Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Внутренняя энергия и энтальпия системы. Первый закон термодинамики. Тепловой эффект химической реакции





Доверь свою работу кандидату наук!
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

Основные понятия термодинамики.

Основные понятия химической термодинамики.

 

1. Основные понятия термодинамики.

 

2. Внутренняя энергия и энтальпия системы. Первый закон термодинамики. Тепловой эффект химической реакции.

 

3. Факторы, определяющие глубину и направленность химических реакций. Понятия об энтропии и энергии Гиббса. Второй и третий законы термодинамики.

 

4. Термодинамические представления о равновесном состоянии.

 

 

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты, сопровождающие химические процессы, зависимость их от условий протекания, вероятность самопроизвольного течения процесса, их направление и пределы.

Термодинамический подход к изучению систем состоит в том, чтобы мысленно изолировать объект исследования от окружающей среды, называемой термодинамической системой.

Система, лишенная возможности обмена веществом или энергией с окружающей средой и имеющая постоянный объём, называется изолированной или замкнутой.

Фаза –это часть системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами.

Различают гомогенные и гетерогенные системы.

Гомогенная система – это однородная система, имеющая одну фазу (воздух, любая газовая смесь и т.д.).

Гетерогенная система – это система, имеющая две или более фазы (насыщенный раствор с осадком, уголь в атмосфере воздуха).

Различают фазовые и химические превращения. При химических превращениях изменяется состав и свойства химических соединений. При фазовых превращениях не затрачивается состав и свойства химического вещества (плавление льда, превращение воды в пар и т.д.)

Совокупность термодинамических свойств системы называется её состоянием.

Величины, позволяющие определить состав системы, называются параметрами (состав, концентрация, давление, объём, температура).

Состав системы может быть равновесным и неравновесным.

Равновесное состояние – это такое состояние системы, которое с течением времени самопроизвольно не изменяется (т.е. без каких-либо внешних воздействий на систему её параметры остаются неизменными). Напротив, состав системы будет неравновесным, если параметры её изменяются во времени при отсутствии внешнего воздействия.



Равновесное состояние может быть устойчивым и ограниченным (метостабильное состояние), причём в ограниченном состоянии система стремится занять устойчивое состояние.

Переход термодинамической системы из одного состояния в другое, сопровождающееся изменением параметров системы, называется процессом.

Процесс, при котором термодинамическая система, пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние, называется круговым процессомили циклом.

В зависимости от того, какие параметры системы при переходе её из одного состояния в другое, остаются постоянными, процессы делятся на:

- изотермические(Т = const),

- изохорические(V = const),

- изобарические(P=const),

- адиабатические(отсутствует теплообмен с окружающей средой).

Параметры системы дают возможность ввести переменные, позволяющие характеризовать состояние системы, следовательно, происходящие в ней изменения. Это термодинамические функции:

внутренняя энергияu,

энтальпияH,

энтропияS,

энергия ГиббсаG.

Данные функции являются функциями состояния, т.е. их значения определяются только начальными и конечными параметрами системы и не зависят от пути перехода, по которому протекает процесс.

 

Внутренняя энергия системы (u)складывается из поступательного и вращательного движения молекул, атомов; энергии движения ядер и электронов, энергии межъядерного и внутриядерного взаимодействия. Изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое:

 

Δu=u2–u1 ,

 

где u2 и u1 – внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях.

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики: теплота, подведённая к системе Q, расходуется на изменение внутренней энергии системы Δu и на совершение системой работы A против внешних сил:

 

Q = Δu+A (1)

A = P(V2-V1) = p ΔV

Q = Δu+РΔV , (2)

 

где p – внешнее давление , V1– объём начального состояния системы, V2 - объём конечного состояния системы.

При изохорическом процессе (V = const, ΔV = 0):

 

QV = Δu (3)

При изобарическом процессе (Р = const):

 

Qp = Δu+pΔV (4) или

Qp =u2–u1+ pV2 -pV1 = (u2 +p V2 )-(u1+ pV1) (5)

 

Термодинамическая функция:

 

u + рV = H (6),

 

называется энтальпией системы.

Подставив уравнение (6) в (5), получим первый закон термодинамики для изобарического процесса:

 

Δ Qp = H2 – H1 = Δ H (7)

 

Энтальпия также как и внутренняя энергия характеризует энергетическое состояние вещества, но включает ещё работу на расширение.

Энтальпия является функцией состояния системы, т.е. её значение определяется заданными начальным и конечным состояниями и не зависит от пути перехода. Она выражается в кДж/моль.

Тепловым эффектом химической реакции называется количество тепла (энергии), выделяемое или поглощаемое системой в ходе химической реакции, протекающей необратимо при р,Т = const или V,T = const, т.е. в условиях постоянного объёма или постоянного давления, а получаемые продукты реакции имеют при этом ту же температуру, что и исходные вещества.

При экзотермических реакциях теплота выделяется, т.е. уменьшается энтальпия и внутренняя энергия системы, и значения Δu и ΔH для них отрицательны.

При эндотермических реакцияхтеплота поглощается, энтальпия и внутренняя энергия системы возрастают, а это значит, что ΔH и Δuимеют положительные значения.

Уравнения химических реакций с указанием теплового эффекта называются термохимическими.

В термохимических уравнениях указываются не только тепловые эффекты реакций, но и агрегатные состояния или кристаллическая модификация веществ.



Термохимическое уравнение реакции образования 1 моль СО2 имеет вид:

С(гр.)+ О2 (г) = СО2 (г); ΔH= -393,5 кДж.

В основе термодинамических расчётов лежит закон Г.И. Гесса (1841 г): тепловой эффект химической реакции зависит только от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути процесса, т.е. от числа и характера промежуточных стадий.

В термодинамических расчётах часто применяют следствия из закона Гесса:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком:

Δ H1

А ══ В

Δ H2

ΔH1 = - ΔH2 (8)

 

2. Тепловой эффект химической реакции Δ Нх.р. равен сумме теплот образования ΔНобр.продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ (с учётом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции):

ΔНх.р. = S (Δ Нобр.)прод. - S (Δ Нобр.)исх. (9)

 

3. Тепловой эффект химической реакции ΔНх.р.равен сумме теплот сгорания ΔНсгор.исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции (с учётом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнениях реакции):

Δ Нх.р. = S (Δ Нсгор.)исх. - S (Δ Нсгор.)прод.(10)

 

Тепловой эффект реакции зависит не только от природы реагирующих веществ, но и от условий, в которых протекает реакция, поэтому все тепловые эффекты приводят к стандартным условиям: 1 моль вещества, температура 250С (298 К), давление 1 атм. (101325 Па).

В термохимических расчётах используют энтальпии (теплоты) образования веществ.

Теплотой образования называется тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ, при этом он приведён к стандартным условиям.

Стандартные теплоты образования принято обозначать .

Стандартные теплоты образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях, равны нулю.

Теплота образования одного и того же химического соединения зависит от агрегатного состояния вещества и от его аллотропного видоизменения:

H2(г)+О2 (г) 2О(ж); = -285,83 кДж

H2(г)+ О2 (г) = Н2О(г); = -241,82 кДж

Для реакции вида аА+вВ=сС+dDтепловой эффект определяется равенством:

ΔH = с()обр.(С) + d()обр(D) – a()обр(A) – b()обр (B)

Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой




Дата добавления: 2013-12-14; Просмотров: 5390; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.031 сек.