1 (792018)

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

Текст из файла

КУРС НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИПавел Евгеньевич Казин,Владимир Павлович ЗломановРаздел 1: Теоретические основы неорганической химииЛекция 1. Химическая термодинамика.Первый закон термодинамикиПаровая машинаI н.э. – Герон, АлександрияБаня Герона1698 г. - поршневой паровой насос ТомасСейвери (патент)Упрощённая схема паровой машиныс тройным расширением.Пар высокого давления (красныйцвет) от котла проходит черезмашину, выходя в конденсатор принизком давлении (голубой цвет).Паровой молотТермодинамика – макроскопическая теория, описывающаяявления, сопровождающие взаимные превращения теплоты иработы.Химическая термодинамика – раздел химии, изучающийэнергетику химических и фазовых превращений, направлениепротекания процессов в физико-химических системах,химические и фазовые равновесия.ЭнергияТеплотаРаботаТермодинамическая система – интересующая нас макроскопическая частьпространства, отделенная от окружающей среды видимой иливоображаемой границей.Система содержит совокупность тел, способных обмениваться друг с другомэнергией и веществом, и может по-разному взаимодействовать сокружающей средойСистемаОкружающая средаТипы термодинамических системОткрытая:обмен веществом и энергиейЗакрытая:обмен энергией,но НЕ веществомОсновнаяИзолированная:НЕТ обмена веществоми НЕТ обмена энергиейСистема характеризуется термодинамическими параметрамиМасса 100 гHClр-рТемпература (Т), давление (p), объем (V), количествовещества (n), масса (m), концентрация (C)Классификация термодинамических параметров:Экстенсивные – зависят от количества вещества – объем,массаИнтенсивные – не зависят от количества вещества –Zn температура, давление, концентрацияT, p, V, n(HCl), n(Zn), n(H2O)Температура – мера “холодности” системыОпределяет направление перехода энергии при соприкосновении 2-х тел:Одинаковые Тнизкая Твысокая ТПереход энергии в виде тепла (теплоты)Температурные шкалыАндерс Цельсий(Швеция)1701-17440oС - температура замерзания воды100оС – температура кипения водыЛорд Кельвин(Великобритания)1824-1907Абсолютная шкала температур:газовый термометр – при нагревании(p=const) на 1 градус газы расширяются наодну и ту же величину – (1/273.15) часть.T(K)=toC+273.15≈toC+273ДавлениеСилаДавление =ПлощадьP=FSРтутный барометр1 атм = 760 мм рт.

ст. (Торр) =101325 ПаУравнение состояния – уравнение, описывающее взаимосвязь междупараметрами состояния (p, T, V)Идеальный газ – между атомами (молекулами) которого отсутсвует взаимодействиеУравнение Менделеева-Клапейрона - уравнение состояния идеального газа:pV  nRTn - число молей газа; R - универсальная газовая постоянная R=8.314 Дж/(моль*K)Работа (A)Механическая работа = Сила × Расстояние(A = F × L)[A] = H × м = кг × м2 × сек-2 = Дж1 калория = 4,1868 ДжРабота расширения газа:A = p×(V2-V1)=p×ΔVV2PApdVA1≠A2V1AV1V2VРабота зависит от пути процесса и не являетсясвойством системыВнутренняя энергия (U)Определение: Внутренняя энергия системы (U) – общий запас энергии в системе.Включает: энергии движения и взаимодействия частиц, составляющих систему(атомов, ядер, электронов, молекул)НЕ включает: кинетическую энергию системы как целого и ее потенциальнуюэнергию в поле внешних сил.Расчет абсолютной величины U невозможен - только ее изменение при переходеиз одного состояние в другое ΔU=U2-U1Первый закон термодинамики:В любом процессе приращение внутренней энергии системы ΔU=U2-U1 равноколичеству сообщаемой системе теплоты Q за вычетом работы A,совершаемой системой:U  Q  AСледствие закона сохранения энергииФункция состояния: величина, зависящая только от конечногои начального состояния системы, но не зависящая от путиперехода в это состояние.БПуть 1Путь 2Высота (h) – функция состоянияAU – функция состояния; A и Q - нетUU1T=constV постоянен,p меняется.U = -Q1Масса 100 гV1V меняется,p постоянно.HClр-рU = -Q2 – Aрасш.U2Масса 100гV1Окружающая средаQ1ZnCl2 p-pЭнергия в виде теплаСистемаМасса 100гОкружающая средаZnV2>V1Zn + 2HCl(р) = ZnCl2 (р) + H2ZnCl2 p-pQ2Энергия в виде работыСистемаЭнтальпия (H)U  Q  A;A расш.

 p  VТеплота, передаваемая системе при постоянном объеме:Qv  U, V  0Теплота, передаваемая системе при постоянном давлении:QP  U  A  U  pV  (U  pV )  HH  U  pVЭнтальпия (тоже функция состояния)QP  QV  H  U  pV  nRTp = constТермохимия – наука, изучающая тепловые эффекты химическихреакцийЗакон Гесса: тепловой эффект химической реакции не зависит от способаперехода от исходного состояния к конечному, а определяется толькоприродой и состоянием исходных веществ и продуктов реакции.Экзотермический процессHΔHреакции<0 (система понижает энергию),Qреакции>0 (теплота выделяется в окружающую среду)Эндотермический процессHреагентыΔHреакции>0 (система повышает энергию),Qреакции<0 (теплота поглощается из окружающей среды)HпродуктыПРИМЕР использования Закона Гесса:Реакция взаимодействия аммиака (NH3(г)) и (HCl(г)) в воде с образованием 1Мраствора NH4Cl:(1) NH3(г)+ HCl(г) + aq = NH4Cl(aq) ; ΔH1Способ I(2) NH3(г)+ HCl(г) = NH4Cl(т); ΔH2 = -175.22 кДж/моль(выделяется, Q2= +175.22 кДж/моль)(3) NH4Cl(т)+ aq = NH4Cl (aq); ΔH3 = +16.41 кДж/моль(поглощается, Q3= -16.41 кДж/моль)ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 = -158.81 кДж/мольNH3(г), HCl(г), H2O(4)(2)NH4Cl(т), H2OСпособ II(4) NH3(г)+ aq = NH3(aq); ΔH4 = -34.93 кДж/моль(выделяется, Q4 = +34.93 кДж/моль)(5) HCl(г)+ aq = HCl(aq); ΔH5 = -72.51 кДж/моль(выделяется, Q5 = +72.51 кДж/моль)(6) HCl(aq) + NH3(aq) = NH4Cl(aq); ΔH6 = -51.37 кДж/моль(выделяется, Q6 = +51.37 кДж/моль)ΔH1 = ΔH4 + ΔH5 + ΔH6 = -158.81 кДж/мольNH3(aq), HCl(г) , H2O(1)(5)NH3(aq), HCl(aq)(3)(6)NH4Cl(aq)Стандартное состояние вещества:Жидкие и твердые: устойчивое состояние вещества (чистого) при давлении 1 атм.Газ: состояние идеального газа при давлении 1 атм.Раствор: 1 моль/лПример: Углерод – графит (но не алмаз).ΔH0Т – стандартная энтальпия при давлении 1 атм.

и выбранной ТСтандартные энтальпии образования соединений ΔfH0Т из простых веществ.Для простого вещества ΔfH0Т = 0.Н2(г) + ½ О2(г) = Н2О(ж), ΔrH0298=ΔfH0298 (H2O) = -286 кДж/моль – энтальпия образования водыРеакция:n1A + n2B = n3C + n4DΔH 0T (реакции) = n3ΔfH0T(C) + n4ΔfH0T (D) - n1ΔfH0T (A) - n2ΔfH0T (B)ΔU 0T (реакции) = n3ΔfU0T(C) + n4ΔfU0T (D) - n1ΔfU0T (A) - n2ΔfU0T (B)ПродуктыРеагентыСтандартная энтальпия образования CO2 – энтальпия р-ции: C(графит) + O2(г) = CO2(г)Стандартная энтальпия образования ионов в растворе:½H2 = H+(р.) + e , ΔfH0298 = 0;Al = Al3+(р.) + 3e, ΔfH0298 = -530,0. Полная р-ция: Al + 3H+(р.) = Al3+(р.) + 1½H2Энергии различных процессов1. Энергия связиHCl(г)  H(г) + Cl(г), ΔHсвязи HCl=432 кДж/моль >02. Энергия атомизацииMg(тв)  Mg(г), ΔHатом=148 кДж/моль>03.

Энергия ионизацииNa(г)  Na+(г) + e, ΔHион=502 кДж/моль >04. Энергия сродства к электронуCl(г) + e  Cl-(г), ΔHср-ва=-348 кДж/моль<05. Энергия гидратацииCl-(г) + aq  Cl-(aq), ΔHгидрат= -351 кДж/моль<06. Энергия кристаллической решеткиNaCl(тв)  Na+(г) + Cl-(г), Uкрист. = 774 кДж/моль>07. Теплота плавленияH2O(тв)  H2O(ж) , ΔHпл = 6 кДж/моль>08. Теплота испаренияH2O(ж)  H2O(г) , ΔHпл = 54 кДж/моль>0Энтальпийная диаграммаТвердоеΔH(субл) = ΔH (плавл) + ΔH(кипения)ΔHсублЖидкостьΔHплавлКипениеГазГазΔHкипЖидкостьΔHПлавлениеСублимацияТвердоеТемпературная зависимость U и H (Закон Кирхгофа)Мольной теплоемкостью (Cp , CV ) называется количество теплоты,необходимое для нагревания 1 моля вещества на 1 градусЭнтальпия или внутренняяэнергияH  HCP    T P TU  UCV    T V TТемпература, КT2H T2  H T1   CP dTT1T2U T2  U T1   CV dTT1Теплоемкости веществ при 298 KДля химической реакции:1a1  2a2  ...

 1b1  2b2 ...T2HT2  HT1   CP dT   Hф.п.прод.   Hф.п. реаг.ji11T1CP   j CP , j  i CP ,iпродукты реагентыПример:H2(г)+1/2 O2(г) = H2O(г)ΔCp = Cp, H2O – Cp, H2 – ½ Cp, O2Для реакции ΔCp ≈0ΔrU и ΔrH - ПОЧТИ НЕ ЗАВИСЯТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫОсновные выводы:1. Первый закон термодинамики постулирует существование внутреннейэнергии (U), являющейся величиной не измеряемой, но ее изменение м.б.расcчитано из измеряемых величин - теплоты (Q) и работы (A) - в виде:ΔU = Q - A.2. U и H (но не A и Q !) являются функцией состояния (не зависят от путипротекания процесса, а только от конечного и начального состояния).

Из этоговытекает закон Гесса, и для химических реакций тепловой эффект (ΔU или ΔH)может быть расcчитан в виде:n1A + n2B = n3C + n4DΔH0T (реакции) = n3ΔfH0T(C) + n4ΔfH0T (D) - n1ΔfH0T (A) - n2ΔfH0T (B)ΔU0T (реакции) = n3ΔfU0T(C) + n4ΔfU0T (D) - n1ΔfU0T (A) - n2ΔfU0T (B)3. U и H вещества зависят от температуры (закон Кирхгофа). Однако дляхимической реакции температурная зависимость ΔU и ΔH обычно очень мала.Литература1. М.Е.Тамм, Ю.Д.ТретьяковНеорганическая химия: В 3-х т.

Т. 1: Физико-химическиеосновы неорганической химии: Учебник для студ. высш.учеб. заведений2. Ю.Д.Третьяков, Л.И.Мартыненко, А.Н.Григорьев,А.Ю.ЦивадзеНеорганическая химия, Том 1 и 2 для химическихфакультетов государственных университетовМ.: "Химия", 20013. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк.; Академия,2001. - 743с.4. Горшков В. И., Кузнецов И.

А. Физическая химия. - М.: Изд-во МГУ, 1993. 330 с.Герман Иванович Гесс1802-1850Фриц Габер1868-1934Нобелевская премия – 1918Синтез аммиака,Боевое применение хлораЦикл Борна-Габера.

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