les8 (1154130)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лекция 8ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИПлан лекции1. Предмет изучения химической термодинамики. Основные понятия.2. Первый закон термодинамики.3. Термохимия.4. Закон Гесса и его следствия.5. Температурная зависимость энтальпии реакции.Химическая термодинамика - изучает энергетические эффекты химическихреакций, устанавливает возможность и пределы самопроизвольного (беззатраты работы) их протекания, определяет выход продуктов реакции и влияниевнешних условий на выход продуктов.Основные понятия термодинамикиОбъект изучения - система:совокупность тел мысленно или фактически обособленных изокружающей средыВ зависимости от характера взаимодействия систем с окружающей средой:системаОткрытая-обмениваетсяс окружающейсредойэнергией ивеществомГомогенная система:Закрытая-обмениваетсяс окружающейсредойэнергией, нонет обменавеществомИзолированная-отсутствует сокружающейсредой обмен ивеществом иэнергиейсистема, состоящая из одной фазыГетерогенная система:Фаза:система, состоящая из двух и более фазчасть системы однородная по составу и свойствам иотделенная от других частей поверхностью разделаПараметры системы :совокупность физических и химических величин,характеризующих состояние системы: (температура (Т),давление (Р), объем (V), концентрация (с), плотность () и т.д.)Равновесное состояние системы:состояние, когда все параметры состояния постоянны вовремени и во всех точках системыФункции состояния:- это такие термодинамические свойства системы,изменение которых при переходе системы из одногосостояния в другое определяется исходным и конечнымее состоянием и не зависит от пути переходаТермодинамический процесс:- переход системы из одного состояния в другое,характеризующийся изменением во времени хотя бы однимХимическаяреакция:параметромтермодинамическимПроцессы:изотермические - Т = constизобарические – p = constизохорические - v = constадиабатические - нет обмена теплом с окружающей средойХимические реакции наиболее часто протекают:1) в изобарно-изотермических условияхр = const, Т = const - открытые системы;2) в изохорно-изотермических условияхV = const, Т = const - закрытые сосуды.Первое начало термодинамикиРассмотрим переход системы из состояния 1 в состояние 2:12Система - 1) производит работу (или над нею совершается работа) – W; 2)принимает участие в теплообмене с окружающей средой (выделяет илипоглощает теплоту) - Q.По закону сохранения энергии:Q= U + W,(1)( «энергия» - понятие впервые введенное Клаузиусом, 1864г.)Q – количество сообщенной системе теплоты;U = U2 – U1 – приращение внутренней энергии;W – суммарная работа, совершенная системой.Внутренняя энергия:- Совокупность всех видов энергии частиц в системе(энергия движения и взаимодействия молекул, атомов,ядер и других частиц, внутриядерная и другие видыэнергии), кроме кинетической энергии движения системы,как целого, и потенциальной энергии ее положения.Важно!U - функция состояния системы Q – не функция состояния системы .Пусть - только PV- работа, совершаемая системой против сил внешнегодавленияДля бесконечно малых элементарных процессов уравнение принимает вид: Q = dU + PdV(2)Уравнения (1и 2)- первый закон термодинамики.А) изохорный процесс – V = const, dV = 0.работа расширения системы W = PdV = 0.первый закон термодинамики : QV = dU и QV = U2 – U1 = Uпри данных условиях - QV - функция состояния, т.е.

не зависит от путипроцесса.Б) изобарный процесс - P=constPdV = d(PV)dQp = dU + d(PV) = d(U + PV) = dHQp = H2 – H1 = HH = U + PV -энтальпия – функция состояния«энтальпия» - 1909г. ОннесЭнтальпия Н – функция состояния (теплосодержание, энергосодержание,включает внутреннюю энергию); 1909г. - Оннес.H = U + рV - по определению! Абсолютное значение H определить нельзя!Первое начало (закон) термодинамики:Q = U + W,(1)Q – количество сообщенной системе теплоты;U = U2 – U1 – приращение внутренней энергии;W – суммарная работа, совершенная системой.! U - функция состояния системы! W и Q – не функции состояния системы, то есть ихизменения в общем случае зависят от пути процессаТо есть(1) означает, что подводимая к системе теплота расходуется наприращение ее внутренней энергии и совершение работы системой.Уравнение (1) есть форма выражения закона сохранения энергии: энергия неможет ни создаваться, ни исчезать, но может превращаться из однойформы в другую.Предположим, что система совершает только работу против сил внешнегодавления (работу расширения): W= рV.ТогдаQ = U + рVДля бесконечно малых изменений уравнение (1’) принимает вид: Q = dU + рdV(1’)(2)Рассмотрим 2 случая:а) изохорно-изотермический процесс: Т= const, V = const; тогда V и dV = 0,работа расширения системы равна 0 .Из уравнений (1’) и (2) следует:QV = U = U2 – U1 и  QV = dU(3)Таким образом, при данных условиях QV численно равна изменениюфункции состояния, т.е.

не зависит от пути процесса.б) изобарно-изотермический процесс – Т = const, р = constТак как V =V2 – V1 и U = U2 – U1 имеем из (1):Qp = U + рV=(U2 – U1) + p(V2 – V1) =(U2+ рV2)–(U1+ рV1)= = H2 – H1 = HQp = H2 – H1 = H и  Qр = dН(4)Таким образом, при данных условиях - QР тоже численно равна изменениюфункции состояния, т.е. не зависит от пути процесса.Для идеальных газов ур-е состояния: p∆V = ∆νRT,где ∆ν – разница между числом молей газообразных продуктов и исходныхвеществ. Отсюда - связь между Qp и QV :Qp = QV + ∆νRT(5)Термохимические расчетыТермохимия - часть термодинамики, изучающая тепловые эффектыхимических и физико-химических процессов.В общем случае тепловой эффект химической реакции или фазовогоперехода - это теплота, выделяемая или поглощаемая системой припротекании процесса при T=const.Основной закон термохимии (закон Гесса)(1841 г. русский ученый Г.И.Гесс)Тепловой эффект реакции, протекающей в изобарно-изотермических илиизохорно-изотермических условиях, не зависит от пути ее протекания, азависит лишь от природы и состояния исходных и конечных веществ:Qp = HQV = UrНт (1) = rНт (2) + rНт(3)ПРИМЕР1.

СН4(г) + 2О2(г)= СО2(г) + 2Н2О(г)rН10 298 = – 802,34 кДжЭту же реакцию можно провести через 2 стадии:2. СН4 + 3/2О2 = СО + 2Н2О (г) rН02 = – 519,33 кДж,3. СО + 1/2О2 = СО2,rН03 = – 283,01 кДж,Согласно закону Гесса:rН01 = rН02 + rН03 = (– 519,33) + (– 283,01) = – 802,34 кДж=Термохимические уравнения - химические уравнения реакций, в которыхуказаны агрегатные состояния веществ и тепловые эффекты.В термохимических уравнениях допустимы дробные стехиометрическиекоэффициенты.Если ΔrН< 0 - экзотермическая реакция, теплота выделяется.Если ΔrН > 0 - эндотермическая реакция, теплота поглощается.Qp = H2 – H1 = r H - энтальпия реакции (тепловой эффект в изобарноизотермических условиях, если система не совершает работы, кроме работырасширения).Если все вещества находятся в стандартном состоянии имеем стандартнуюэнтальпию реакции r H 0 .Условия стандартного состояния веществСостояние веществаПростое твердоевеществоПростое жидкоевеществоГазообразноеРастворенноеСтандартное состояние веществаИдеальный кристалл при атм.давлении100 кПаИдеальная жидкость при давлении 100 кПаИдеальный газ спарциальным давлением 100 кПаИдеальный раствор с концентрацией 1моль/лСтандартное состояние может быть при любой температуре.Тепловой эффект реакции зависит от температуры указывают температуру rНт или rНот, например rН298 или rНо298Так как нельзя определить абсолютное значение H или U вещества, длярасчетов введено понятие энтальпии образования вещества fН.fН простых веществ, устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа принимаютравной 0.

( О2-газ, Br2-жидкость, Р-белый , Snбелое, Sромб,Сграфит.)Энтальпия (теплота) образования сложного вещества fН298 это тепловой эффект образования 1 моля вещества из простых веществ,устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа.Если при этом все простые вещества находятся в стандартном состоянии,имеем:fНo298 – стандартную энтальпию образования вещества (табулированныевеличины)Размерность: [fНo]= [кДж/моль].ПРИМЕР:H2(г) + 2O2(г) + S(к) = H2SO4(ж)rН0298 = ΔfН0298 (H2SO4) = -811,3 кДж/мольСледствие из закона Гесса:энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образованияпродуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходныхвеществ (с учетом стехиометрических коэффициентов):ΔrН0 = ∑νiΔfНi0 продуктов - ∑νjΔfНj 0исх веществ(6)Зависимость ΔrН0 от температурыУравнение Кирхгофа – зависимость теплового эффекта от температуры:Т∆rH0T = ∆rH0298 + ∫ ∆rС0pdT(7)298где ∆rСpо = ∑νiСрi0 прод - ∑νjСрj 0исх веществ - изменение стандартной теплоемкостисистемы в ходе реакции в изобарном процессе; Срi0-стандартные мольныетеплоемкости отдельных веществ(при 298К табулированы).Приближения:1.

Если пренебречь зависимостью Ср вещества от Т(С0рТ = С0298 ) и ∆rСpо: = const∆rН0Т = ∆rН0298 + ∆rС0р(Т - 298)2. Если считать∆rС0р = 0 (теплоемкость системы не меняется припрохождении реакции):∆rH0T = ∆rH0298– тепловой эффект не зависит от температуры в самом грубом приближении.Примеры решения задач1. Рассчитать ∆rH0298 и ∆rH01000 реакцииС(к) + СО2(г) = 2СО(г),считая постоянными теплоемкости реагентов в данном температурноминтервале.Решение∆rН0Т = ∆rН0298 + ∆rС0р(Т - 298)По табличным данным находим:Вещество: ΔfН0298,кДж/моль С0р298 ,Дж/моль.КС(графит) 0СО2 (г)-393,58,5437,41СО (г)29,14-110,5ΔrН0298 = 2ΔfН0298 СОг - ΔfН0298 Ск - ΔfН0298 СО2г == 2(-110,5) – 0 – (-393,5) = 172,5 кДж.0ΔrН 298 >0 - реакция эндотермическая.Изменение теплоемкости системы (∆rС0р=const):∆rС0р= 2С0р298СОг–С0р298Ск–С0р298СО2г== 2.(29,14)–8,54–37,41 =12,33 Дж/К∆rН01000 = 172,5 + 12,33.10-3.(1000 - 298) = 181,16 кДж.(При расчетах соблюдайте размерность!)Вывод: При изменении температуры на 702К увеличение теплового эффектасоставляет ≈ 5% → влияние температуры на тепловой эффект небольшое.2.

Рассчитать изменение внутренней энергии системы при изохорноизотермическом протекании реакцииС(к) + СО2(г) = 2СО(г) при 298К.Решение.Qp = QV + ∆νRT, QV = U, Qp = H, ∆ν = 2 - 1=1∆rU0298 = ∆rH0298 –∆νRT =172,5 – 1.8,31.298.10-3 = 170,0 кДж. (размерность!)3. Определить ∆rH0298 реакции (1)С(к) + СО2(г) = 2СО(г),если известно:(2) 2С(к) + О2(г) = 2СО(г) , ∆rH0298 = -221 кДж(3) 2СО(г) + О2(г) = 2СО2(г) , ∆rH0298 = -566,1 кДж .Решение.С термохимическими уравнениями можно производить алгебраическиедействия.ур.1 = ½ур.2 – ½ур.3½(2С(к)+ О2(г)) - ½(2СО(г) + О2(г)) =½2СО(г) - ½2СО2(г)∆rH01 = ½ (∆rH02 - ∆rH03) = ½[-221 – (-566,1)] = 172,5 кДж..

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций