Основные понятия термодинамики

Порядок выполнения семестровых работ...................108

6.2. Семестровое задание № 1 «Термодинамика химических

реакций»..............................................109

6.3. Семестровое задание № 2 (комплекс задач)............ 113 6.3.1. Расчет концентрации растворов....................... 113

6.3.2. Расчет теплоты испарения и давлений насыщенного

пара ииндивидуальных веществ....................... 115

6.3.3. Расчет термодинамических характеристик химической

реакции, проходящей в гальваническом элементе........ 117

6.3.4. Расчет кинетических характеристик химической

реакции..........................................119

7. СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ..................................122

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..............................135

ВВЕДЕНИЕ

Физическая химия – общетехническая дисциплина, изучающая взаимосвязь физических и химических явлений. Отдельные раздела данной дисциплины рассматриваются при изучении студентами курса «Спецглавы химии». Многие металлургические процессы обосновываются законами физической химии. Целью изучения данной дисциплины является теоретическое и практическое освоение основных законов физической химии, знание которых необходимо для подготовки студентов к изучению специальных дисциплин и для самостоятельного решения научных и прикладных вопросов, возникающих в дальнейшей практической деятельности. Более глубокому усвоению курса «Физическая химия» способствуют практические занятия, на которых студенты бакалавриата, обучающиеся по направлениям «Металлургия», «Машиностроение», «Материаловедение и технологии материалов», «Химическая технология», «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» в соответствии с рабочими программами решают задачи по ряду разделов дисциплины и выполняют семестровые работы. В сборнике задач кратко изложен теоретический материал по следующим разделам курса: химическая термодинамика и ее приложение для расчета химических и фазовых равновесий, теория растворов, электрохимия, химическая кинетика. В каждом разделе приводятся примеры решения задач. Учебное пособие содержит задания для самостоятельной работы, многовариантные задачи для семестровых работ, необходимый справочный материал и список рекомендуемой учебной литературы. Для проверки правильности решений задач семестровых работ разработаны соответствующие расчетные компьютерные программы.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА РАВНОВЕСИЙ

Термодинамика – это наука, изучающая взаимные переходы теплоты и работы, а в более широком смысле, превращение различных форм энергии в процессах и системах.

Химическая термодинамика – раздел физической химии, в котором термодинамические методы применяются для анализа химических, физико-химических и физических явлений: химических реакций, фазовых переходов, процессов в растворах и др. Химическая термодинамика позволяет решать научные и практические задачи, связанные с различными физико-химическими процессами. На основе законов химической термодинамики рассчитываются термохимические эффекты процессов (количество теплоты и работы), определяются возможность, направление и полнота протекания самопроизвольных процессов, условия равновесия. Законы и положения химической термодинамики позволяют устанавливать значения параметров, которые количественно характеризуют происходящие процессы. Поэтому химическая термодинамика дает возможность обосновывать, анализировать и оптимизировать технологические процессы.

Все процессы и явления в термодинамике рассматриваются применительно к термодинамическим системам. Термодинамические системы – это макроскопические объекты (тело или группа тел, находящихся во взаимодействии), отделенные от окружающего пространства реальной или мысленной поверхностью. Различают неизолированные (открытые и закрытые) и изолированные системы. В открытых системах существует обмен энергией и веществами с окружающей средой (другими системами). В закрытых системах возможен обмен с окружающей средой только энергией. У изолированных систем отсутствует обмен с окружающей средой веществами и энергией.

Состояние системы характеризуется свойствами, которые называются параметрами системы. Различают экстенсивные и интенсивные параметры. Экстенсивные параметры зависят от количества веществ в системе и пропорциональны массе, например, объем, внутренняя энергия, энтропия, теплоемкость. Интенсивные параметры не зависят от количества веществ в системе, например, температура, давление, мольная теплоемкость. Совокупность параметров характеризует состояние системы. Равновесным состоянием называется такое состояние системы, при котором параметры системы не изменяются при неизменных внешних условиях.

Всякое изменение параметров системы называется термодинамическим процессом.

Фазой называется совокупность однородных частей системы, одинаковых по составу, физическим и химическим свойствам, отделенных от других частей системы поверхностью раздела.

Гомогенные системы – это однородные системы, состоящие из одной фазы (например, растворы, смеси газов). Гетерогенные системы – это системы, состоящие из двух и большего числа фаз (например, система вода – лед).

Равновесие в системе, состоящей из нескольких фаз, называется гетерогенным или фазовым равновесием. Фазовый переход – переход по крайней мере одного компонента из одной фазы в другую.

Дата добавления: 2017-01-14