燃燒過程可逆嗎?僅從物質與能量守恆角度考慮,僅利用燃燒後的產物能將物品還原嗎?

時間 2021-05-07 15:15:54

1樓:湯川

取整體宇宙為系統,物質與能量守恆為孤立體系,孤立體系中僅有處處為平衡態的過程可逆,燃燒為非平衡態過程,因此該體系下,該過程不可逆。

若取燃燒參與物質為系統,僅考慮物質守恆為封閉體系,在物理層面上,通過外加能量輸入,可以做到可逆,但是,在化學層面上還是有障礙,理論上材料無法承受遠平衡態復原的極端條件。

在外界有能量輸入,系統引數極其苛刻條件下,可做到物料可逆,能量可逆則不可。

2樓:歐文君

乙個反應到底最後能不能發生,不僅要考慮熱力學還要考慮下動力學啊,熱力學的分析比較簡單一點,只要外部條件能使自由能最後小於0就好了,但動力學就有點麻煩了,不同的反應其計算公式和方法都不一樣,具體反應具體分析吧。。。

3樓:

排名第一的答案,邏輯都混了。首先說明,題目問得就有問題。

首先科普,什麼叫可逆?當系統經歷了乙個過程,如果過程的每一步都可沿相反的方向進行,同時不引起外界的任何變化,那麼這個過程就稱為可逆過程。顯然,在可逆過程中,系統和外界都能恢復到原來狀態。

這個狀態也必須包括能量變化。如果不考慮能量變化,利用外界能量把燃燒後的物質恢復是有可能的,但是這個跟可逆過程就沒毛關係了。

至於答案的邏輯,無力吐槽了

4樓:

樓主說的應該側重於人類所能感知的物質形態。比如一張寫有美麗詩歌的紙、一束翩翩青年送的花、乙個精美櫥櫃,這些東西燒了,或許可以恢復成碳氫氧,但無法回歸原貌了。原因在哪呢,因為那些被毀的東西,並不僅僅是一些「物質」,而是融合了人類文化(情感的表達方式也是受文化正規化嚴格規定的)之物。

正如乙個精美的瓷器或根雕,你對著它砸一榔頭,然後對主人說別傷心,它根本沒發生變化哦,我相信它主人的臉一定是綠的;它的物質顯然沒有發生變化,但僅從剩餘物出發也基本不可能恢復(人類所理解的)原貌了。

此外,我非常敬佩@Ruki Nee花費的精力和毅力。但從某種意義上看,她並沒有講多少內容,而且這些內容大部分人應該都明白(即一切變動是平衡的變動、平衡即可逆,熵不可逆等)。當然也可能是我在曲解題主的意思,如果是哪樣的話……洒家捂臉退了

5樓:清藍

如果允許引入輔助裝置提供能量,應該是可以還原的,比如:

氫氣和氧氣燃燒生成水,然後再把水電解成氫氣和氧氣 。

極端理想的情況下,產生的氫氣和氧氣應該跟燃燒前的量是相同的。

再考慮的科幻一點,如果以後有類似原子級別的「3D列印」技術,只要提前給物品做乙個類似原子級別的全息掃瞄,儲存資料。

燃燒後把燃燒產物作為原料按照儲存的資料重新「3D列印」出來應該就可以了。

6樓:Chlsrsp

可逆,這個概念要看各位怎麼理解。

如果從過程的可逆性來講,燃燒是不可逆的。這裡,可逆性的判斷在於能否時刻存在平衡。因此,任何反應都是不可逆的。模擬可逆熱機。(經典熱力學)

如果從反應的可逆性來看。。。事實上我從來不認同反應是否可逆這種說法。因為只要條件允許,總可以使反應在熱力學角度可行的,只不過可能需要電解之類的特殊方法而已。

以上均是在不考慮動力學情況下展開的。如有錯誤,請指出。

7樓:漠飛

要考慮到燃燒前後的資訊量變化,舉個簡單的例子,普通的鉛筆芯、巴基球(碳60)以及石墨烯(單層碳原子)都是碳原子組成的,結構不同而已,但是把他們統統一把火燒掉,三者的燃燒後產物都是二氧化碳(少量一氧化碳,不充分燃燒時導致),如果燃燒可逆,僅僅從燃燒產物裡顯然是無法得到燃燒前的結構資訊的。因此可以說,在這個燃燒過程中,系統中的熵減少了。

8樓:

樓上各位,難道你們都沒看到題主說:「只將燃燒物還原,不考慮能量消耗」嗎?

Why not?從物質角度來說,化學反應不改變原子數量,僅僅改變其排列組合,所以並沒有損失;從能量角度來說,燃燒是乙個放熱反應(化學鍵的斷裂),那麼只要能從外界攝取足夠的能量,反應是可逆的;從某個極端的角度講,世界上一切化學反應(包括燃燒)都是可逆的,只有可逆程度大小的差別,所以燃燒的逆反應,即題主所說的還原反應肯定可以發生,並且一直伴隨著燃燒的過程。

換句話說,從理論來講,大部分燃燒過的物質在一定條件下可以回覆到原來狀態

聽到這裡,你是不是覺得:

或者:。。。

當然,這可不代表我們能夠浪費資源(常識①:能量守恆定律,還原燃料一定需要更多額外能量);也不代表我們可以隨意燒東西玩再像變魔術一樣的還原回去(常識②:很多反應需要在特定條件下進行,比如高溫,可不是您家炒菜的燃氣灶所能達到的);更不代表小朋友可以把寫好的作業燒了再讓老師變回去(常識③:

喂,化學不是萬能的!)。

首先科普一下化學反應的過程,以下是乙個典型的反應影象(reaction coordinate diagram):

橫軸是反應過程,縱軸是物質的能量。左圖為吸熱反應(endothermic reaction),右圖為放熱反應(exothermic reaction)。各種燃燒反應均屬於放熱反應(常識④:

燃燒放熱)。反應若要自發進行,需要兩個條件:產物比反應物穩定(即產物比反應物能量低);以及需要獲取足夠能量跨越活化能(activation energy,下圖中Ea)[1]。

以燃燒反應為例:

為什麼很多東西燒起來會停不住,直到燒完?因為燃燒的產物(水,二氧化碳)比起燃燒物處於相對穩定的狀態;

既然反應自發進行,為什麼還需要點火?因為需要提供能量跨越活化能(溫度公升高可以看作一種能量的公升高),反應才能開始進行。

簡單來說,還原反應是燃燒反應的逆反應,反應影象只要倒過來就行了:

。。。。。。

逗你玩的,其實是這樣[2]:

這意味著什麼呢?為了將物質還原,我們不僅需要跨越活化能,還需要提供能量,將產物(即燃燒反應中的燃燒物)保持在高能量(不穩定)的狀態。

讓我們舉個最簡單的例子:氫氣

氫氣是一種極易燃的氣體,在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒[3][4]。氫氣燃燒的焓變為286 kJ/mol[5]:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l); ΔH = -572 kJ/mol

試著將水分解回氫氣,目前常用的方法是電解水。讓我們假設分解1mol的水,不考慮活化能,需要的能量為286 kJ/mol (8.9×10^23 eV/mol)[6]。

根據wikipedia的說法,目前比較靠譜的測量表示人類電解水的效率為50~80%[7];取個中間值65%,需要的能量增加到了440kJ.

換一組資料:同樣是水,它在液態時候的比熱容為4.18kJ/(kgK)。

1mol的水有18g(0.018kg),如果我們把分解水的所有能量用於加熱這些水,根據比熱公式Q=cmT,這些能量可以使同樣質量的水公升高440/(4.18*0.

018)= 5848攝氏度,或者把大約1.05kg的水從零度煮到沸騰。

再舉個常見例子:汽油

汽油的主要成份為辛烷C8H18,完全燃燒時放出熱量-5512kJmol-1。[8]

假設有一種神奇的魔術,同樣不考慮活化能,能夠將二氧化碳和水還原成汽油。還原多少好呢?某人有一輛小電單車,油箱大小10L;辛烷的密度在常溫下為0.

6986g/cm3 ,相對分子量約為114[9],所以要裝滿油箱的話,需要10 x 0.6986 = 6.986 kg,即61.

3 mol辛烷。

使用同樣的公式可以得出,為了裝滿一輛小電單車的油箱,按照還原效率80%計算的話,我們需要337 779kJ的能量。根據中國法律法規,把每公斤含熱7000 千卡(29306 千焦)的定為標準煤,也稱標煤。另外,中國還經常將各種能源折合成標準煤的噸數來表示,如1 噸秸稈的能量相當於0.

5 噸標準煤,1 立方公尺沼氣的能量相當於0.7 公斤標準煤。[10]

所以,為了填滿你的小電單車,假設在水和二氧化碳的收集過程中不消耗任何能源,我們仍需要燃燒337779 / 29.3 =11 528克,即11.5千克標準煤(假設燃燒效率有100%),或16.

5千克沼氣,或23千克秸稈

。。。

。。。。。。好吧,讓我們做點壞事:燒死乙個人。

根據某不知道靠譜不靠譜的研究[11],總結出人體的分子簡式為:H375,000,000 O132,000,000 C85,700,000 N6,430,000 Ca1,500,000 P1,020,000S206,000 Na183,000 K177,000 Cl127,000 Mg40,000 Si38,600Fe2,680Zn2,110 Cu76 I14 Mn13 F13 Cr7 Se4 Mo3 Co

這個分子的分子量為:375000000+16*132000000+12*85700000+14*6430000+40*1500000+31*1020000+32*206000+23*183000+39*177000+36*127000+24*40000+28*38600+56*2680+65*2110+64*76+127*14+55*13+18*13+53*7+79*4+93*3+55=。。。

。。。。。。

。。。。。。

。。。。。。算了,還是算一下吧。

這個分子的分子量為:

375000000+2112000000+1028400000+90020000+60000000+31620000+6592000+4209000+6903000+4572000+960000+1080800+150080+145762=3605420000+116232642=3721652642

1/12只碳原子的絕對質量為:1.6606×10-27kg[12],

所以乙個「人體分子」的絕對質量為:3721652642*1.6606*10^27=6.1801763773052*10^-18kg。

如果想燒死乙個體重為65kg的成年地球人,假設完全燃燒,則需要讓65/6.1801763773052*10^-18=1.0517499183145*10^19個,即1.

747*10^-5mol 「人體分子」參加反應;

假設除了CO2和H2O沒有別的生成物,則在此過程中,將會產生1.05*10^19*85700000/(6.02*10^23) =1494.

8mol二氧化碳,合65.8kg及1.05*10^19*375000000*0.

5/(6.02*10^23) =3270.3mol水,合58.

87kg;消耗的氧氣量大約為112kg

氧氣的密度為1.429g/L[13],依次推斷,需要消耗大約78.4立方公尺的氧氣。差不多是乙個高為3公尺,面積為5公尺乘5公尺的小房間體積。

呃,跑題了。。。

目前並無研究測量人體焓變,做個不靠譜猜測,只算碳氫氧元素的話,分子簡式可以簡化為:C2O3H9。C2O2H8的燃燒焓變約為-1500kJ/mol,這裡近似算作一樣。

所以單純從物質角度將人體還原的話,需要的能量為:1500*85700000*0.5*1.747*10^-5=1122884.25kJ.

因為這個極不精確的計算是建立在小分子基礎上的。焓變的計算應當建立在化學鍵的數量上,也就是說,如果乙個小分子有一根化學鍵,那麼當它組合成X2的大分子的時候,總質量不會變,需要的能量則要乘以二,以此類推。

題主,還原產物也許理論可行,但絕對不環保,浪費可恥!

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