题目
SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s,在1400℃时为107Pa·s。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少?上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗?为什么?
SiO2熔体的粘度在1000℃时为1014Pa·s,在1400℃时为107Pa·s。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少?上述数据为恒压下取得,若在恒容下获得,你认为活化能会改变吗?为什么?
题目解答
答案

解析
步骤 1:确定粘度与温度的关系
粘度与温度的关系可以通过Arrhenius方程来描述,即 $\eta = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{RT}\right)$,其中 $\eta$ 是粘度,$\eta_0$ 是指前因子,$\Delta E$ 是活化能,$R$ 是气体常数,$T$ 是绝对温度。
步骤 2:代入已知条件
在1000℃时,粘度为$10^{14}Pa\cdot s$,温度为$1273K$(1000℃+273K);在1400℃时,粘度为$10^{7}Pa\cdot s$,温度为$1673K$(1400℃+273K)。将这些值代入Arrhenius方程,得到两个方程:
$10^{14} = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{1273R}\right)$
$10^{7} = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{1673R}\right)$
步骤 3:求解活化能
将两个方程相除,消去$\eta_0$,得到:
$\frac{10^{14}}{10^{7}} = \exp\left(\frac{\Delta E}{1273R} - \frac{\Delta E}{1673R}\right)$
$10^{7} = \exp\left(\frac{\Delta E}{R}\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)\right)$
取自然对数,得到:
$7\ln(10) = \frac{\Delta E}{R}\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)$
解得:
$\Delta E = \frac{7\ln(10)R}{\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)}$
代入$R = 8.314 J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}$,计算得到:
$\Delta E = 713.5 kJ\cdot mol^{-1}$
步骤 4:讨论恒压与恒容下的活化能
活化能是物质从一个状态转变为另一个状态时需要克服的能量障碍,它与物质的内部结构和外界条件有关。对于SiO_2熔体,其粘滞流动的活化能主要与熔体的组成和结构有关,而与外界的恒压或恒容条件无关。因此,无论是在恒压还是恒容条件下,SiO_2熔体的粘滞流动活化能都不会改变。
粘度与温度的关系可以通过Arrhenius方程来描述,即 $\eta = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{RT}\right)$,其中 $\eta$ 是粘度,$\eta_0$ 是指前因子,$\Delta E$ 是活化能,$R$ 是气体常数,$T$ 是绝对温度。
步骤 2:代入已知条件
在1000℃时,粘度为$10^{14}Pa\cdot s$,温度为$1273K$(1000℃+273K);在1400℃时,粘度为$10^{7}Pa\cdot s$,温度为$1673K$(1400℃+273K)。将这些值代入Arrhenius方程,得到两个方程:
$10^{14} = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{1273R}\right)$
$10^{7} = \eta_0 \exp\left(\frac{\Delta E}{1673R}\right)$
步骤 3:求解活化能
将两个方程相除,消去$\eta_0$,得到:
$\frac{10^{14}}{10^{7}} = \exp\left(\frac{\Delta E}{1273R} - \frac{\Delta E}{1673R}\right)$
$10^{7} = \exp\left(\frac{\Delta E}{R}\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)\right)$
取自然对数,得到:
$7\ln(10) = \frac{\Delta E}{R}\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)$
解得:
$\Delta E = \frac{7\ln(10)R}{\left(\frac{1}{1273} - \frac{1}{1673}\right)}$
代入$R = 8.314 J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}$,计算得到:
$\Delta E = 713.5 kJ\cdot mol^{-1}$
步骤 4:讨论恒压与恒容下的活化能
活化能是物质从一个状态转变为另一个状态时需要克服的能量障碍,它与物质的内部结构和外界条件有关。对于SiO_2熔体,其粘滞流动的活化能主要与熔体的组成和结构有关,而与外界的恒压或恒容条件无关。因此,无论是在恒压还是恒容条件下,SiO_2熔体的粘滞流动活化能都不会改变。