Химическая термодинамика

Грамм

Количество вещества

Способы выражения количества вещества и концентрации растворов

Моль - это 6,0229∙10 ²³ частиц (структурных единиц), то есть атомов, ионов, молекул, частей молекул и ионов.

Литры, м ³ – для газов. 1 моль идеального газа занимает объем 22.4 л при нормальных условиях (Т= 298К, р=1 атм).

Молярная масса M – масса в граммах одного моля частиц

Она численно совпадает с атомной массой А и молекулярной массой М, но последние либо выражаются в а.е.м., либо безразмерные (если это относит. ат. или отн. мол. массы A _r, M _r).

Следует различать молекулярную и формульную массы:

Молекулярная масса грамм/моль (молекулы)

Формульная масса грамм/моль (формульной единицы). Пример с SiO₂ был выше.

Эквивалент химический -условная частица, в целое число раз z(B) меньшая (или равная) соответствующей ей формульной единицы B - атома, молекулы, иона, радикала и др.

z(B) – эквивалентное число, оно показывает, сколько хим. эквивалентов содержится в одной формульной единице B; всегда z(B)≥ 1.

Значения z(В) зависят от хим. реакции, в которой данное вещество участвует (см ниже).

Обратите внимание, есть эквивалент элемента и эквивалент вещества. Определения одинаковые: эквивалент элемента (или вещества) – такое его количество, которое взаимодействует без остатка (связывается, замещает) с одним эквивалентом водорода (или с 0,5 экв. кислорода) или вообще с одним эквивалентом любого другого соединения.

Единицы измерения: г-экв (грамм-эквивалент, устарелое название, но используется в нормативных документах), в учебнике Физ-химии Стромберга моль-экв, в учебнике Общей химии Глинки – моль.

1 г-экв – это количество вещества, равное 1 молю эквивалентов.

Из приведенного определения видно, что 1 эквивалент элемента – это такая часть его атома, которая занята в образовании одной химической связи этого элемента с другим атомом. Аналогичные соображения применяются и к простым веществам, и к сложным веществам (соединениям).

Для определения z(B) есть ряд правил.

Эквивалентное число вещества z(B):

- для кислоты – равно ее основности (число диссоциирующих ионов Н)

чему равна основность HNO₃?(1) H₂SO₄?(2) CH₃COOH?(1, а не 3)

- для основания - ее кислотности (число ОН-групп для неорганического основания)

- для соли - сумме зарядов катионов или анионов.

- для соединения, участвующего в окислительно-восстановительной реакции – числу электронов, участвующих в реакции.

Эквивалентная масса М_экв = масса в граммах одного моля эквивалентов химического элемента или вещества. Измеряется в граммах/моль-экв.(= молярная масса, деленная на эквивалентное число): М_экв =M(B)/z(B).

Многие элементы образуют различные соединения друг с другом, поэтому эквивалент и эквивалентная масса одного и того же элемента могут различаться.

Пример:

М_экв(элемента С в СО) = 12/(1:0,5) = 6г/моль-экв, М_экв(элемента С в СО₂) = 12/(2:0,5) = 3г/моль-экв.

Аналогичная история и с эквивалентами и эквивалентными массами соединений.

Примеры.

1) Атомная масса водорода Н равна 1 а.е.м.

Какова молярная масса молекулы водорода Н₂? 1∙2 = 2г/моль.

2) Сколько эквивалентов элемента cеры S содержит:

- 1 молекула сероводорода Н₂S? 2 экв

- 1 моль Н₂S? 2 моль-экв.

Атомная масса S =32 а.е.м.

Какова эквивалентная масса элемента S в сероводороде? 32/2= 16 г/моль-экв.

Сколько эквивалентов соединения содержит 1 моль сероводорода? 2 моль-экв.

Какова эквивалентная масса сероводорода? (32+2)/2=17 г/моль-экв

3) Сколько эквивалентов содержит 1 моль соли Al₂ (SO₄)₃ ? 3∙2 =6 моль-экв

Какова молярная масса сульфата алюминия Al₂ (SO₄)₃? 27∙2+(32+16∙4) ∙3=342г/моль

Какова эквивалентная масса Al₂ (SO₄)₃? (27∙2+(32+16∙4) ∙3) /6 = 57 г/моль-экв

Концентрации растворов (и единицы измерения)

молярность С =

= (кол-во растворенного вещества, моль)/объем раствора, л

моль/л (сокращенно пишут М)

нормальность N =

= (кол-во вещества, моль-экв)/объем раствора, л

моль-экв /л, г-экв/л, (сокращенно пишут N)

моляльность m =

= (кол-во растворенного вещества, моль)/ масса растворителя, кг моль/кг

массовая доля ω = (масса растворенного вещества/масса раствора) ·100% масс %

объемная доля – аналогично, берутся объемы

массово-объемная доля – аналогично, в числителе масса, в знаменателе объем

Но чаще всего, когда пишут концентрацию в %, имеют ввиду массовые проценты.

мольная доля х =

х = (кол-во растворенного вещества, моль)/(кол-во моль всех веществ в растворе, включая растворитель) безразмерная величина

титр – масса вещества в граммах /1 мл раствора

Решите пример.

1) Имеем водный раствор, содержащий

83 гNaOH/л раствора плотностью 965 г/л

Определить: массовую долю (%), молярность, нормальность раствора, молярную долю.

2) Имеем раствор серной кислоты.

Определить: количество эквивалентов серы и количество эквивалентов серной кислоты в 1 моле серной кислоты. Для 2N раствора серной кислоты (2г-экв/л H₂SO₄) c плотностью 1,066 г/л определить его молярность, массовую долю (%).

Любой термодинамический (тд) процесс, в том числе и химическая реакция, происходит в тд системе.

Система тд – тело или группа тел, находящихся во взаимодействии сокружающей средой, и обособленных от нее реальной или воображаемой оболочкой (границей). То, что вне системы – это окружающая средаОткрытая система – такая с., через границу которой происходит переход вещества и энергии. (открытый стакан с небольшим количеством жидкости) Закрытая система – такая с, через границу которой происходит только переход (обмен) энергии. (стакан с жидкостью, закрытый пробкой (V- const) или поршнем (p-const)) Стакан можно греть /остужать или повышать в нем давление при помощи поршня. Изолированная система – такая с. постоянного объема, которая не обменивается энергией и веществом с окр. средой. (стакан с жидкостью, закрытый пробкой, помещенный в идеальный термос)Совокупность всех физических и химических свойств системы называется

состоянием системы. Состояние термодинамической системы характеризуется термодинамическими параметрами (р,Т,V, n_i или C_i).

U - Внутренней энергией называется сумма 1) потенциальной энергиивзаимодействия всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов и др.) между собой, и 2) кинетической энергии хаотического (теплового) движения частиц относительно центра масс системы. То есть внутренняя энергия системы складывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии внутримолекулярных колебательных движений атомов и атомных групп в составе молекулы, энергии вращения электронов в атоме, энергии, заключенная в ядрах атомов, и других…Грубо говоря, чем быстрее колеблются молекулы системы, тем больше ее внутренняя энергия. Внутренняя энергия – это часть полной энергии системы. В величину полной энергии системы входит внутренняя энергия частиц, кинетическая ипотенциальная энергия системы в целом в поле внешних сил. Существует два способа изменения (передачи) внутренней энергии системы - теплообмен (передаваемая энергия называется теплота Q) и работа (передаваемая энергия называется работа А) Взаимосвязь между внутренней энергией, теплотой и работой устанавливается на основе 1-го начала тд., которое связано с законом сохранения энергии. (ЗСЭ: Энергия не исчезает и не возникает вновь из ничего при протекании процесса, она лишь может переходить из одной формы в другую в строго эквивалентных соотношениях)

Три формулировки 1 начала тд.

1) В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным. (эта формулировка прямо следует из ЗСЭ)2) Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможно построитьмашину, которая совершала бы механическую работу, не затрачивая на этосоответствующего количества энергии (рисунок – "вечная"точилка для ножей)3) Внутренняя энергия есть функция состояния, то есть ее изменение независит от пути термодинамического процесса, а зависит только отначального и конечного состояния системы математическая формулировка первого начала тд (термодинамическая).

Q = DU + A

Дата добавления: 2014-01-05