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

Пример 2. Определение взаимосвязи между внутренней энергией и энтальпией термодинамических процессов

Читайте также:
  1. A) Необходимые соглашения об эффективной связи между различными звеньями сети, реализованные в виде библиотек процедур, соответствующих уровню обработки сообщения
  2. E. Организм контактирует с внутренними объектами — например, воспоминаниями, эротическими фантазиями, мысленными представлениями — субъективными образами.
  3. Excel. Технология работы с формулами на примере обработки экзаменационной ведомости
  4. http://www.islamrf.ru/news/w-news/world/32732 Международная правозащитная организация осудила Египет за контроль над интернетом
  5. I ОФИЦИАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГРОЗ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИИ
  6. I. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ЦЕЛИ
  7. I. По отношениям поземельным между помещиками
Помощь в написании учебных работ
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

1.Изменение внутренней энергии системы Fe(т) + Cl2(г) = FeCl2(т) равно -334,0 кДж. Определите тепловой эффект этой реакции при стандартных условиях.

Решение. Согласно первому закону термодинамики, тепловой эффект химической реакции при постоянной температуре ΔHT связан с изменением внутренней энергии системы ΔU уравнением ΔHT = ΔU ± RTΔn. В этом уравнении изменение количества вещества Δn определяется только по веществам, находящимся в наименее конденсированной фазе, в нашем случае – в газообразной фазе. Поскольку в продуктах реакции нет газообразных веществ, то Δn = 0 – 1моль(Cl2) = -1моль.

В стандартных условиях Т0 = 298 К, R = 8,31·10-3 кДж/моль·К. Подставив эти и найденное значения в уравнение для ΔH0Т, найдем тепловой эффект реакции синтеза железа (2) хлорида:

ΔH0х.р. = -334 кДж – (8,31·10-3 кДж/моль·К)·298 К·1 моль = -336,5 кДж.

Ответ: ΔH0х.р. = -336,5 кДж.

 

2.Вычислите изменение внутренней энергии при испарении 50г этилового спирта при температуре кипения, если удельная теплота испарения его равна 857,7 Дж/г, а удельный объем пара при температуре кипения равен 607·10-3 л/г. Объемом жидкости можно пренебречь.

Решение. Процесс испарения (переход жидкого вещества в газообразное состояние) является физическим, он происходит при постоянном давлении и постоянной температуре (если вещество химически чистое). Для такого процесса (происходящего, как правило, при постоянном давлении) связь между изменением полной ΔHP и внутренней ΔU энергии термодинамической системы, согласно первому закону термодинамики, подчиняется уравнению ΔHP = ΔU ± PΔV. Поскольку при этом объем системы увеличивается, то ΔV > 0 и уравнение упрощается: ΔHP = ΔU + PΔV.

Изменение объема системы ΔV будет равно объему образовавшегося пара, с учетом условия задачи. Если удельный объем газообразного спирта v при температуре кипения равен 607·10-3 л/г, то изменение объема при парообразовании 50 г спирта легко вычислить по уравнению ΔV=v·m; ΔV = 607·10-3(л/г)·50(г) = 3035·10-2(л) = 30,35 л.

Энтальпийный эффект ΔH0 при фазовом переходе в стандартных условиях определяется по формуле ΔH0=L·m, где L – удельная теплота парообразования. Подставив значения из условия задачи, произведём соответствующие расчеты ΔH0:

ΔH0= 857,7(Дж/г)·50(г) = 42885 Дж = 42885кПа·л.

Преобразовав термодинамическое уравнение для ΔH0 относительно ΔU0, и решив его, получим: ΔU0 = ΔH0 - PΔV; ΔU0 = 42885кПа·л – 101кПа·30,35л = 39820кПа·л = 39820Дж = 39,82кДж.

Ответ: внутренняя энергия термодинамической системы увеличилась на 39,82кДж.

 

3. Вычислите тепловой эффект и изменение внутренней энергии реакционной системы при восстановлении оксида железа (2) водородом, если известны тепловые эффекты следующих реакций: FeO(т) + CO(г) = Fe(т) + CO2(г), ΔH1 = - 13,18 кДж; (1)

СО(г) + ½О2(г) = СО2(г), ΔH2 = -283,00 кДж; (2)

Н2(г) + ½О2(г) = Н2О(г), ΔH3 = -241,83 кДж (3).

Решение. Согласно закону Гесса, для получения нужного уравнения реакции можно производить арифметические действия с данными в задаче уравнениями. То же можно совершать и с тепловыми эффектами.

Следовательно, чтобы получить уравнение

FeO(т) + Н2(г) = Fe(т) + Н2О(г), ΔH = Х кДж,

нужно суммировать уравнения (1) и (3) и вычесть из этой суммы уравнение (2). То же действие мы совершаем и с тепловыми эффектами. Тогда тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (2) водородом определится по формуле:

ΔH = ΔH1 + ΔH3 - ΔH2.

Подставив в эту формулу известные значения и произведя расчеты, получим:

ΔH = - 13,18 кДж + (-241,83 кДж) – (-283,00 кДж) = 27,99кДж.

Для определения изменения внутренней энергии системы при заданном процессе применим первый закон термодинамики ΔH = ΔU ± RTΔn. Расчет изменения количества вещества газообразных продуктов после (Н2О) и до (Н2) реакции показывают, что Δn = 0. Тогда уравнение, связывающее ΔU и ΔH упрощается: ΔH = ΔU. А это означает, что процесс восстановления является эндотермическим и при этом внутренняя энергия системы увеличивается на 27,99 кДж.

Ответ: ΔH = ΔU = 27,99 кДж.

 

4.Внутренняя энергия при испарении 90 г воды при 1000 С возросла на 188,1 кДж. Удельный объем водяного пара равен 1,699 л/г, давление 1,01·105 Па. Определите теплоту парообразования воды (кДж/моль).

Решение. Для процесса парообразования

Н2О(ж) <=> Н2О(г), ΔH = Х кДж/моль,

связь между теплотой парообразования ΔH и изменением внутренней энергии ΔU системы при постоянном давлении (Р = Const) выражается уравнением ΔH = ΔU ± PΔV, где ΔV = VН2О(г) – VН2О(ж) > 0, т.к. VН2О(г)> VН2О(ж). С учетом этого вывода, уравнение упростится: ΔH = ΔU + PΔV.

Зная удельный объём водяного пара при заданных условиях (v) и массу воды (m) найдем: VН2О(г) = vm; VН2О(г) = 1,699(л/г)·90(г) = 152,91 л. Поскольку плотность жидкой воды также известна (ρН2О(ж) = 1·10-3г/л), найдем объем жидкой воды по формуле

VН2О(ж) = ρm и VН2О(ж) = 1·10-3(г/л)·90(г) = 0,09 л.

С учетом этих величин, изменение объема при испарении 90 г воды ΔV составит:

ΔV = 152,91л – 0,09л = 152,82л.

Подставив найденное значение ΔV, а также данные условия задачи в выражение для ΔH определим теплоту испарения 90г воды:

ΔHP = 188,1 кДж + 1,01·105(10-3 кПа)·152,82(10-3 м3) = 188,1 кДж + 15,43 кДж = 203,53 кДж.

В расчете на 1 моль образующегося пара эта величина составит: ΔH = ΔHP·M/m, где М – молярная масса воды. Тогда ΔH = = 40,71 кДж/моль.

Ответ: Теплота парообразования воды при температуре её кипения составляет 40,71 кДж/моль.

 

5.Растворение 130 г металлического цинка в разбавленной серной кислоте при 200С сопровождается выделением 286,2 кДж энергии. Выделяющийся при этом газообразный водород совершает работу против внешнего давления. Определите изменение внутренней энергии этого процесса.

Решение. Для химической реакции Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

связь между тепловым эффектом процесса (ΔH) и изменением внутренней энергии системы (ΔU) подчиняется уравнению первого закона термодинамики ΔH = ΔU ± RTΔn. Поскольку в этом процессе работа совершается над окружающей средой, значит, внутренняя энергия системы уменьшается, т.е.

ΔH = ΔU – RTΔn или ΔU = ΔH + RTΔn.

В этом уравнении Δn соответствует количеству вещества выделившегося газообразного водорода nН2, определяемого по количеству вещества вступившего в реакцию с кислотой металлического цинка nZn. И тогда nН2 = nZn = mZn/MZn, где m и M – масса и молярная масса цинка, соответственно. Произведя расчеты, получим:

nН2 = 130(г)/65(г/моль) = 2моль. Следовательно, Δn = 2 моль.

Теперь рассчитаем изменение внутренней энергии процесса, помня о том, что в экзотермических процессах ΔH < 0, т.е. ΔH = -286,2 кДж; Т = 273 + 20 = 293 К;

R = 8,31·10-3 кДж/моль·К. И тогда:

ΔU = -286,2 кДж + 8,31·10-3(кДж/моль·К)·293 К·2 моль = -281,3 кДж.

Ответ: во время реакции внутренняя энергия системы уменьшится на 281,3 кДж.


Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 853 | Нарушение авторских прав


 

 

<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Пример 1. Вычисление энтальпий образования веществ и тепловых эффектов химических процессов| И температурой

mybiblioteka.su - 2015-2022 год. (0.018 сек.)