ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОХИМИЯ

6.1. Химическая термодинамика – это раздел химии, изучающий энергетику химических процессов. Химическая термодинамика определяет направление и полноту протекания самопроизвольных химических реакций, а так же необходимые для этого затраты энергии.

Раздел химии, изучающий тепловые эффекты различных процессов, называют термохимией.

Уравнение химической реакции с указанием теплового эффекта называют термохимическим уравнением.

По выделению или поглощению энергии химические реакции делятся на экзотермические, идущие с выделением теплоты в окружающую среду (+Q) и эндотермические, идущие с поглощением теплоты из окружающей среды (–Q).

Энтальпия. Стандартная энтальпия. Образование вещества.

∆H_р = – Q_p

Q_p – тепловой эффект реакции при постоянном давлении со знаком «–»

При Q_p>0 и ∆H_р<0 идут экзотермические реакции

H₂ + Cl₂ → 2HCl ∆H = – 184,6 кДж (теплота выделяется)

При Q_p<0 и ∆H_р>0 – эндотермические реакции

N₂ + O₂ → 2NO ∆H = 180,8 кДж (теплота поглощается)

∆H – тепловой эффект (энтальпия), относится к этому числу молей вещества, которое определено уравнением реакции.

Изменение энтальпии химической реакции зависит от температуры, давления, количества и агрегатного состояния вещества, потому конкретную химическую реакцию характеризуют стандартным изменением энтальпии,

∆H⁰ (при Т + 298 К и Р = 1,03_*10⁵ Па)

Например, 2Н₂(газ) + О₂(газ) = 2Н₂О(жидкость),

H⁰_обр простого вещества принята равной нулю и приписывается только одному агрегатному состоянию вещества: H⁰_{обр *}J₂ (тв) = 0

H⁰_{обр *}J₂ (жидкость) = 22 кДж/моль,

H⁰_{обр *}J₂ (газ) = 62 кДж/моль.

По мере увеличения по абсолютной величине отрицательного значения H⁰_обр возрастает и устойчивость образующегося вещества.

6.2.Вычисление тепловых эффектов. Закон Гесса.

Тепловой эффект (изменение энтальпии) реакции при V = const и P = const не зависит от числа промежуточных стадий, от пути процесса и определяется только начальным и конечным состоянием системы.

С DH⁰ СО₂

DH⁰=DH⁰₁+DH⁰₂

DH⁰₁ DH⁰₂

СО

1. С + О₂ ® СО₂ DH⁰ = – 393,5 кДж/моль

2. С + ½ О₂ ® СО DH⁰₁ = – 110,5 кДж/моль

СО + ½ ® СО₂ DH⁰₂ = – 283 кДж/моль

– 393,5 = – 110,5 – 283

Следствие из закона Гесса.

Тепловой эффект реакции DH⁰_р равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов: DH_х⁰_р = SΔН₀ (продукты) – SΔН₀ (реагенты)

Пример 1. Расчет теплового эффекта реакции по стандартным теплотам образования реагирующих веществ.

Определите количество теплоты, выделяющееся при гашении 100 кг извести водой, если стандартные теплоты образования реагирующих веществ равны (кДж/моль):

∆H⁰_{CaO (k)} = – 635,1; ; ∆H⁰ _{Ca(OH)2 (k)} = -986.2

Тепловой эффект реакции по закону Гесса равен:

∆H⁰_х.р. = ∆H⁰ _{Ca(OH)2 (k)} – [∆H⁰_{CaO (k)} + ∆H⁰_{H2O (ж)}]= -986.2-( -635.1 – 285.84)=

=-65.3 кДж

Тепловой эффект реакции рассчитан на 1 моль CaO, то есть на 56 г. Составим пропорцию:

Из 56 г (CaO) выделилось – 65.3 кДж

Из 100000 г (CaO) выдел. - Х кДж

Х = (100000_*(-65,3))/56 = -1,16_*10⁵ кДж

Ответ: -1,16_*10⁵ кДж

Пример2. Вычислить теплоту образования CaCO₃ по теплоте реакции разложения CaCO₃ на CaO и CO₂, равной –200,9 кДж, если известно, что

∆H _{обр СаО} = -635,2 ∆H⁰ _{обр СО2} = -393 кДж

Решение. Из уравнения реакции следует

∆H⁰ _{обр CaCO3} + ∆H _{обр СаО} + ∆H⁰ _{обр СО2} = -200,9 кДж

Отсюда: - ∆H⁰ _{обр CaCO3} = -200,9 кДж - ∆H _{обр СаО} - ∆H⁰ _{обр СО2}

∆H⁰ _{обр CaCO3} = -200,9 кДж + ∆H _{обр СаО} + ∆H⁰ _{обр СО2} = -200,9 – 635,2 – 393,6 =

=-1229,7 кДж.

Ответ: ∆H⁰ _{обр CaCO3} = -1229.7 кДж.

6.3. Энтропия.

Энтропия является функцией состояния системы ∆S=S₂-S₁, где S₁ и S₂ – энтропии начального и конечного состояния системы

Процессы, для которых ∆S>0:

А) расширение газов

Б) фазовые превращения (твердое®жидкое®газообразное состояние)

В) растворение кристаллических веществ

Процессы, для которых ∆S<0:

А) сжижение газов

Б) увеличение концентрации и кристаллизация веществ

Стандартная энтропия чистых веществ относится к 1 моль вещества при Р=101 кПа и Т=298 К и обозначается S₂₉₈⁰ [Дж/(К_*моль)]

Дата добавления: 2014-09-08; просмотров: 597; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!