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化学
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:
$\text{O}_2(g) + 2\text{C(石墨)} \rightarrow 2\text{CO(g)}$

  1. 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。
  2. 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。

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