Основы физической химии - Еремин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
В каком случае увеличение внутренней энергии будет наибольшим?
2-25. Кусочек цинка массой 5.0 г бросили в стакан с разбавленной соляной кислотой. Рассчитайте работу, совершенную системой в результате реакции. Атмосферное давление составляет 0.95 атм, а температура равна 23 °С.
2-26. Рассчитайте изменение внутренней энергии в реакции образова-
ния мочевины, если известно, что стандартная энтальпия этой реакции
2-27. Изобразите приведенный на рисунке цикл для идеального газа в координатах: р - Т, V - Т, Ди - Т, АН - Т, Ди - V, АН - р.
Ср = 20.26 + 7.5910-2 Т(Джмоль-1К-1).
р (V- Ь) = ят.
энтальпии.
а) в изохорном процессе;
равна -333.51 кДж моль-1.
р
2
3
V
40
Глава 1. Основы химической термодинамики
2-28. Изобразите приведенный на рисунке цикл для идеального газа координатах: р - Т, У - Т, ЛЮ - Т, ЛЯ - Т, ЛЮ - У, ЛН - р.
1
3 V
в
2
§ 3. Термохимия
Термохимия изучает тепловые эффекты химических реакций. Во многих случаях эти реакции протекают при постоянном объеме или постоянном давлении. Из первого закона термодинамики следует, что при этих условиях теплота совпадает с изменением функции состояния. При постоянном объеме теплота равна изменению внутренней энергии:
(3.1) bQv = dU, Qv = AU,
а при постоянном давлении - изменению энтальпии:
(3.2) bQp = dH, Qp =AH.
Эти равенства в применении к химическим реакциям составляют суть закона Гесса:
? Теплота химической реакции при постоянном объеме или давлении (тепловой эффект химической реакции) не зависит от пути проведения процесса, а определяется только состоянием реагентов и продуктов реакции при условии, что единственной работой, совершаемой системой, является механическая работа.
Тепловой эффект относят к Т = const.
Для обозначения изменения любой термодинамической функции при протекании химической реакции используют оператор химической реакции Ar (r означает «reaction»), например, ArU, ArH, ArCp и т.д. Тепловой эффект химической реакции записывают как ArU или ArH в зависимости от условий проведения (V = const или p = const). Теплоту химической реакции при постоянном давлении иногда называют просто «энтальпией реакции».
В термохимии, в отличие от других приложений термодинамики, теплота считается положительной, если она выделяется в окружающую среду, т.е. для экзотермической реакции ArH < 0 или ArU < 0.
Глава 1. Основы химической термодинамики
41
Если реакция протекает в растворе или в твердой фазе, где изменение объема незначительно, то
ДГН = ДЦ + Дг(р10 » Дги. (3.3)
Если же в реакции участвуют идеальные газы, то при постоянной температуре
ДгН = ДЦГ + Дг(pV) = Дги + Ду ЯТ, (3.4)
где Ду - изменение числа молей газов в реакции.
Тепловые эффекты зависят, в общем случае, от температуры и давления, поэтому для термохимических расчетов необходимо, чтобы все тепловые эффекты были отнесены к одинаковым условиям, т. е. стандартизованы. Стандартные состояния обозначают надстрочным индексом «°». В настоящее время приняты следующие стандартные состояния:
• для индивидуальных кристаллических и жидких веществ - реальное состояние (наиболее устойчивая модификация) при заданной температуре и давлении 1 бар;
• для индивидуальных газов - гипотетическое состояние, возникающее при изотермическом расширении газа до бесконечно малого давления с последующим сжатием до 1 бар, но уже по изотерме идеального газа (см. рис. 3.1). Обычно поправка на
неидеальность при ат- р
мосферном давлении мала, и ею пренебрега- р = 1 ют. Поправку можно учесть, если известно уравнение состояния реального газа.
Так как в конденсированной фазе процессы диффузии заторможены по сравнению с газовой фазой, возможно суще- к понятию рис 3^
ствование при одних и «стандартное состояние газа» -
тех же условиях (р,Т) как стабильных, так и
метастабильных состояний вещества (например, графита и алмаза). Ка-лометрические методы позволяют экспериментально определить свойства и тех и других фаз. Поэтому в термохимических уравнениях принято указывать не только формулы веществ, но и их агрегатные состояния или кристаллические модификации.
Энтальпию реакции между веществами, находящимися в стандартных состояниях при температуре Т, называют стандартной энтальпией реакции и обозначают Д гНТ.
42
Глава 1. Основы химической термодинамики
Стандартная энтальпия образования, Af #° («f» означает «formation») - изобарный тепловой эффект реакции образования одного моля данного химического соединения из простых веществ в стандартных состояниях. Энтальпия образования простого вещества в стандартном состоянии равна 0 при любой температуре. Понятие «энтальпия образования» используют не только для обычных веществ, но и для ионов в растворе. При этом за точку отсчета принят ион H+, для которого стандартная энтальпия образования в водном растворе полагается равной нулю: A f H°T (H + ) = 0.
Стандартная энтальпия сгорания AcHT («c» означает «combustion») - изобарный тепловой эффект реакции окисления одного моля вещества газообразным кислородом при p(02) = 1 бар. Теплота сгорания, если не оговорено особо, отвечает окислению углерода до СО2, водорода до Н20(ж), для остальных веществ в каждом случае принято указывать образующиеся продукты.
