Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Основные теоретические положения

Учебное пособие | Химическая посуда и ее предназначение | Основные теоретические положения | Порядок выполнения работы | Экспериментальные и расчетные данные | Давление насыщенного водяного пара | Основные теоретические положения | Химические свойства кислот | Получение и свойства кислот | Для процесса нейтрализации |


Читайте также:
  1. I ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
  2. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  3. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  4. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
  5. I. Основные положения
  6. I. Положения борцов
  7. II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Энергетические эффекты, которыми сопровождаются химические реакции и другие физико-химические процессы, входят в круг задач, изучаемых термодинамикой. Объектом изучения в термодинамикеявляется система тело или группа тел,мысленно (или фактически)обособляемых от окружающей сре­ды. Любая системаобладает оп­ределенным запасом энергии,которая называется внутренней энергией U.

Внутренняя энергия системы складывается из суммы потенциальной энергии взаимодействия всех частиц системы между собой и кинетической энергии движения этих частиц. Абсолютное значение внутренней энергии системы определить достаточно сложно, поэтому пользуются величиной из­менения внутренней энергииD U. Величина D U не зависит от способа пере­хода системы изодного состояния в другое и определяется как разность между значениями внутренней энергиисистемы в конечном и начальном состояниях.

Изменение внутренней энергии в каком-либо процессе связано с об­меном энергией в форме теплоты q и работы А между системой и внешней средой. Теплота q – это мера энергии, передаваемая от одного тела к другому за счет разницы температур путем теплопроводности или излуче­ния. Работа А представляет собой ту энергию, которая передается от те­ла к телу за счет перемещения массы под действием силы. Единица изме­рения U, А и q в системе СИ – Джоуль (Дж). Поскольку значения данных ве­личин зависятот количества вещества в системе, их принято относить к единице количества вещества – Дж/моль. Используется также кратная единица – кДж/моль.

Количественную связьмежду D U, А и q устанавливает первый закон термодинамики:при любом процессе приращение внутренней энергии D U системы рав­но количеству сообщенной системе теплоты q минус работа А, совершаемая системой:

 

D U = q – А. (5)

 

Если химический процесс протекает при постоянном давлении (P = const, например, в открытой колбе), а система может совершать только работу расширения, которая равна

 

А = Р × D V,

 

то выра­жение (5) принимает вид

qР = D U + Р × D V. (6)

 

Величина D V = V 2 – V 1, а D U = U 2 – U 1, тогда формула (6) примет вид

qР = (U 2 + Р × V 2) (U 1 + Р × V 1).

 

Сумма U + P × V = H называется энтальпией системы.

Энтальпия Н – это энергия системы, включающая внутреннюю энергию иработу расширения. Единица измерения Н в системе СИ – Дж/моль. Аналогично D U величина приращения энтальпии D Н вычисляется по формуле

 

D H = H к – H н,

 

тогда первый закон термодинамики для изобарического процесса при­мет вид

 

qР = D Н. (7)

 

Формула (7) означает, что теплота, сообщенная системе при постоянном давлении, расходуется на приращение энтальпии системы.

Тепловым эффектом Q какого-либо процесса называют количество теп­лоты, которое поглощается или выделяется при полном необратимом проте­кании процесса при условии, что давление и температура (или объем и температура) не изменяются. Тепловой эффект Q и термодинамическая теп­лота q связаны между собой соотношением

 

Q =q.

 

Сравнивая это выражение с уравнением (7), можно заключить, что тепловой эффект какого-либо процесса, измеренный при постоянном давле­нии и температуре (QР), равен изменению энтальпии процесса, который берется с обратным знаком:

 

QР = – D Н. (8)

 

Если в результате процесса теплота выделяется (QР > 0 или D Н < 0), то реакцию называют экзотермической. И наоборот, если в результате про­цесса теплота поглощается (QР < 0 или
D Н > 0), то реакция эндотермичес­кая.

Основным законом термохимии (раздела химии, изучающего тепловые эф­фекты химических реакций и других процессов) является закон Гесса (1840), который гласит: тепловой эффект химической реакции не зависит от характера и последовательности отдельных ее стадий и определяется лишь природой и физическим состоянием исходных веществ и продуктов реакции.

Величина D Н зависит от температуры. Для сравнения D Н различных процессов их значения приведены к стандартным условиям(ст.у.): Р = 101 325 Па, Т =298,15 К. Изменение энтальпии в стандартных условиях обозначают символом D Н .

Помимо изменения энтальпии химических реакций различают несколько специальных видов тепловых эффектов:

1. Энтальпия образования вещества D Нf это изменение энтальпии реакции образования 1 моль данного соединения из простых веществ, устойчивых при данных Т и Р. Энтальпия образования вещества в стандартных условиях называется стандартной энтальпией образования и обоз­начается D Н (Дж/моль). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в ст.у., приняты равными нулю.

2. Энтальпия растворения – это изменение энтальпии процесса растворения вещества в определенном растворителе. Данная характеристика зависит от концентрации полученного раствора, температуры, природы раство­ряемого вещества и растворителя. Изменение энтальпии, которое наблюда­ется при растворении 1 моль вещества в 1000 г растворителя, называется интегральной энтальпией растворения D Нm.

Растворение большинства кристаллических веществ протекает в три стадии:

– разрушение кристаллической решетки (процесс сопровождается поглощением теплоты, D Н реш > 0);

– равномерное распределение частиц растворенного вещества между молекулами растворителя (диффузия), D Н дифф < 0;

– взаимодействие частиц растворенного вещества с молекулами растворителя – сольватация (сопровождается выделением теплоты,D Н сольв < 0).

Таким образом, энтальпия растворения складывается из трех характеристик: изменения энтальпии разрушения кристаллической решетки D Н реш , изменения энтальпии диффузии D Н дифф и изменения энтальпии соль­ватации D Н сольв (если растворителем является вода, то процесс называют гидратацией,D Н гидр):

 

D Нm = D Н реш + D Н дифф + D Н сольв.

 

В связи с этим величина D Нm может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от природы веществ. Теплоту растворения достаточно легко определить экспериментально.

3. Энтальпия нейтрализации – это изменение энтальпии системы при реакции нейтрализации кислоты основанием D Н нейтр. Для реакций нейтра­лизации водных растворов сильных кислот сильными основаниями характер­но постоянное значение D Н нейтр (закон постоянства теплоты нейтрализа­ции). Так, энтальпия нейтрализации, определенная в стандартных условиях D Н для процесса нейтрализации 1 моль эквивален­тов любого сильного основания 1 моль эквивалентов любой сильной кислоты составляет -55,9 кДж/моль. Подобное обстоятельство связано с тем, что, согласно теории электролитической диссоциации, процесс нейтрализации сводится к образованию молекулы воды из ионов по реакции

Н+ + ОН= Н2О, D Н = -55,9 кДж/моль.

 

Энтальпия нейтрализации для процесса взаимодействия слабых кислот с сильными основаниями или слабых оснований с сильными кислотами не сохраняет постоянного значения, так как в этом слу­чае реакция нейтрализации сопровождается одновременной диссоциацией слабого электролита на ионы. D Н дисс, т.е. изменение энтальпии системы при распаде 1 моль электролита на ионы, может быть как положительным, так и отрицательным (это зависит от природы электролита). Поэтому D Н нейтр слабых кислот или слабых оснований может быть больше или меньше -55,9 кДж/моль. Например, изменение энтальпии нейтрализации фтороводородной кислоты гидроксидом калия равно -66,9 кДж/моль, асинильной кислоты едким натром –
-53,9 кДж/моль.

Изменение энтальпии большинства химических реакций можно рассчи­тать теоретически, используя справочные данные о значениях стандартных энтальпий образования веществ. Согласно следствию из закона Гесса,

 

 

где D Н ° – изменение энтальпии химической реакции; – сумма энтальпий образования продуктов реакции, умноженных на соответству­ющие стехиометрические коэффициенты; аналогичная сумма для исходных веществ.

Тепловые эффекты различных процессов измеряют в специальных при­борах, называемых калориметрами. При калориметрических опытах величина и знак теплового эффекта определяются по изменению температуры калори­метра D t:

 

где D t = (t кон – t нач) – разность между конечной и начальной температурами содержимого калориметра, К (°С); Cw – суммарная теплоемкость системы, Дж/(г · град).

Теплоемкостью называют количество теплоты, которое необходимо со­общить системе для увеличения ее температуры на 1 градус.

Основным узлом калориметра является калориметрический сосуд, име­ющий изотермическую оболочку, которая необходима для точного учета теплообмена между калориметром и внешней средой. Калориметр также имеет теплоизолирующую крышку с отверстиями для ввода веществ, термометра и мешалки.


Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 49 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Контрольные задания| Порядок выполнения работы

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.009 сек.)