Термохимия. Изобарические, изохорические и изотермические процессы. Энтропия
Download 0.99 Mb. Pdf ko'rish
|
умарелло
|
Термохимия. Изобарические, изохорические и изотермические процессы. Энтропия . ВЫПОЛНИЛ:АБДУРАШИДОВ УМАР ГРУППА:13-22 ПРОВЕРИЛ(А): 1. ТЕРМОХИМИЯ. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ЗАКОН ГЕССА. 2. Т Е Р М О Х И М И Я ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ 3. ТЕРМОХИМИЯ И ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 4. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ Термохимия. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса. ЧТО ТАКОЕ ТЕРМОХИМИЯ? ЧТО ОНА ИЗУЧАЕТ? КАКОЙ ЗАКОН ТЕРМОХИМИИ НАЗЫВАЕТСЯ ОСНОВНЫМ? КАКОВЫ СЛЕДСТВИЯ ИЗ НЕГО? ДАЙТЕ ФОРМУЛИРОВКИ И ПРИВЕДИТЕ ПРИМЕРЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ПРАКТИКЕ. ТЕРМОХИМИЯ - РАЗДЕЛ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ, ИЗУЧАЮЩИЙ ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ. ТЕПЛОТА РАВНАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ ФУНКЦИЯМ СОСТОЯНИЯ САМА ЯВЛЯЕТСЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ФУНКЦИЕЙ СОСТОЯНИЯ И, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, НЕ ЗАВИСИТ ОТ ПУТИ ПРОЦЕССА, А ЗАВИСИТ ТОЛЬКО ОТ НАЧАЛЬНОГО И КОНЕЧНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ. ЭТОТ ЗАКОН БЫЛ УСТАНОВЛЕН В 1841 Г. РУССКИМ АКАД. Г.И. ГЕССОМ. ЗАКОН ГЕССА — ОСНОВНОЙ ЗАКОН ТЕРМОХИМИИ, КОТОРЫЙ ФОРМУЛИРУЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ: ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ, ПРОВОДИМОЙ В ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ИЛИ ИЗОХОРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ, ЗАВИСИТ ТОЛЬКО ОТ ВИДА И СОСТОЯНИЯ ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ И НЕ ЗАВИСИТ ОТ ПУТИ ЕЁ ПРОТЕКАНИЯ. А)ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ПРЯМОЙ РЕАКЦИИ РАВЕН ПО ВЕЛИЧИНЕ И ПРОТИВОПОЛОЖЕН ПО ЗНАКУ ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ ОБРАТНОЙ РЕАКЦИИ (ЗАКОН ЛАВУАЗЬЕ — ЛАПЛАСА). Б)ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ РАВЕН РАЗНОСТИ СУММ ТЕПЛОТ ОБРАЗОВАНИЯ (ΔH F ) ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ И ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ, УМНОЖЕННЫХ НА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ (Ν): Т Е Р М О Х И М И Я ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРОТЕКАЮТ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ИЛИ С ПОГЛОЩЕНИЕМ ЭНЕРГИИ ( ОБЫЧНО В ВИДЕ ТЕПЛОТЫ). ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ ПОКАЗЫВАЕТ, ЧТО ЭТИ ВЕЩЕСТВА ЕЩЕ ДО РЕАКЦИИ В СКРЫТОЙ ФОРМЕ ОБЛАДАЛИ ОПРЕДЕЛЕННОЙ ЭНЕРГИЕЙ. ТАКАЯ ФОРМА ЭНЕРГИИ, СКРЫТАЯ В ВЕЩЕСТВАХ И ЧАСТИЧНО ОСВОБОЖДАЮЩАЯСЯ ПРИ ХИМИЧЕСКИХ И НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРА, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЖИДКОСТИ), НАЗЫВАЕТСЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИЕЙ ВЕЩЕСТВА. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ U ВЕЩЕСТВА (ИЛИ СИСТЕМЫ) — ЭТО КИНЕТИЧЕСКАЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЧАСТИЦ. ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ ∆U ПРИ ТОМ ИЛИ ИНОМ ПРОЦЕССЕ МОЖНО ОПРЕДЕЛЯТЬ. ПУСТЬ К СИСТЕМЕ ПОДВОДИТСЯ ТЕПЛОТА, В РЕЗУЛЬТАТЕ ЧЕГО ОНА ПЕРЕХОДИТ ИЗ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ 1 В КОНЕЧНОЕ СОСТОЯНИЕ 2, СОВЕРШАЯ ПРИ ЭТОМ РАБОТУ W1-2 ЗНАЧИТ, ПОДВЕДЕННАЯ ТЕПЛОТА ИЗРАСХОДОВАНА НА ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ И РАБОТУ ПРОТИВ ВНЕШНИХ СИЛ: ∆Q1-2 = ∆U1-2 + W1-2 ГДЕ ∆Q1-2 — КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ; ∆U1-2 — ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ; W1-2 — РАБОТА ПРОТИВ ВНЕШНИХ СИЛ. ЭТО УРАВНЕНИЕ ВЫРАЖАЕТ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ (I НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ), СОГЛАСНО КОТОРОМУ ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ НЕ ЗАВИСИТ ОТ СПОСОБА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА, А ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ТОЛЬКО НАЧАЛЬНЫМ И КОНЕЧНЫМ СОСТОЯНИЯМИ СИСТЕМЫ. КАКАЯ ЧАСТЬ ЭНЕРГИИ ПОЙДЕТ НА СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ, А КАКАЯ ПРЕВРАТИТСЯ В ТЕПЛОТУ — ЗАВИСИТ ОТ СПОСОБА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА: СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАБОТОЙ И ТЕПЛОТОЙ МОЖЕТ БЫТЬ РАЗЛИЧНЫМ. БУДЕМ УЧИТЫВАТЬ ТОЛЬКО РАБОТУ ГАЗА ПРОТИВ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ (РАСШИРЕНИЯ ГАЗА) КАК НАИБОЛЕЕ ЧАСТО ВСТРЕЧАЮЩУЮСЯ ПРИ ПРОТЕКАНИИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ РАВЕНСТВОМ P(V2-V1) ЕСЛИ ОБЪЕМ СИСТЕМЫ ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННЫМ (ГЕРМЕТИЧНО ЗАКРЫТЫЙ СОСУД), ТО ПРОЦЕСС НАЗЫВАЕТСЯ ИЗОХОРНЫМ. В ХОДЕ ПРОЦЕССА НЕ ПРОИЗВОДИТСЯ РАБОТА РАСШИРЕНИЯ ПРОТИВ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ, ТОГДА ∆QV = ∆U, ГДЕ ∆QV — ТЕПЛОТА, ПОГЛОЩЕННАЯ СИСТЕМОЙ В ИЗОХОРНОМ ПРОЦЕССЕ. ВСЯ ПОДВОДИМАЯ (ИЛИ ОТВОДИМАЯ) ТЕПЛОТА ИДЕТ НА ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ. ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ТЕМПЕРАТУРА СИСТЕМЫ ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ, ЗНАЧИТ, ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ НЕ ПРОИСХОДИТ. ТОГДА ВСЯ ПОДВОДИМАЯ ТЕПЛОТА В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ИДЕТ НА СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ РАСШИРЕНИЯ ГАЗА. Термохимия и основы термодинамики ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ - ОБЩИЙ ЗАПАС ЭНЕРГИИ, СЛАГАЮЩИЙСЯ ИЗ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ЕКИН) ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ СИСТЕМЫ И ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ (ЕПОТ) ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. ОПРЕДЕЛЯЮТ ИЗМЕНЕНИЕ ∆U , КОТОРОЕ ПРОИСХОДИТ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБМЕНА СИСТЕМЫ ЭНЕРГИЕЙ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ. ПРОЦЕССЫ БЫВАЮТ ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ , ИЗОХОРНЫЕ, И ИЗОБАРНЫЕ. ПОЛУЧЕННАЯ СИСТЕМОЙ ЭНЕРГИЯ РАСХОДУЕТСЯ НА УВЕЛИЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ И НА СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ (ПНТ). ФУНКЦИЯ Н НАЗЫВАЕТСЯ ЭНТАЛЬПИЕЙ, ОНА БОЛЬШЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ НА ВЕЛИЧИНУ СОВЕРШЕННОЙ РАБОТЫ ПО РАСШИРЕНИЮ H = U + P. V. ДЛЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ, ИЗМЕНЕНИЕ Н ЭКВИВАЛЕНТНО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ: H = U + P V = QP. СТАНДАРТНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ F. HТ 0 РАВНА ИЗМЕНЕНИЮ ЭНТАЛЬПИИ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ 1 МОЛЬ ЭТОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ Р=101, 3 К. ПА И ОПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ИЗ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ, НАХОДЯЩИХСЯ В СТАНДАРТНОМ СОСТОЯНИИ. СТАНДАРТНЫЕ УСЛОВИЯ: (298 К; 1, 013 ·105 ПА) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ. ЗАКОН ГЕССА ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ НЕ ЗАВИСИТ ОТ ПУТИ ЕЕ ПРОТЕКАНИЯ И ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ТОЛЬКО НАЧАЛЬНЫМ И КОНЕЧНЫМ СОСТОЯНИЯМИ СИСТЕМЫ. СЛЕДСТВИЯ: 1. НПР=- НОБР 2. Н 0298 = ∑ F. Н 0298(ПР-В) - ∑ F. Н 0298(И. В. ) C (ГРАФИТ) + ½ О 2 (Г) СО (Г) Н 2 = ? СО(Г) + ½ О 2(Г) СО 2(Г) ; Н 3 = - 285, 5 К. ДЖ/МОЛЬ С(ГРАФИТ) + О 2(Г) СО 2 (Г) НАЧАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ С (ГРАФИТ) + О 2 (Г) СО 2 (Г) КОНЕЧНОЕ , Н Н 2 Н 3 СО(Г) + ½ О 2 (Г) ПО ЗАКОНУ ГЕССА: Н 1 = Н 2 + Н 3 ОПРЕДЕЛЯЕМ ЗНАЧЕНИЯ Н 2, КОТОРОЕ НЕ ИЗМЕРЯЕТСЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО: Н 2 = Н 1 - Н 3 = = - 396 – (- 285, 5) = -110, 5 К. ДЖ/МОЛЬ ЭНЕРГЕТИКА И НАПРАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭНТРОПИЯ МЕРА НЕУПОРЯДОЧЕННОСТИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ. СВЯЗАНА С ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ РЕАЛИЗАЦИИ ДАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА СООТНОШЕНИЕМ S= KLG. W, ГДЕ K – ПОСТОЯННАЯ БОЛЬЦМАНА; W ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ, Т. Е. ЧИСЛО ВОЗМОЖНЫХ МИКРОСОСТОЯНИЙ, ОТВЕЧАЮЩИХ ДАННОМУ МАКРОСОСТОЯНИЮ ВЕЩЕСТВА. МИКРОСОСТОЯНИЕ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПАРАМЕТРАМИ ОТДЕЛЬНОЙ ЧАСТИЦЫ, МАКРОСОСТОЯНИЕ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ УСРЕДНЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ВСЕЙ СОВОКУПНОСТИ ЧАСТИЦ. Химическая кинетика и равновесие ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ МОГУТ ПРОТЕКАТЬ В ОДНОРОДН ОЙ ФАЗЕ (ГОМОГЕННЫЕ): HCL + NA. OH = NA. CL + H 2 O И НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ (ГЕТЕРОГЕННЫЕ) : ZN + 2 HCL = H 2 + ZN. CL 2 СКОРОСТЬ ГЕТЕРОГЕННОЙ РЕАКЦИИ - ЭТО ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА, ВСТУПАЮЩЕГО В Р ЕАКЦИЮ ( ИЛИ ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ) ЗА ЕДИНИЦУ ВРЕМЕН И НА ЕДИНИЦЕ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ: VГЕТЕР = ± ∆ N / (∆ S) (1) ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА, ВСТУПАЮЩЕГО В РЕАКЦИЮ ( ИЛИ ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ) ЗА ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ В ЕДИНИЦЕ ОБЪЕМА СИСТЕМЫ: VГОМ. = ± ∆N / (∆ V) (2) С = ∆N/V (С- МОЛЯРНАЯ КОНЦ-Я), VГОМ. = ± ∆С / ∆ (3) СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ ЗАВИСИТ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ: -ПРИРОДА РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ; - КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГЕНТОВ; -ТЕМПЕРАТУРА; - ПРИСУТСТВИЕ КАТАЛИЗАТОРА. КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ В КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ НЕ ВХОДЯТ. ДЛЯ ГЕТЕРОГЕННОЙ РЕАКЦИИ WO 3(ТВ) + 3 H 2 (Г) W(ТВ) + 3 H 2 O(Г) КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ИМЕЕТ ВИД: V=K CH 23 РЕАКЦИИ КЛАССИФИЦИРУЮТСЯ ПО ДВУМ ПАРАМЕТРАМ: ПО МОЛЕКУЛЯРНОСТИ И ПО ПОРЯДКУ РЕАКЦИИ. МОЛЕКУЛЯРНОСТЬ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЧИСЛОМ МОЛЕКУЛ, ОДНОВРЕМЕННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ КОТОРЫХ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ХИМИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ. БЫВАЮТ МОНО-, БИ-, ТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ. ВЕРОЯТНОСТЬ ОДНОВРЕМЕННОГО СТОЛКНОВЕНИЯ ТРЕХ МОЛЕКУЛ ОЧЕНЬ МАЛА ТАКИЕ РЕАКЦИИ ПРОТЕКАЮТ БОЛЕЕ СЛОЖНЫМ ПУТЕМ – ЧЕРЕЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИЛИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СТАДИИ. МОНОМОЛЕКУЛЯРНАЯ РЕАКЦИЯ : I 2 2 I, V = K CI 2 БИМОЛЕКУЛЯРНАЯ РЕАКЦИЯ: H 2 +I 2 2 HI V=K CI 2 CH 2 ИЛИ 2 HI H 2 +I 2 V = K CHI 2 ТРИМОЛ ЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ: 2 NO +O 2 2 NO 2 V=K CNO 2 CO 2 ПОРЯДОК РЕАКЦИИ ПО КОМПОНЕНТУ – ЭТО СТЕПЕНЬ, В КОТОРОЙ С ВЕЩЕСТВА ВХОДИТ В КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ. А. А + B. В С. С +D. Д, V = K C АА. C ВB. ОБЩИЙ ПОРЯДОК - N =А+B , ПОРЯДОК ПО А РАВЕН А, ПО В – B. РЕАКЦИИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА РЕАКЦИИ ПЕРВОГО, ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА. ДЛЯ ПРОСТЫХ РЕАКЦИИ ПОРЯДОК РЕАКЦИИ И МОЛЕКУЛЯРНОСТЬ СОВПАДАЮТ. ДЛЯ МНОГОСТАДИЙНЫХ ПРОЦЕССОВ - НЕТ. СКОРОСТЬ ВСЕГО ПРОЦЕССА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ НАИМЕНЬШЕЙ V, С КОТОРОЙ ПРОТЕКАЕТ ОДНА ИЗ СТАДИЙ. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ. ПРАВИЛО ВАНТ-ГОФФА : ПРИ ПОВЫШЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ НА 10 С СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ В 2 -4 РАЗА. - ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, ПОКАЗЫВАЕТ ВО СКОЛЬКО РАЗ ИЗМЕНЯЕТСЯ V ПРИ ИЗМЕНЕНИИ T НА 10 С, ОБЩЕЕ ЧИСЛО СТОЛКНОВЕНИЙ МОЛЕКУЛ ПРИ РОСТЕ T НА 10 ВОЗРАСТАЕТ ЛИШЬ В 1, 6 РАЗА, А ЧИСЛО ПРОРЕАГИРОВАВШИХ ВОЗРАСТАЕТ НА 200 - 400%. С. АРРЕНИУС - УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ЧИСЛО АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ, СТОЛКНОВЕНИЕ Download 0.99 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|