Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
VIII. Энергетика химических процессов. Элементы химической термодинамики.↑ ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4 Содержание книги
Поиск на нашем сайте
Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии в виде тепла. Тепловой эффект зависит от природы исходных веществ и продуктов реакции, их агрегатного состояния и температуры. Термодинамика - наука о превращении одних форм энергии в другие на основе закона сохранения энергии. Химическая термодинамика устанавливает направление самопроизвольного протекания химических реакций при определенных условиях, используя изменения термодинамических величин: внутренней энергии вещества (системы) U, энтальпии Н, энтропии S, свободной энергии Гиббса G. Термохимия - раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты реакций. Тепловой эффект реакции, измеренный при постоянной температуре и давлении, называют энтальпией (H) реакции и выражают в джоулях (Дж) и килоджоулях (кДж). Реакции, идущие с выделением тепла, называются экзотермическими и для них ∆ H xp<0. Реакции, идущие с поглощением тепла, называются эндотермическими и для них ∆ H xp>0. Очевидно, что изменение энтальпии в химической реакции равно взятому с обратным знаком тепловому эффекту реакции при Р - const и T - const, т. е. ∆ H xp = - Q xp. Теплота образования (∆ Н °298) - количество теплоты, которое выделяется при образовании 1 моля соединения из простых веществ при стандартных условиях. Теплоты образования простых веществ (Н2, O2, Cl2) условно приняты равными нулю. В качестве стандартных условий выбраны T =298 К и Р =101,852 кПа (1 атм). Энтальпия образования зависит от агрегатного состояния вещества (газ, жидкость, кристалл), а ее значение характеризует стремление системы (вещества) к упорядочению, например, ∆ Н °298(H2Опар)=-241,8 кДж/моль, ∆ Н °298(H2Ожид) =-285б8 кДж/моль. В основе всех термодинамических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных и конечных веществ, но не зависит от пути перехода. Для термохимических расчетов обычно используют следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции (∆ H xp) равен сумме теплот образования (∆ H обр) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции: ∆ H xp = Σ∆ Н прод - Σ∆ Н исх. Для стандартных условий: ∆ H °298 хр = Σ∆ H °298 прод - Σ∆ H °298 исх. Энтропия (S) как функция состояния связана с числом равновероятных микроскопических состояний (W), которыми можно реализовать данное макро состояние системы, и выражается уравнением: S = k lg W, где k - коэффициент пропорциональности. Наименьшую энтропию имеют правильно построенные кристаллы. Возрастает энтропия для одного и того же вещества при переходе из кристаллического состояния в жидкое, но особенно при переходе от жидкого в газообразное. Энтропия определяет стремление системы к беспорядку и является мерой неупорядоченности системы. Изменения энтропии при протекании химических процессов рассчитываются по уравнению: S хр = Σ S прод - Σ S исх, или при стандартных условиях: ∆ S °298хр= Σ S °298прод - Σ S °298 исх. Для выяснения возможности самопроизвольного протекания химической реакции в ту или другую сторону необходимо учитывать две составляющие движущей силы реакции: стремление к порядку (∆ H °298 хр) и стремление к беспорядку (∆ S °298хр) при постоянных давлении и температуре. Общая движущая сила химической реакции определяется энергией Гиббса: ∆ G = ∆ Н - Т ∆ S. Энергия Гиббса, или изобарно-изотермический потенциал, также является функцией состояния системы и подчиняется следствию закона Гесса: ∆ G °298 хр = Σ∆ G °298 прод - Σ∆ G °298 исх. Самопроизвольно протекают процессы, если: ∆ G хр = Σ∆ G прод - Σ∆ G исх < 0. При состоянии равновесия ∆ G хр = 0, а ∆ Н хр = Т ∆ S xp. Пример. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии веществ вычислите ∆ G °298 реакции. Возможна ли эта реакция? Чем можно объяснить, что ∆ S xp < 0? NН3(г) + НСl(г) = NН4Сl(к) Решение. ∆ G °298 хр = ∆ H °298 хр - T ∆ S °298хр, где ∆ H °298 и S °298 - функции состояния. Поэтому ∆ H °298 хр = Σ∆ H °298 прод - Σ∆ H °298 исх, ∆ S °298хр= Σ S °298прод - Σ S °298 исх. Из таблицы стандартных теплот образования веществ и абсолютных энтропии образования веществ берем необходимые данные и рассчитываем: ∆ H °298 хр = -315,39 - (-46,19) - (-92,31) = -176,89 (кДж/моль), ∆ S °298хр = 94.5 - 192,5 - 186,68 = -284,68 (Дж/моль-К). ∆ G °298 хр = -176,89 - 298·(-0,28468) = -92,08 (кДж) Вывод: изменение ∆ G °298 хр < 0, следовательно, при стандартных, условиях эта реакция будет протекать самопроизвольно. Энтропия в процессе реакции уменьшается (∆ S °298хр < 0), так как из двух молей газообразных веществ (NH3(г) и НСl(г)), где возможность хаотического движения большая, получается 1 моль кристаллического веществ (NH4Cl(к)).
ЗАДАЧИ 1. Прямая или обратная реакция будут протекать при стандартных условиях в системе: СН4(г) + СО2(г) <=>2СО(г) + 2H2(г). Ответ дайте на основании изменения изобарно-изотермического потенциала. 2. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите изменение изобарно-изотермического потенциала при стандартных условиях реакции: C2Н4(г + 3О2(г) г) <=> 2СО2 (г) + 2H2О(г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? 3. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моля метана, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. 4. Предскажите и проверьте расчетами знак изменения энтропии в 'следующих случаях: а) СаСО3(г) = СаО(г) + СО2(г), б) NН3(г) + НСl(г) = NН4Сl(к), в) С(графит) + О2(г) = СО2(г). 5. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите изменение стандартного изобарно-изотермического потенциала реакции: NО(г) + 1/2О2(г) = NO2(г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? 6. Сколько теплоты выделится при сгорании 5 л метана при н.у. до образования паров воды и диоксида углерода при стандартных условиях? 7. Реакция горения метилового спирта: СH3ОН(жид) + 3/2О2(г) = СО2(г) + Н2О(жид), ∆ H °298 хр = -726,5 кДж. 8. Вычислите изменение энтропии и энтальпии образования 1 моля метана из водорода и углерода (графит). 9. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения ацетилена. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 литра ацетилена? C2H2(г) + 5/2О2 (г) = 2СО2(г) + Н2О(г). 10. Вычислите возможность протекания при стандартных условиях реакции: СО(г) + Н2О(жид) = СО2 (г) + H2 (г), ∆H°298 хр = -2,8 кДж. 11. Определить стандартную энтальпию (∆ H °298) образования РН3, исходя из уравнения: 2РН3(г) + 4О2 (г) = Р2О5(к) +3Н2О(ж), ∆ H ° = -2360 кДж. 12. Исходя из теплового эффекта реакции 3СаО(к) + Р2О5(к) = Са3(РО4)2(к), ∆ H ° = -739 кДж, определить ∆H°298 образования ортофосфата кальция. 13. Исходя из уравнения реакции СН3ОН(ж) + 3/2О2(г) = СО2 (г) + Н2О(ж), ∆ H ° = -726,5 кДж, вычислить ∆ H °298 образования метилового спирта 14. Рассчитать значения ∆ G °298 следующих реакций и установить, в каком направлении они могут протекать самопроизвольно в стандартных условиях при 25°С: а) NiО(к) + Рb(к) = Ni(к) + РbО(к); б) Рb(к) + СuО(к) = РbО(к) + Сu(к); в) 8Аl(к) + 3Fе3О4(к) = 9Fe(к) + 4AlО3(к). 15. Пользуясь справочными данными, показать, что в стандартных условиях при 25°С реакция Сu(к) + ZnО(к) = СuО(к) + Zn(к) невозможна. 16. Установить, протекание каких из нижеследующих реакций возможно в стандартных условиях при 25° С: а)N2(г) + 1/2О2(г) = N2О(г); б) 4НСl(г) + О2 (г) = 2Cl2(г) + 2Н2О(ж); в) Fе2О3(к) + 3СО(г) = 2Fe(к) + 3СО2(г).
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; просмотров: 288; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.135.184.124 (0.006 с.) |