Энергетика химических реакций
К важнейшим величинам , характеризующим химические системы, относятся внутрення энергия U, энтальпия Н, энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал) G. Все эти величины представляют собой функции состояния, т.е. зависят только от состояния системы, а не от способа, которым это состояние достигнуто. Протекание химической реакции сопровождается изменением внутренней энергии реагирующих систем. Если внутренняя энергия системы уменьшается (DU<0), то реакция протекает с выделением энергии (экзотермическая реакция). Если же внутренняя энергия системы возрастает (DU>0), то процесс сопровождается поглощением энергии из внешней среды (эндотермическая реакция). Если в результате протекания химической реакции система поглотила количество теплоты Q и совершила работу А, то изменение внутренней энергии определяется уравнением: DU = Q - A Согласно закону сохранения энергии, DU зависит от начального и конечного состояния системы, но не зависит от способа осуществления реакции. Если реакция протекает при постоянном объеме (DV=0, изохорный процесс), то работа расширения системы (А= Р* DV) равна нулю. Если при этом не совершаются и другие виды работ (например, электрическая), то DU=Qn, где Q n-тепловой эффект реакции, (т.е. количество поглощенной системой теплоты), протекающей при постоянном объеме. В случае экзотермической реакции тепловой эффект меньше нуля, а для эндотермической реакции тепловой эффект больше нуля. Для реакций, протекающих при постоянном давлении (изобарный процесс), можно записать уравнение: DН= DU + P* DV, т.е. изменение энтальпии равно сумме изменения внутренней энергии и совершенной работы расширения. Если при этом никакие другие виды работ не совершаются, то DН = Qр. Для экзотермической реакции тепловой эффект меньше нуля, а для эндотермической реакции - больше нуля. Стандартным состоянием вещества при данной температуре называется его состояние при давлении, равном атмосферному давлению (101,325 кПа = 760 мм рт.ст.). Условия, при которых все участвующие в реакции вещества находятся в стандартном состоянии, называются стандартными условиями протекания реакции. Отнесенные к стандартным условиям изменения соответствующих величин называются стандартными изменениями и их обозначения имеют верхний индекс 0. Стандартная энтальпия реакции образования 1 моля данного вещества из простых веществ называется стандартной энтальпией образования этого вещества, имеющeй размерность кДж/ моль. Химические реакции, в которых указаны изменения энтальпии (тепловые эффекты реакций ), называются термохимическими уравнениями. Например, уравнение: Рb О (к) + СО (г) = Рb (к) + СО2 (г) + 64 кДж Закон Гесса для термохимических расчетов: Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний участвующих в реакции веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. ПРИМЕР 1. Исходя из теплоты образования газообразного диоксида углерода (DНо= - 393,5 кДж/ моль ) и термохимического уравнения: С (графит)+2 N2 O (г) = СО2 (г)+2 N (г); DН = -557,5 кДж (1) Вычислить теплоту образования N О (г). Решение. Обозначив искомую величину через Х, запишем термохимическое уравнение образования N2 О из простых веществ: N (г) + 1/2 О (г) = N2 O (г); DН1 = Х кДж (2) Запишем также термохимическое уравнение образования СО (г) из простых веществ: С( графит) + О2 (г) = СО2 (г) ; DН = -393,5 кДж (3) Из уравнений (2) и (3) можно получить уравнение (1). Для этого умножим уравнение (2) на два и вычтем найденное уравнение из уравнения (3). Имеем: С(графит) + 2 N О (г) = СО (г) + 2N (г ); DН = ( - 393,5 - 2Х ) кДж . (4) Сравнивая уравнения (1) и (4), находим: -393,5 - 2Х = - 557,5, откуда Х= 82,0 кДж/ моль. ПРИМЕР 2. Определить знаки DН, DS, DG для реакции: АВ (к) + В (г) = АВ (к), протекающей при температуре 298 К в прямом направлении. Как будет изменяться значение DG с ростом температуры? Решение. Самопроизвольное протекание реакции указывает на то, что для нее DG < 0. В результате реакции общее число частиц в системе уменьшается, причем расходуется газ В , а образуется кристаллическое вещество АВ ; это означает, что система переходит в состояние с более высокой упорядоченностью, т.е. для рассматриваемой реакции DS < 0 . Таким образом, в уравнении DG = DН - Т× DS величина DG отрицательна, а второй член правой части уравнения (Т × DS) положителен. Это возможно только в том случае, если DН < 0. С ростом температуры положительное значение члена Т × DS в уравнении возрастает, так что величина DG будет становиться менее отрицательной. РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО ЗАДАЧИ 28-30
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (412)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |