反应热(ΔU)之差,需利用公式 ΔH = ΔU + Δn_gas·RT,其中Δn_gas为气体物质的量变化。关键步骤是计算Δn_gas,并代入已知温度和气体常数R进行计算。
克劳修斯不等式
热力学第二定律的克劳修斯表述指出:热量不能自发地从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化。其数学表达式为:
$dS \geq \frac{\delta Q}{T}$
- dS:系统熵的变化;
- δQ:系统从环境吸收的热量;
- T:系统的温度(需为绝对温度)。
当过程可逆时,等号成立($dS = \frac{\delta Q_{\text{rev}}}{T}$);不可逆时,不等式严格成立($dS > \frac{\delta Q_{\text{irrev}}}{T}$)。
恒压反应热与恒容反应热之差
反应为:
$\text{O}_2(g) + 2\text{C(石墨)} \rightarrow 2\text{CO(g)}$
-
计算气体物质的量变化
- 反应前气体:1 mol O₂(g);
- 反应后气体:2 mol CO(g);
- Δn_gas = 2 - 1 = 1 mol。
-
公式代入
根据 ΔH - ΔU = Δn_gas·RT,其中:- R = 8.314 J/mol·K;
- T = 298 K;
- Δn_gas = 1 mol。
计算得:
$\Delta H - \Delta U = 1 \times 8.314 \times 298 = 2477.572 \, \text{J}$
保留两位小数,结果为 2477.57 J。