Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теоретическая часть. Химические реакции обычно протекают либо при постоянном давлении и тогда процесс

Читайте также:
  1. Cтраховая часть трудовой пенсии по старости военнослужащим
  2. I Общая часть производственной практики 1 страница
  3. I Общая часть производственной практики 2 страница
  4. I Общая часть производственной практики 3 страница
  5. I Общая часть производственной практики 4 страница
  6. I. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
  7. I. Часть. Приёмка состава без подачи на него высокого напряжения 825В.

Химические реакции обычно протекают либо при постоянном давлении и тогда процесс называется изобарным, либо при постоянном объеме и тогда процесс называется изохорным.

При переходе системы из одного состояния в другое состояние она может как производить работу (или над нею может совершаться работа) так и принимать участие в теплообмене с окружающей средой (выделять или поглощать теплоту), т. е. в любом процессе соблюдается закон сохранения энергии:

q = D U + W, (1)

где q – количество сообщенной системе теплоты; D U = U2 – U1 – приращение внутренней энергии; W – суммарная работа, совершенная системой.

Внутренняя энергия (U) - совокупность всех видов энергии частиц в системе. Она является частью полной энергии системы. Как любое термодинамическое свойство системы, внутренняя энергия является функцией состояния системы.

Если для химических реакций рассматривать только один вид работы – элементарную работу, совершенную системой против внешнего давления (работа расширения) - PDV,то

для бесконечно малых элементарных процессов уравнение (1) принимает вид:

d q = dU + PdV (2)

Уравнения (1) и (2)являются математическим выражением первого закона термодинамики.

Если протекает изохорный процесс, то объем системы остается постоянным dV = 0 и работа расширения системы будет dW = PdV = 0. При этих условиях первый закон термодинамики приобретает вид:

d qV = dU и qV = U2 – U1 = D U (3)

 

Следовательно, при изохорном процессе вся теплота, подведенная к системе, тратится на увеличение внутренней энергии. Кроме того, как видно из уравнений (3), при данных условиях теплота qV приобретает свойства функции состояния, т.е. не зависит от пути процесса.

Если протекает изобарный процесс и единственным видом работы является работа расширения системы, то первый закон принимает вид:

dqр = dU + PdV и qр = D U + P D V (4)

С учетом того, что D U = U2 – U1 и D V = V 2 -V 1 уравнение (4)будет:

qр = U2 – U1 + Р (V 2 –V) = (U2 + РV 2) – (U1 + РV 1) (5)

Сумма (U + РV) называется энтальпией системы и обозначается Н: Н = U + РV.

Подставляя энтальпию (Н) в уравнение (5), получим

qр = Н2 – Н1 = D Н (6).

Энтальпия Н = U + РV является функцией состояния и ее изменение в процессе не зависит от пути протекания процесса, а лишь от конечного и начального состояний системы.

Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. В термохимии тепло, поглощенное или выделившееся в результате реакции при постоянной температуре, называется тепловым эффектом химической реакции (Q Т). Реакции, идущие с поглощением тепла, называются эндотермические: - Q Т = q.

Химические реакции в основном протекают в изобарно-изотермических условиях и поскольку qр = D r Н, следовательно, для эндотермических реакций: - Q р,Т = D rН, т.е. энтальпия процесса D rН˃ 0 (r – reaction- реакция).

Реакции, идущие с выделением тепла, называются экзотермические: Q р,Т = -q = -D rН, следовательно, энтальпия процесса D Н˂ 0.

Уравнения химических реакций, в которых указаны их тепловые эффекты и агрегатные состояния всех веществ, называются термохимическими уравнениями, например:

С6Н6,ж + 7,5О2,г = 6СО2,Г + 3Н2Ож + 3267,7 кДж/моль С6Н6,ж.

Для того, чтобы тепловой эффект реакции был выражен в кДж/моль одного из компонентов реакции, в термохимических уравнениях допускаются дробные коэффициенты.

Тепловые эффекты химических реакций и фазовых переходов подчиняются закону Гесса: тепловой эффект процесса, протекающего в условиях р,Т = const или V,Т = const не зависит от пути его протекания, а определяется природой и физическим состоянием исходных веществ и продуктов реакции.

Для сравнения тепловых эффектов введено понятие стандартного состояния вещества, что отвечает нахождению твердых и жидких веществ в идеальном состоянии при относительном атмосферном давлении, равном 1, газообразных веществ в виде идеальных газов с относительным парциальным давлением, равным 1, растворов – в виде идеальных растворов с концентрацией 1 моль/л.

D fHi0 - стандартная энтальпия образования i - вещества (f – formation – образование) - это тепловой эффект (энтальпия) реакции образования 1 моля вещества из простых веществ, находящихся в стандартном состоянии. Стандартные энтальпии образования табулированы и, как правило, отнесены к 298,150С (D f Н 0i,298 ).

Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартном состоянии, то тепловой эффект реакции называется стандартной энтальпией реакции D rH0T и рассчитывается по уравнению:

Δ rН 0 T = ∑ν i Δ fНi 0 продуктов - ∑ν j Δ fНj 0исх. веществ, (6)

где ν i,j стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Пример: Рассчитать при Т = 298 К стандартную энтальпию реакции

Na2Oк + H2Oж = 2NaOHк.

Решение: Δ rН 0298 = 2Δ fН 0NaOH - (Δ fН 0N2O + Δ fН 0H2O) = 2∙(-426,60) – ((-430,60) + (-285,84)) = -136,76 кДж.

Зависимость энтальпии реакции от температуры в области (298 – Т), в которой нет фазовых превращений, выражается уравнением Кирхгофа:

Δ rН 0T = Δ rН 0298 + (7),

где ∆ rСp о - изменение стандартной теплоемкости системы в ходе реакции.

Если пренебречь температурной зависимостью теплоемкости всех веществ и считать, что Δ 0 р = const, то уравнение (7) принимает вид:

Δ rН 0T = Δ rН 0298 + Δ 0 р (Т – 298) (8),

где ∆ rСp о рассчитывается по справочным данным по формуле:

Δ 0 р = ∑ν iСp о i продуктов - ∑ν j Сp о j исх. веществ (9).

Для многих реакций температурная зависимость энтальпии реакции незначительна и можно считать, что ∆ rСp о = 0 и тогда Δ rН 0T = Δ rН 0298 (10).


Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 72 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Терминирование ВОК.| Расчетная часть

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.007 сек.)