ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 17
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Для идеального газа
- величина 
- это работа расширения одного моля идеального газа при нагревании на один градус (P = const).
Можно вычислить механический эквивалент тепла приравняв разность Cp - Cv, выраженную в тепловых единицах к работе расширения газа в механических единицах.
кал = 4,184 Дж.
Подобный расчет впервые был сделан в 1842 г. одним из основателей первого закона термодинамики Майером.
При постоянном давлении изменение объема идет:
1. За счет изменения температуры, если процесс физический
2.
За счет изменения числа молей, если процесс химический
Вывод:
В двух частных случаях (V = const, P = const) количество тепла сообщенное системе Q равно изменению внутренней энергии или изменению энтальпии. Таким образом, Qp и Qv являются функциями состояния системы.
Изотермический процесс. (T=const)
= nRT
,
подставим это в интегральное выражение:
,
по закону Бойля-Мариотта:
.
Значит, QT = Aрасш.
Вывод:
Все тепло, переданное системе при T = const, идет на расширение, внутренняя энергия не изменяется: ΔU = const.
Адиабатический процесс (система полностью изолирована).
= 0
ΔQ = dU + δA
ΔA = -dU (dU = CVdT)
.
можно внести под знак интеграла, т.к. для идеальных газов в некотором интервале температур от 40 до 500С можно считать постоянной.
= CV(T1 - T2).
- интегральная теплоемкость (т.е. всей системы). В расчетах часто используют молярную или удельную теплоемкость
.
Тогда получим первый закон термодинамики для изотермического процесса:
Все эти процессы в чистом виде встречаются редко. На практике встречаются промежуточные процессы.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятий «химическая термодинамика», «термодинамическая система» и «внешняя среда».
2. Дайте определение понятий «изолированная система», «закрытая система», «открытая система».
. Дайте определение понятий «внутренняя энергия системы», «работа процесса», «теплота процесса».
. Сформулируйте первый закон термодинамики. Напишите математическое выражение первого закона термодинамики.
. Сформулируйте первый закон термодинамики для изохорного процесса (V = const).
. Сформулируйте первый закон термодинамики для изобарного процесса (Р=const).
. Какая связь существует между внутренней энергией и энтальпией системы? Единицы измерения этих величин.
. Следствием какого закона является первый закон термодинамики?
. Напишите первое математическое выражение закона Гесса.
. Напишите второе математическое выражение закона Гесса.
. Сформулируйте закон Гесса.
. Сформулируйте следствие из закона Гесса.
13. Чему равна энтальпия образования простого
вещества?
. Определить, что есть стандартная энтальпия образования вещества .
. Какие формулировки первого закона термодинамики вы знаете?
Тема II. Термохимия
План
1. Основные понятия раздела «термохимия»
. Стандартная энтальпия образования
. Следствия из закона Гесса
. Повторим еще раз
1. Основные понятия раздела «термохимия»
Термохимия - это раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций.
Закон Гесса является основным законом термохимии (1840 г.) логически вытекает из первого принципа термодинамики:
Тепловой эффект химической реакции системы не зависит от механизма протекания реакции, а зависит лишь от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции (при условии V=const; P=const).
Проиллюстрируем данное утверждение на примере.
Так, процесс образования оксида карбона (IV) может быть получен двумя способами.
Первый способ (прямое окисление графита):
Второй способ ( более сложный, состоит из двух стадий):
Первая стадия: окисление графита до оксида карбона (II)
,
Вторая стадия: окисление оксида карбона (II) до оксида карбона (IV)
Более наглядно графическое выражение этих процессов:
Рис.4
Поскольку внутренняя энергия является составляющей энтальпии, то абсолютное значение энтальпии системы (или какого-либо вещества),также как и абсолютное значение внутренняя энергии, неизвестно. Поэтому энтальпию вещества характеризуют стандартными энтальпиями образования и сгорания.
. Стандартная энтальпия образования
DН0298(обр) (стандартная энтальпия образования) - это теплота реакции образования сложного вещества из простых веществ (или элементов) при стандартных условиях. Например, стандартная энтальпия образования диоксида карбона (сложное вещество).
равняется 
изменении энтальпии образования 1 моль диоксида карбона из простых веществ карбона (С) и кислорода (О2) во время химического взаимодействия при стандартных условиях.
Ее определяют экспериментально и приводят в таблице (табл.2)
DН0обр простых веществ равно нулю (в устойчивых агрегатных состояниях).
Существуют четкие зависимости между значениями DН0обр,298 вещества и его устойчивостью. Если DН0обр,298< 0, то это вещество устойчивее, чем простые вещества, с которых оно образовалось. Если DН0обр,298> 0, то это вещество менее устойчивое, чем простые вещества, что образовали его.
Таблица 2.Стандартные термодинамические функции некоторых веществ при 298К:
Примечание. к- кристаллическое состояние, г- газовое состояние, ж-жидкое состояние.
Энтальпии многих реакций не поддаются экспериментальному определению, так как их проведение в лабораторных условиях невозможно. Например, в лабораторных условиях невозможно определить энтальпию образования этанола, так как его невозможно синтезировать из атомов С, Н, О. Энтальпии подобных реакций могут быть вычислены по известным энтальпиям других реакций с помощью одного из следствий закона Гесса.
. Следствия из закона Гесса
Тепловой эффект химической реакции может быть найден, как разность между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ, с учетом стехиометрических коэффициентов.
- величина - это работа расширения одного моля идеального газа при нагревании на один градус (P = const).Можно вычислить механический эквивалент тепла приравняв разность Cp - Cv, выраженную в тепловых единицах к работе расширения газа в механических единицах.
кал = 4,184 Дж.
Подобный расчет впервые был сделан в 1842 г. одним из основателей первого закона термодинамики Майером.
При постоянном давлении изменение объема идет:
1. За счет изменения температуры, если процесс физический
2.
За счет изменения числа молей, если процесс химический
Вывод:
В двух частных случаях (V = const, P = const) количество тепла сообщенное системе Q равно изменению внутренней энергии или изменению энтальпии. Таким образом, Qp и Qv являются функциями состояния системы.
Изотермический процесс. (T=const)
= nRT
,подставим это в интегральное выражение:
,по закону Бойля-Мариотта:
.Значит, QT = Aрасш.
Вывод:
Все тепло, переданное системе при T = const, идет на расширение, внутренняя энергия не изменяется: ΔU = const.
Адиабатический процесс (система полностью изолирована).
= 0
ΔQ = dU + δA
ΔA = -dU (dU = CVdT)
.можно внести под знак интеграла, т.к. для идеальных газов в некотором интервале температур от 40 до 500С можно считать постоянной.
= CV(T1 - T2).
- интегральная теплоемкость (т.е. всей системы). В расчетах часто используют молярную или удельную теплоемкость
.Тогда получим первый закон термодинамики для изотермического процесса:
Все эти процессы в чистом виде встречаются редко. На практике встречаются промежуточные процессы.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятий «химическая термодинамика», «термодинамическая система» и «внешняя среда».
2. Дайте определение понятий «изолированная система», «закрытая система», «открытая система».
. Дайте определение понятий «внутренняя энергия системы», «работа процесса», «теплота процесса».
. Сформулируйте первый закон термодинамики. Напишите математическое выражение первого закона термодинамики.
. Сформулируйте первый закон термодинамики для изохорного процесса (V = const).
. Сформулируйте первый закон термодинамики для изобарного процесса (Р=const).
. Какая связь существует между внутренней энергией и энтальпией системы? Единицы измерения этих величин.
. Следствием какого закона является первый закон термодинамики?
. Напишите первое математическое выражение закона Гесса.
. Напишите второе математическое выражение закона Гесса.
. Сформулируйте закон Гесса.
. Сформулируйте следствие из закона Гесса.
13. Чему равна энтальпия образования простого
вещества?. Определить, что есть стандартная энтальпия образования вещества
.. Какие формулировки первого закона термодинамики вы знаете?
Тема II. Термохимия
План
1. Основные понятия раздела «термохимия»
. Стандартная энтальпия образования
. Следствия из закона Гесса
. Повторим еще раз
1. Основные понятия раздела «термохимия»
Термохимия - это раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций.
Закон Гесса является основным законом термохимии (1840 г.) логически вытекает из первого принципа термодинамики:
Тепловой эффект химической реакции системы не зависит от механизма протекания реакции, а зависит лишь от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции (при условии V=const; P=const).
Проиллюстрируем данное утверждение на примере.
Так, процесс образования оксида карбона (IV) может быть получен двумя способами.
Первый способ (прямое окисление графита):
Второй способ ( более сложный, состоит из двух стадий):
Первая стадия: окисление графита до оксида карбона (II)
,Вторая стадия: окисление оксида карбона (II) до оксида карбона (IV)
Более наглядно графическое выражение этих процессов:
Рис.4
Поскольку внутренняя энергия является составляющей энтальпии, то абсолютное значение энтальпии системы (или какого-либо вещества),также как и абсолютное значение внутренняя энергии, неизвестно. Поэтому энтальпию вещества характеризуют стандартными энтальпиями образования и сгорания.
. Стандартная энтальпия образования
DН0298(обр) (стандартная энтальпия образования) - это теплота реакции образования сложного вещества из простых веществ (или элементов) при стандартных условиях. Например, стандартная энтальпия образования диоксида карбона (сложное вещество).
равняется изменении энтальпии образования 1 моль диоксида карбона из простых веществ карбона (С) и кислорода (О2) во время химического взаимодействия при стандартных условиях.
Ее определяют экспериментально и приводят в таблице (табл.2)
DН0обр простых веществ равно нулю (в устойчивых агрегатных состояниях).
Существуют четкие зависимости между значениями DН0обр,298 вещества и его устойчивостью. Если DН0обр,298< 0, то это вещество устойчивее, чем простые вещества, с которых оно образовалось. Если DН0обр,298> 0, то это вещество менее устойчивое, чем простые вещества, что образовали его.
| Формула оксидов IIВ группы | ZnO | CdO | HgO |
| DН0обр,298, кДж/моль | -350 | -260 | +90,9 |
| Устойчивость соединений против разложения | смещение устойчивости | ||
Таблица 2.Стандартные термодинамические функции некоторых веществ при 298К:
| Речовина | Фазовий стан |  кДж/моль кДж/моль Дж/(моль К) | | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| AI | к | 0 | 0 | 42,7 |
| AI2О3 | к | -1669,8 | -1582,0 | 50,9 |
| Al2(S04)3 | к | -3434 | -3091,9 | 239,2 |
| ВаО | к | -556,6 | -528,4 | 70,3 |
| ВаСОз | к | -1202,0 | -1138,8 | 112,1 |
| ВеО | к | -598,7 | -581,6 | 14,1 |
| ВеСОз | к | -981,6 | -944,8 | 199,4 |
| С(графит) | к | 0 | 0 | 5,7 |
| СаО | к | -635,5 | 604,2 | 39,7 |
| СаСО3 | к | -1207,0 | -1127,7 | 88,7 |
| Са (0H)2 | к | -986,2 | -896,76 | 83,4 |
| Са3 (P04)2 | г | -4125,0 | -3899,5 | 240,9 |
| СО | г | -110,5 | -137,3 | 197,9 |
| CO2 | г | -393,5 | -394,4 | 213,6 |
| СОСl2 | г | -220,3 | -266,9 | 283,9 |
| СН4 | г | -74,8 | -50,7 | 186,2 |
| С2Н6 | г | -82,9 | -32,9 | 229,5 |
| С6Н6 | ж | +49 | +124,5 | 173,2 |
| С2Н2 | г | +226,8 | +209,2 | 200,8 |
| С2Н4 | г | +52,3 | +68,1 | 219,4 |
| СН3ОН | ж | -238,7 | -166,3 | 126,8 |
| C2H5OH | ж | -227,6 | -174,8 | 160,7 |
| C2H5OH | г | -235,3 | - | - |
| С6Н12О6 | к | -1273,0 | -919,5 | - |
| СS2 | ж | +115,3 | +65,1 | 237,8 |
| Сl2 | г | 0 | 0 | 222,9 |
| Cu | к | 0 | 0 | 33,3 |
| CuO | к | -162,1 | -129,9 | 42,6 |
| Cu(NO3) 2 | к | -307,11 | -114,22 | 193,3 |
| Сг2О3 | к | -1141,0 | -1046,8 | 81,1 |
| Fe | к | 0 | 0 | 27,2 |
| FeO | к | -264,8 | -244,3 | 60,8 |
| Fe2O3 | к | -822,1 | -740,3 | 87,4 |
| Fe3O4 | к | -1117,1 | -1014,2 | 146,2 |
| H2 | г | 0 | 0 | 130,6 |
| H2O | г | -241,8 | -238,6 | 188,7 |
| H2O | ж | -285,8 | -237,2 | 69,9 |
| H2O2 | ж | -187,4 | -117,6 | 105,9 |
| HCl | г | -92,3 | -95,2 | 186,7 |
| H2S | г | -20,2 | -33,8 | 205,6 |
| H2SO4 | ж | -811,3 | -742,0 | 156,9 |
| Hg | к | 0 | 0 | 76,1 |
| Hg2Cl2 | к | -264,8 | -210,7 | 195,8 |
| HgCl2 | к | -230,1 | -185,8 | 144,4 |
| KCl | к | -435,9 | -408,0 | 82,6 |
| КНSO4 | к | -1158,1 | -1043,5 | 187,9 |
| К2SO4 | к | -1433,4 | -1316,4 | 175,7 |
| КNO3 | к | -492,7 | -393,1 | 133,0 |
| MgO | к | -601,2 | -569,6 | 26,9 |
| MgCO3 | к | -1096,2 | -1029,3 | 65,7 |
| N2 | г | 0 | 0 | 191,5 |
| NH3 | г | -46,2 | -16,7 | 192,5 |
| NH4NO3 | к | -365,4 | -183,8 | 151 |
| NH4Cl | к | -315,4 | -203,7 | 94,5 |
| NO | г | +90,4 | +86,7 | 210,2 |
| N2O | г | +81,6 | +103,6 | 220,0 |
| NO2 | г | +33,5 | +51,5 | 240,2 |
| N2O4 | г | +94,0 | +98,3 | 304,3 |
| N2O3 | г | +83,8 | +307,0 | 140,5 |
| NaH | к | -57,0 | - | - |
| NaOH | к | -469,5 | -377,0 | 64,2 |
| NaCl | к | -410,9 | -384 | 72,4 |
| NaF | к | - | -541,0 | - |
| Ni | к | 0 | 0 | 29,87 |
| NiO | к | -239,7 | -211,6 | 38,0 |
| O2 | г | 0 | 0 | 205,0 |
| PH3 | г | +5,4 | +13,4 | 210,23 |
| P2O5 | к | -1492,0 | -1348,8 | 114,5 |
| POCl3 | ж | -597,1 | -521,3 | 222,5 |
| PCl5 | г | -277 | -286,3 | 352,7 |
| PCl3 | г | -369,4 | -324,6 | 311,6 |
| Pb | к | 0 | 0 | 64,9 |
| PbO | к | -219,3 | -189,1 | 66,1 |
| PbO2 | к | -276,6 | -219 | 76,4 |
| PbCl2 | к | -359,8 | 82,6 | -408,0 |
| S(ромб) | к | 0 | 0 | 31,9 |
| SO2 | г | -296,9 | -300,2 | 248,1 |
| SO3 | г | -395,2 | -370,4 | 256,2 |
| Si | к | 0 | 0 | 18,8 |
| SiO2 | к | -910,9 | -856,7 | 41,8 |
| SnO2 | к | -580,8 | -519,65 | 52,3 |
| SrO | к | -590,4 | -559,8 | 54,4 |
| SrCO3 | к | -1221,3 | -1137,6 | 97,1 |
| Ti | к | 0 | 0 | 30,7 |
| TiO2 | к | -943,9 | -888,5 | 50,3 |
| Zn | к | 0 | 0 | 41,63 |
| ZnO | к | -350,6 | -320,7 | 43,6 |
Примечание. к- кристаллическое состояние, г- газовое состояние, ж-жидкое состояние.
Энтальпии многих реакций не поддаются экспериментальному определению, так как их проведение в лабораторных условиях невозможно. Например, в лабораторных условиях невозможно определить энтальпию образования этанола, так как его невозможно синтезировать из атомов С, Н, О. Энтальпии подобных реакций могут быть вычислены по известным энтальпиям других реакций с помощью одного из следствий закона Гесса.
. Следствия из закона Гесса
Тепловой эффект химической реакции может быть найден, как разность между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ, с учетом стехиометрических коэффициентов.
