Question

Можно ли водяным паром с температурой 100°С нагреть раствор до 110°С?

Не произойдет ли нарушение второго закона термодинамики о невозможности самопроизвольного перехода тепловой энергии от менее нагретого тела к более нагретому?

Answer 1

Слишком много недомолвок. Допускается механическая работа или нет? Допускаются химические реакции или нет? Если оба ответа - нет, то нет, нельзя. В противном случае, наверняка, можно что-нибудь сочинить.

Answer 2

Ближе всего к правильному ответу подошел Роджер. А именно, должна быть экзотермическая... но только не реакция, а процесс! Экзотермический процесс в данном случае хорошо известен - это процесс, обратный испарению воды. Если испарение воды (в частном случае - кипение) - процесс эндотермический, то есть требует затраты энергии, то обратный процесс - конденсация пара - процесс экзотермический, то есть сопровождается выделением тепловой энергии. При давлении 1 атм эта теплота для водяного пара равна 2258 Дж/г. То есть конденсация 1 г пара ведет к выделению 2,26 кДж теплоты. Этого более чем достаточно для нагрева 0,5 л воды на 1 градус. А 0,1 л - на 10 градусов! Если пар пропускать в чистый кипяток, его температура выше 100°С не поднимется. Для этого пар нужно пропускать в раствор вещества, который имеет более высокую температуру кипения. Например, температура кипения 50%-ного раствора нитрата натрия равна 110,1°С. Чтобы раствор не разбавлялся (это приведет к снижению его температуры), на дне сосуда нужно поместить кристаллы соли. Лучше взять хлорид натрия, так как его растворение в воде - процесс почти термонейтральный, тогда как растворение нитрата натрия приводит к охлаждению раствора. Этот эксперимент когда-то показывал студентам-химикам профессор физической химии Сергей Гаврилович Крапивин (1868 - 1927), который с 1896 года работал в МГУ. Схема его опыта - не первом рисунке. Если же пар пропускать через змеевик - так, как на втором рисунке (пар не конденсируется в раствор, а уходит в воздух), то раствор выше, чем температура пара (100°С) не нагреется.

Answer 3

Наверное, можно, если этот водяной пар будет вступать в экзотермическую реакцию с раствором. Простейший пример, известный ещё со школы, - это растворение воды в олеуме (серной кислоте с "концентрацией" 130%, на самом деле растворе серного ангидрида в серной кислоте). Это сильнейший эксикант, так что водяной пар он поглощает со свистом. Ну и с выделением энергии, охотно при этом разогреваясь.

Между прочим, в вопросе ведь не сказано, что раствор должен быть обязательно водным...