3 (792020)

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

Текст из файла

Лекция 3.Химическое равновесие.Понятие о кинетике химических реакций.Равновесное состояние – это такое состояние системы,при котором:а) еѐ интенсивные параметры не изменяются во времени (p, T, C);б) в ней отсутствуют потоки вещества или энергии.p(H2)p(I2)H2(г) + I2(г)G1p(HI)2HI(г)G2параметры - T, p(H2), p(I2), p(HI)( парциальные давления,pобщ. = p(H2) + p(I2) + p(HI) )G < 0 – идет слева направоG > 0 – идет справа налевоG = 0 – равновесиеВеличина G соответствует работе, которую может совершитьсистема.1-ый Закон Термодинамики:ΔU = Q – Aрасш + А (или dU = dQ - dAрасш + dA)Разница в знаках механической работы (с минусом) и немеханической (с плюсом):По определению: В механике – работа положительна, если система совершает работуНАД окружающей средой (рост объема);В термодинамике – работа положительна, если работа совершается над системой (приэтом растет внутренняя энергия системы)2-ой Закон Термодинамики:ΔS = Q/T или Q = TΔS (или dQ = TdS)Объединенный 1-ый и 2-ой закон термодинамики:ΔU = TΔS – pΔV + A( dU = TdS – pdV + dA )A = ΔU + pΔV – TΔS = ΔGХимическая реакция – химическая работа Aхим = ΔU+ pΔV – TΔS = ΔGКонцепция обобщенных сил и координатA= сила (или что производит работу)что меняется в процессе (координата)Механическая работаперемещение груза: сила F, координата x; Aмех = FΔxрасширение газа: cила – давление p; координата – объем V; Aрасш = pΔVЭлектрическая работаcила – разность потенциалов U = φ2 – φ1; координата – заряд (e); Aэл = (φ2 – φ1)ΔeТеплота (Q)Сила – температура Т; координата – энтропия S; Q = TΔSХимическая работа: Что это?Химическая работа и химический потенциалХимическая работа возникает там, где есть процесс изменения количества вещества входе процесса.A) Химическая реакцияH2 + ½O2 = H2O – количество продуктов (H2O) растет, реагентов падает – идетхимическая работа.Б) Перенос массы веществаРастворение соли NaCl(тв) = NaCl(p-p);Кипение H2O(ж)=H2O(пар)Вопрос: Что меняется в ходе совершения химической работы(что является координатой)?Ответ: Количество вещества (Δn)Работа = Силаизменение координатыХимическая работа = СИЛА x изменение количества молей вещества (Δn)Химический потенциал μAхим = (μ2 – μ1) ΔnХимический потенциал – парциальная мольная энергия ГиббсаGnGмолP ,TЗависимость химического потенциала от давления (газ)или концентрации (раствор)po(T ) RT ln opo(T ) RT ln(C / C o )μo(T) – стандартный химический потенциал придавлении (парциальном) газообразноговещества po = 1 атм или концентрациирастворенного вещества Co = 1 моль/лВ общем случаеo(T ) RT ln aa – активность вещества;идеальный газ: a = p (атм),раствор: a = C (моль/л), растворитель: a = 1твердое или жидкое (чистое) вещество: a = 1Зависимость G от активности взаимодействующих веществμN2 + 3μH2N2 + 3H22NH3μN2 + 3μH22μNH32μNH3rG= 2μNH3 - μN2 - 3μH2 <0равновесие,= 0;2μNH3 = μN2 + 3μH2rG= 2μoNH3 + 2RTlnpNH3 - μoN2 - RTlnpN2 - 3μoH2 - 3RTlnpH2rG= [ 2μoNH3 - μoN2 - μoH2 ] + [ 2RTlnpNH3 - RTlnpN2 - 3RTlnpH2 ]rG2pNH3orG = rG + RT lnpN 2 pH3 2ΔrGo = 2μoNH3 - μoN2 - μoH2Уравнение изотермы химической реакции (Вант-Гоффа)равновесие,rG=0ΔrGo =2pNH3RT lnpN 2 pH3 2илиΔrGo= – RTlnKКонстанта равновесия в общем видеn1A + n2B + n3C = n4D + n5EKa – активность вещества;идеальный газ: a = p (атм),раствор: a = C (моль/л), растворитель: a = 1твердое или жидкое (чистое) вещество: a = 1aDn 4 aEn 5aAn1 aBn 2 aCn 3Примеры: CaCO3CaO + CO2 ;CH3COOH(р)K = a(CaO)a(CO2)/a(CaCO3) = p(CO2)CH3COO-(р) + H+(р) ; K = [CH3COO- ] [H+ ] / [CH3COOH]oGrRT ln KΔrGo<0lnK>0K>1Равновесие сдвинуто в сторону ПРОДУКТОВΔrGo>0lnK>0K<1Равновесие сдвинуто в сторону РЕАГЕНТОВНа Kвлияет: температура, природа взаимодействующих веществне влияет: активность веществ (pi , Ci), катализаторКуда пойдет реакция?N2 + 3H22NH3ΔrG = 2μNH3 - 3μN2 - μH22pNH 3ΔrG = ΔrGo + RT lnpN 2 pH3 2ΔrG > 0 - реакция идет в сторону реагентовΔrG < 0 - реакция идет в сторону продуктовНЕ равновесные давления!ПРИМЕР: Н2(г) + I2(тв) = 2HI(г);rGo= 3.56 кДжПойдет ли при Т = 298 К, если pH2=1 атм; pHI=0.1 атм?K эфaHI2aH2aI2ΔrG =ΔrGopHI2pH2pHI2+ RT lnpH20.123560 8.314 298 ln17850< 0 - идетЕсли ΔrGо < 0, то всегда ли реакция идет? - НЕТ! Все определяется знаком ΔrG!Каковы равновесные давления веществ при po = 1 атм ?HIСумма21+ΔrGo= – RTlnK2 /(1+ )1lnK = -1.4372 po /(1+ )poH2Число молей1-Мольная доля (1- )/(1+ )ПарциальноедавлениеK2pHIpH2po(1- )/(1+ )K = 0.2377= 0.2372 /11/12po2po412po2pH2 = 0.763 атмpHI = 0.237 атмСпособы смещения положения равновесияПринцип Ле Шателье:Если на систему, находящуюся в равновесии,оказывается внешнее воздействие, то в результатепротекающих в ней процессов положение равновесиясмещается в сторону, ослабляющую это воздействиеN2 + 3H22NH3А.

Влияние концентраций: с ростом концентрации реагентовувеличивается концентрация продуктов и наоборот2PNH3KPPN 2 PH3 2Б. Влияние давления: с ростом давления равновесие смещается в сторонууменьшения объема газообразных веществРост давленияРост выхода NH3В. Влияние температуры: с ростом Т равновесие сдвигается в сторонуреакции, в которой идет поглощение тепла, т.е.

эндотермической реакцииВлияние температуры на константу равновесияoGrrGlnKRT ln KorHoT rSooHTSrrln KoSrRSoRRT ln K0Рост ТoHrRT(y=a+bx, y=lnK; x=1/T)tgαoHoR1/TЕсли ΔH>0 (α>90o, tgα<0), то K растет с ростом ТЕсли ΔH<0 (α<90o, tgα>0), то K падает с ростом ТРасчет энтропии и энтальпии реакции из данных по равновесию:ln K1oHrRT1ln K 2HoRT2roSrRSoRoHrrrSoRln K 2 ln K11/ T2 1/ T1T1 ln K1 T2 ln K 2RT1 T2Заключение:1.

Химический потенциал выполняет роль силы при химической работе2. Равновесию при химическом процессе отвечает равенство химическихпотенциалов продуктов и реагентов3. Константа равновесия химической реакции зависит только от температуры,причем из ее температурной зависимости можно рассчитать энтропию иэнтальпию процесса4. Способами смещения химического равновесия являются: a) изменениеконцентрации реагентов и продуктов реакции; б) изменение давления; в)изменение температуры. Направление смещения равновесияопределяется принципом Ле Шателье.5. Для того, что определить направление протекания реакции необходиморассчитать изотерму химической реакции:Δ rG = Δ rG o +2PNH3RT lnPN 2 PH3 2Если ΔrG < 0, то в ходе реакции растет концентрация продуктов,если ΔrG > 0 - реагентов.Кинетика химических реакцийХимическая реакция:столкновение частиц (атомов, молекул, ионов)+наличие достаточного запаса энергии для преодоления отталкиванияСкорость реакции определяется числом соударений (элементарных актовреакции), приводящих к химическому превращению в единице объема вединицу времени.E2H2O2 = 2H2O + O2CA...BEaсредняя скорость v = - C/ tA+BABПуть реакциимгновенная скорость v = -dC/dtСкорость химической реакции при постоянной температуре прямопропорциональна произведению мольных концентраций реагирующихвеществ, возведенных в определенные степени.AB + CA + BCv = k [C]n[AB]mn и m зависят от механизма реакцииn + m – порядок реакции (0, 1, 2, редко превышает 2)n – порядок реакции по одному компоненту2H2O2 = 2H2O + O2v = k [H2O2]1Химическая реакция обычно состоит из нескольких элементарных стадий.Скорость реакции в целом определяется скоростью самой медленнойстадии – лимитирующей стадии.Суммарное число частиц, участвующих в элементарной стадии –молекулярность реакции.Кинетическое уравнениеv = -dC/dt = kCnПорядокреакцииКинетическоеуравнениеЗависимость C(t)Координатылинеаризации(y = bx + a)0-dC/dt = kC = C0 - kty = C; x = t1-dC/dt = kCC = C0e-kty = lnC; x = t2-dC/dt = kC21/C – 1/C0 = kty = 1/C; x = tЗависимость скорости реакции от температурыEA...BN/N0EaT2 > T1T1T2A+BABПуть реакцииEaEУравнение Аррениусаkk 0eEaRTlnk = lnk0 – Ea/RTy = lnk; x = 1/T; y = bx + aКатализ – уменьшение Ea в результате изменения пути реакции.

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