Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Топ:
Оснащения врачебно-сестринской бригады.
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Дисциплины:
2017-11-22 | 245 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Термодинамически обратимыми процессами называются процессы, в которых при переходе из начального состояния в конечное и из конечного в начальное в
точности повторяются все промежуточные состояния. Эти состояния должны представлять собой последовательность бесконечно близких друг к другу
положений равновесия.После совершения термодинамически обратимого процесса никаких изменений ни в системе, ни в окружающей среде не остается. Обратимые процессы являются идеальными. Реальные могут приближаться к ним только в условиях их бесконечно медленного протекания. В условиях обратимого процесса система совершает против внешних сил максимальную полезную работу (А max).
Термодинамика базируется на трех законах (началах), которые были сформулированы на основе наблюдений и не противоречат всему многовековому опыту человечества. Такие законы называют феноменологическими.
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии. «Теплота, подведенная к термодинамической системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил». Если система представляет из себя газовый объем, то это работа расширения газа. Аналитическое выражение первого закона:
Q = ∆ U+ А. (5.1)
Если А = p Δ V, то это уравнение можно преобразовать:
Q = ∆ U+ p Δ V = (U 2 – U 1 ) + р(V 2 – V 1 ) = (U 2 + рV 2) – (U 1 +рV 1 ).
Видно, что подведенная к системе теплота израсходовалась на изменение некоторой функции H =U+ рV. Эта функция получила название ЭНТАЛЬПИЯ, или внутренняя энергия расширенной системы. Таким образом, подведенная при постоянном давлении теплота израсходовалась на изменение энтальпии системы:
Qp=H 2 –H 1 = Δ H (5.2)
тогда как теплота подведенная при постоянном объеме расходуется на изменение внутренней энергии, так как p Δ V =0, Qv = Δ U. Так же, как и внутренняя энергия, энтальпия является функцией состояния, измеряется в кДж/моль и ее абсолютное значение не известно.
Стандартной энтальпией образования вещества (табличная величина) ∆Н0298 (кДж/моль) называют тепловой эффект реакции получения 1 моль сложного вещества из простых веществ в стандартных условиях. Индекс «0» вверху – символ стандартных условий, индекс 298 внизу означает температуру измерения данной величины. Cтандартные энтальпии образования простых веществ приняты равными нулю. При существовании у вещества двух или более аллотропных модификаций стандартной считается наиболее термодинамически устойчивая форма. Например, для углерода – это графит, его ∆ Н 0298= 0. В общем случае изменение энтальпии в химических реакциях можно обозначить как Δ H 0хр.
Учитывая уравнение состояния идеального газа P ∆ V = ∆ ν RT, взаимосвязь энтальпии и внутренней энергии можно преобразовать:
Δ H = ∆ U + ∆ ν RT, (5.3)
где ∆ ν = νкон – νисх – изменение числа молей газа в ходе химической реакции.
Если в ходе реакции количество газов не меняется (∆ ν = 0), то Δ H = ∆ U.
Тепловым эффектом химической реакции называют количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в результате реакции, протекающей при постоянном
давлении или объеме, при условии, что температура исходных веществ и продуктов реакции одинакова и система не совершает других работ, кроме работы расширения. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты реакций, называется термохимия. Стехиометрические уравнения химических реакций с указанием агрегатного состояния реагентов и продуктов и величиной теплового эффекта называют термохимическими. Если в результате реакции энтальпия системы понижается (Δ H 0хр< 0), то она в виде тепла выделяется в окружающую среду – экзотермическая реакция. Если в реакции энтальпия возрастает (Δ H 0хр > 0), то теплота поглощается из окружающей среды – эндотермический процесс.
Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж) + 285,83 кДж экзотермическая реакция
(Δ H 0хр=∆ Н 0298= -285,83 кДж/моль < 0)
1/2 Н2(г) +Сграфит +1/2 N2(г)= НСN(р) - 105 кДж эндотермическая реакция
(Δ H 0хр=∆ Н 0298=+105 кДж/моль > 0)
Основным законом термохимии является закон Гесса (1840 год):
«Тепловой эффект химической реакции зависит только от природы и агрегатного состояния реагентов и продуктов и не зависит от пути реакции».
В качестве наглядного примера рассмотрим два варианта окисления графита до углекислого газа.
1.Прямое окисление C (графит) + О2 (г) = СО2 (г) , ∆ H 0298(∑)= -393,5 кДж/моль
2.Окисление с промежуточным получением моноксида углерода
2.1. С(графит) + 1/2 О2 (г) = СО (г) ∆ H 0298(1) = -110,5 кДж/моль
2.2. СО (г) + 1/2О2(г) = СО2 (г) ∆ H 0298(2) = -283,0 кДж/моль
Видно, что ∆ H 0298(∑)= ∆ H 0298(1) + ∆ H 0298(2)= -110,5 + (-283,0) = -393,5 кДж/моль. Тепловой эффект реакции полного окисления равен сумме тепловых эффектов промежуточных стадий (реакций 2.1 и 2.2).
Расчет тепловых эффектов химических реакций (ΔH0хр) может быть проведен в соответствии с 1-м следствием из закона Гесса: «Изменение энтальпии в химической реакции равно разности между суммой стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ, с учетом знаков и стехиометрических коэффициентов»
Δ H 0хр = ∑∆ Н 0298(продуктов) - ∑∆ Н 0298(реагентов) (5.4)
Расчет теплового эффекта по этому уравнению возможен при любых температурах, так как с определенной долей приближения можно считать его независимым от температуры.
Пример. Рассчитать тепловой эффект реакции.
Запишем уравнение реакции и выберем табличные значения стандартных энтальпий образования веществ, участников реакции.
СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж)
∆ Н 0298, кДж/моль -74,9 0 -393,5 -285,8
Согласно 1-му следствию из закона Гесса
Δ H 0хр = ∑∆ Н 0298(продуктов) - ∑∆ Н 0298(реагентов);
Δ H 0хр = [∆ Н 0298(CО2) + 2·∆ Н 0298(Н2О)] – [∆ Н 0298(CH4) + 2∙∆ Н 0298(O2)];
Δ H 0хр = [(-393,5) + 2·(-285,8)] – [(-74,9) + 2·0] = - 890,2 кДж.
Получили, что Δ H 0хр< 0. Реакция экзотермическая, идет с выделением тепла.
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!