Вътрешната енергия (U, kJ/mol) е общата енергия на системата, равно на суматакинетична, потенциална и други видове енергия на всички частици от тази система. Това е функция на състоянието, чието нарастване е равно на топлината, получена от системата в изохорен процес.
Работата (A, kJ/mol) е енергийна мярка на насочените форми на движение на частиците по време на взаимодействието на система с околната среда.
Топлината (Q kJ/mol) е енергийна мярка на хаотичните форми на движение на частиците по време на взаимодействието на система с околната среда.
Първият закон на термодинамиката (Q= U+A) - топлината, подадена към затворена система, се изразходва за увеличаване вътрешна енергиясистема и за системата, срещу която да извършва работа външни сили среда.
Ентропия (S, J/mol . до S = Q (t)) е функция на състоянието, характеризираща степента на разстройство на системата, т.е. хетерогенност на местоположението и движението на неговите частици, чието увеличение е равно на топлината, подадена към системата в обратим изотермичен процес, разделено на абсолютна температура, в който се осъществява процесът.
Енталпията (H, kJ/mol, H = U+P V) е функция на състоянието, която характеризира енергийното състояние на системата при изобарни условия.
Енталпията на реакцията (Н разтвор, kJ/mol) е количеството топлина, което се отделя или абсорбира, когато химичните реакции се извършват при изобарни условия.
Стандартното състояние е най-стабилната форма при дадена температура (обикновено 298 K) и налягане 1 atm.
Стандартни условия (s.u.) - налягане: 101325 Pa = 1 atm = 760 mm Hg; температура: 25 0 C»298k; n(x)=1 mol.
Стандартна енталпия на образуване прости вещества[H 0 проба 298 (вещество, физическо състояние), kJ/mol] - при s.u равно на нулаза прости вещества в техните най-термодинамично стабилни агрегатни и алотропни състояния.
Стандартна енталпия на образуване сложни вещества
[ Н 0 изгаряне (X), kJ/mol] - енталпия на изгаряне (окисляване) на 1 mol вещество до висши оксидив кислородна среда при обикновени условия.
Енталпия на разтваряне (H pH, kJ/mol) – топлинен ефект на разтваряне твърдопри изобарни условия.
Енергията на Гибс (G, kJ/mol) е свободна енергия, обобщена термодинамична функция на състоянието на системата, като се вземат предвид енергията и разстройството на системата при изобарни условия.
Въпроси за самоконтрол
1. Понятие за химическа термодинамика: структура, термодинамични системи (изолирани, затворени, отворени).
2. Хомогенни и разнородни системи; реакции, протичащи в тези системи.
3. Избройте свойствата на системата, които определят нейното състояние.
4. Дефинирайте и характеризирайте функциите на състоянието на системата.
5. Разширяване семантично значение следните понятия: вътрешна енергия, работа, топлина, ентропия, първи закон на термодинамиката, енталпия, енталпия на реакцията, стандартно състояние, стандартни условия, енергия на Гибс.
6. Закон на Хес и основните следствия от него.
8. Решете проблема, определете съдържанието на калории хранителен продуктс тегло 350 g, съдържащо 50% вода, 30% протеини, 15% мазнини и 5% въглехидрати.
9. Използвайки референтни данни, изчислете количеството топлина, което ще се отдели по време на окисляването на глюкоза с тегло 90 g при околни условия.
10. Използвайки референтни данни, определете топлинния ефект на реакцията на синтез на диетилов етер, използван в медицината за анестезия, при 298 K.
За какво ни е ресурсът?
Основната цел на нашия сайт е да помогне на учениците, които имат затруднения при решаването на определена задача или са пропуснали някои училищна тема. Нашият ресурс също ще се притече на помощ на родители на ученици, които се сблъскват с трудности при проверката на домашните на децата си.
На нашия ресурс можете да намерите готови домашни задачи за всички класове от 1 до 11 клас. учебни предмети. Например, можете да намерите GDZ по математика, чужди езици, физика, биология, литература и др. За да направите това, просто трябва да изберете желания клас, необходимия предмет и GDZ решавателиподходящи автори, след което трябва да намерите необходимия раздел и да получите отговор на задачата. GD ви позволяват бързо да проверите задачата, възложена на ученика у дома, както и да подготвите детето за теста.
Как да получите А на домашното си?
За да направите това, трябва да отидете на нашия ресурс, където са публикувани готови домашни задачи за всички дисциплини. училищна програма. В същото време не е нужно да се притеснявате за грешки, печатни грешки и други недостатъци в GDZ, тъй като всички ръководства, публикувани при нас, бяха проверени от опитни специалисти. Всички отговори на домашните са верни, така че с увереност можем да кажем, че за всяко от тях ще получите А! Но не трябва безразсъдно да преписвате всичко в тетрадката си, напротив, трябва да направите задачите сами, след това да ги проверите с помощта на GDZ и едва след това да ги препишете на чисто. Това ще ви позволи да получите необходими знанияи висока похвала.
GDZ онлайн
Сега никой няма проблеми с достъпа до GDZ, тъй като нашият интернет ресурс е адаптиран за всички съвременни устройства: компютри, лаптопи, таблети и смартфони, които имат достъп до интернет. Сега, дори по време на почивка, можете да отидете на нашия уебсайт от телефона си и да разберете отговора на абсолютно всяка задача. Удобната навигация и бързото зареждане на сайта ви позволява да търсите и разглеждате GDZ възможно най-бързо и удобно. Достъпът до нашия ресурс е безплатен, а регистрацията е много бърза.
ГДЗ на новата програма
Училищната програма се променя периодично, така че учениците постоянно се нуждаят от нови учебни помагала, учебници и ГДЗ. Нашите специалисти непрекъснато следят иновациите и след внедряването им незабавно публикуват нови учебници и GD на ресурса, така че потребителите да имат достъп до най-новите издания. Нашият ресурс е един вид библиотека за ученици, от която всеки ученик се нуждае успешни проучвания. Почти всяка година училищната програма се усложнява, като се въвеждат нови предмети и материали. Ученето става все по-трудно, но нашият уебсайт улеснява живота на родителите и учениците.
Помощ за студенти
Не забравяме и сложния, натоварен живот на студентите. Всеки нов учебна годинавдига летвата по отношение на знанията, така че не всички ученици могат да се справят с такова високо натоварване. Дълги класове, различни конспекти, лабораторни и тезисизаемат почти всичко свободно времестуденти. С помощта на нашия сайт всеки ученик може да направи своя ежедневието. За да направите това, почти всеки ден нашите специалисти публикуват нови произведения на портала. Сега учениците могат да намерят измамни листове за всяка задача при нас и то напълно безплатно.
Сега не е нужно да носите огромен брой учебници в училище всеки ден
За да се грижат за учениците, нашите специалисти са публикували на уебсайта отворен достъпвсички училищни учебници. Затова днес всеки ученик или родител може да ги използва и учениците вече не трябва да натоварват гърба си всеки ден, носейки тежки учебници на училище. Всичко, което трябва да направите, е да изтеглите необходимите учебници на вашия таблет, телефон и др. модерно устройство, а учебниците винаги ще бъдат с вас навсякъде. Можете също така да ги прочетете онлайн директно на уебсайта - това е много удобно, бързо и напълно безплатно.
Готови училищни есета
Ако внезапно ви се наложи да напишете есе за някаква книга, тогава не забравяйте, че на нашия уебсайт винаги можете да намерите огромен брой готови училищни съчинения, които са написани от майстори на словото и одобрени от учители. Всеки ден разширяваме списъка с есета, пишем нови есета по много теми и вземаме предвид препоръките на потребителите. Това ни позволява да задоволим ежедневните нужди на всички ученици.
За самостоятелно писане на есета сме предоставили и съкратени произведения; Те съдържат основния смисъл на училището литературни произведения, което значително намалява изучаването на книги и спестява енергията на ученика, необходима му за изучаване на други предмети.
Презентации на различни теми
Ако трябва спешно да направите нещо училищна презентацияна конкретна тема, за които не знаете нищо, тогава с помощта на нашия сайт можете да го направите. Сега не е нужно да прекарвате много време в търсене на изображения, снимки, печатна информация и консултации по темата с експерти и т.н., защото нашият ресурс създава висококачествени презентации с мултимедийно съдържание по всяка тема. Нашите експерти са публикували на уебсайта голям бройавторски презентации, които могат да се разглеждат и изтеглят безплатно. Следователно ученето ще бъде по-образователно и удобно за вас, защото ще имате повече време за почивка и други предмети.
Нашите предимства:
* голяма база данни от книги и публични записи;
* материалите се актуализират ежедневно;
* достъп от всяка модерна джаджа;
* вземаме предвид желанията на потребителите;
* правим живота на ученици, студенти и родители по-свободен и радостен.
Ние непрекъснато подобряваме нашия ресурс, за да направим живота на нашите потребители по-комфортен и безгрижен. С помощта на gdz.host вие ще бъдете отличник, така че пред вас ще се разкрият големи перспективи в възрастен живот. В резултат на това родителите ви ще се гордеят с вас, защото вие ще го правите добър примерза всички хора.
Текущата версия на страницата все още не е потвърдена
Текущата версия на страницата все още не е проверена от опитни участници и може да се различава значително от версията, проверена на 30 май 2015 г.; необходими са проверки.
Няма единна терминология, свързана с термодинамичните величини. Едно и също физическо количество може да се нарече термодинамична координата, количество, променлива, параметър, функция или просто свойство, в зависимост от контекста и ролята, която играе в определена термодинамична връзка. За някои понятия и термини има препоръки на IUPAC и колекция от определения, препоръчани от Академията на науките на СССР за използване в научна и техническа литература, образователен процес, стандарти и техническа документация.
Диаграмата, базирана на колекция от дефиниции и книга, демонстрира един от възможни вариантикласификация на термодинамичните величини:
Под състояние на термодинамичната системаразбере съвкупността от свойствата му. Всички физични и физикохимични променливи, използвани за описание на макроскопичните свойства на термодинамична система, независимо от предисторията на системата (как системата се е появила текущо състояние), тоест напълно се определя от състоянието на системата в в моментавреме се нарича термодинамични променливи на състоянието (параметри на състоянието , държавни функции ).
Състоянието на системата се нарича стационарно, ако параметрите на системата не се променят във времето. Състоянието на термодинамично равновесие е специален случай стабилно състояние. Всяка промяна в състоянието на системата се нарича термодинамичен процес. Във всеки процес трябва да се промени поне една променлива на състоянието. Нарича се непрекъсната последователност от състояния, които се сменят едно друго по време на прехода на системата от първоначалното състояние към крайното състояние чрез процеса .
Тъй като същата променлива на състоянието в различни задачиможе да действа както като независима променлива, така и като функция на други независими променливи, термините „функция на състоянието“, „параметър на състоянието“ и „променлива на състоянието“ понякога се считат за синоними и наричат всяка променлива на състоянието функция на състоянието, без да се прави разлика изисквани от математиката между функцията, нейните аргументи и числените коефициенти, включени в дефиницията на функцията.
Променливите на състоянието са свързани помежду си чрез уравнения на състоянието (топлинни и калорични) и други отношения (например уравнението на Гибс-Дюхем), следователно, за да се характеризира недвусмислено състоянието на системата, е достатъчно да се знаят само няколко количества наречен независими променливи на състоянието. Останалите променливи на състоянието са функции на независими променливи - функции на състоянието - и са уникално дефинирани, ако са дадени стойностите на техните аргументи. Освен това, за много проблеми няма значение дали специфичните уравнения на състоянието на изследваната система са известни; единственото важно нещо е, че съответните зависимости винаги действително съществуват. Броят на независимите променливи на състоянието зависи от естеството на конкретната система и техният избор е доста произволен и е свързан със съображения за целесъобразност. След като изборът е направен, наборът от използвани променливи не може да бъде променян произволно в хода на проблема. Значителна част математически апараткласическата термодинамика (включително използването на якобиани и трансформацията на Лежандър) е точно посветена на решаването на проблема с промяната на променливите и преминаването от един набор от независими променливи към друг.
а в топлинното уравнение на състоянието на фотонен газ обемът изобщо не се появява:
Обратното твърдение също е вярно: ако промяната в термодинамична величина в цикъл е нула, тогава тази величина е променлива на състоянието.
Пространство на състоянията, термодинамична повърхност, фазови диаграмиАбстрактното пространство, образувано за затворена система за термодеформиране от три променливи на състоянието, две от които са независими, а третата е тяхната функция, се нарича термодинамична пространство на състоянието (термодинамично пространство). Променливи П-В-Т-пространствата на състоянията са свързани топлинно уравнениесъстояние
релевантни термодинамична повърхност - геометрично местоположение образни точки, отразяващи състоянието на системата в термодинамичното пространство. Процес в пространството на състоянията съответства на линия, лежаща върху тази повърхност.
Някои автори предполагат, че термодинамичното пространство се формира само от независими променливи, тоест в случая, който разглеждаме, то не е триизмерно, а двуизмерно и представлява термодинамичен диаграма на състоянието - плоска проекциятриизмерна термодинамична повърхност до една от трите координатни равнини. Всяко състояние на системата има обратимо и уникално съответствие с точка от диаграмата на състоянието и термодинамичен процес- линията, която е включена P-V-диаграмата се нарича изотерми, П-Т-диаграма - изохори, на V-T-диаграма - изобари. Ако изолиниите са нанесени на фазовата диаграма, тогава процесът се изобразява като сегмент от изотерма, изохора или изобара.
Нарича се триизмерно изображение на термодинамичната повърхност на хетерогенна система фазова диаграма на обема (пространствена фазова диаграма, триизмерна фазова диаграма, 3D диаграма на състоянието ):
Проекция на термодинамичната повърхност на хетерогенна система върху П-Т- координатната равнина е фазова диаграма, тоест диаграма на състоянието с линии на фазово равновесие, нанесени върху нея:
В термодинамиката променливите на състоянието се разделят на два класа - такива, които имат определена стойност във всяка точка, и такива, които имат смисъл само за системата като цяло или нейните части с крайни размери и притежават свойството адитивност в размера. Адитивността на променлива на състоянието означава, че нейните стойности могат да бъдат сумирани, така че стойността на променлива за дадена система да е равна на сумата от стойностите на тази променлива за всички части на системата.
Променливи на състоянието хомогенна система, независимо от неговия размер, се наричат интензивен. Термодинамиката разглежда всяко интензивно количество като локална макроскопична променлива, който има доста специфична стойноствъв всяка точка на системата. Интензивни термодинамични променливи са например налягане, температура, химичен потенциал, концентрация, плътност, моларни и специфични количества.
Обширенсе нарича променлива на състоянието, определена от глобално, тоест в зависимост от размера на системата и характеризиращ не дадена точкапространство и част от системата с краен размер или системата като цяло. Тъй като екстензивните променливи имат свойството на адитивност, термините „обширен“ и „добавка“, когато се прилагат към променливи на състоянието, обикновено се считат за синоними. Адитивността на екстензивна променлива означава, че тази променлива може да бъде дефинирана за всякакви термодинамични системи, включително нехомогенни (които винаги могат да бъдат разделени на хомогенни части, ако изискването за хомогенност първоначално е било счетено за необходимо при въвеждането на въпросната променлива).
Примери за екстензивни параметри са обем, маси на веществата, вътрешна енергия, ентропия, термодинамични потенциали.
Методът за измерването им чрез сравнение със стандарт се основава на свойството за адитивност на екстензивни количества. Измерването на интензивно количество се основава на използването на връзката между промените в интензивно количество, от една страна, и промените в подходящо екстензивно количество, от друга страна. За да измерите температурата с течен термометър, можете да използвате обема на алкохола или като такова голямо количество.
От гледна точка на терминологията е еднакво правилно да се говори за всеки разтвор като хомогенна система и като еднофазна система и да се говори за кубчета лед във вода като хетерогенна система и като двуфазна система. Изборът на най-подходящия термин зависи от формулировката на разглеждания проблем, тъй като разликата в термините „термодинамична система“ и „термодинамична фаза“ отразява разликата в подходите за описание на системата и фазата. Състоянието на една фаза се разбира като набор от интензивни променливи, използвани за нейното описание. Характеризират такива интензивни величини като плътност, топлинен капацитет, коефициент на топлинно разширение и др. термодинамични свойстваотделно вещество или разтвор, образуващи фазата. Самата концепция за термодинамична фаза е въведена от Гибс с цел „да има термин, който се отнася само до състава и термодинамичното състояние […] на тялото и за който неговата величина или форма няма значение.“
За задачата термодинамично състояниесистема, тоест съвкупността от нейните свойства, не е достатъчно да се знаят свойствата на фазите, които образуват тази система: в набор от независими системни променливиТрябва да бъде представено най-малко едно голямо количество, например обемът или масата на системата.
Извиква се броят на независимите интензивни променливи, необходими за задаване на състоянието на всички фази на системата променливост на системата. Броят на независимите променливи, необходими за задаване на състоянието на системата, като се вземат предвид масите на всички нейни фази, се нарича пълна (обща) вариация на системата. Вариацията и пълната вариация на системата се намират с помощта на фазовото правило на Гибс.
Някои обобщени координати и сили са изброени по-долу:
Нека напишем за равновесна хомогенна термодинамична система, без да разделяме естествените независими променливи на вътрешната енергия на ентропия, обобщени координати и маси на компонентите
да се обадим термодинамични потенциали на взаимодействие. Използвайки координати на състоянието и потенциали, получаваме диференциалната форма на фундаменталното уравнение на Гибс в енергийни термини в следната форма :
Като се има предвид, че топлинна координатаима ентропия, топлинен потенциал- абсолютна термодинамична температура, координата на деформация на течността- обем, потенциал за деформация на течността- натиск от отрицателен знак, за затворена термодеформационна система получаваме основното уравнение на термодинамиката в традиционната форма:
Термините „термодинамични координати на състоянието“ и „термодинамични потенциали на взаимодействие“ се използват от системата, предложена от A. A. Gukhman за конструиране и представяне на термодинамиката. Изоставяне на традиционната терминология и обръщане към нещо ново понятиен апаратпозволява на системата на Gukhman да избегне сблъсъци, свързани с нетрадиционната употреба на установени термини.
Понякога променливите на състоянието се разделят на външен, характеризиращ околната среда и независим от състоянието на разглежданата система, и вътрешни, характеризиращи изследваната система. Друга дефиниция идентифицира външните променливи с обобщени термодинамични координати. Следната дефиниция идентифицира външните променливи (обем, ентропия и маса на системата) с термодинамични координати на състоянието. Според следващата дефиниция външните променливи (обем, интензитет силово полеи т.н.) има променливи на състоянието, които характеризират системата, но се оценяват чрез състоянието на външната среда. С други думи, те са функции на характеристиките на средата (функции на координатите на външните тела), в зависимост от това къде е начертана границата между системата и външна среда (външни тела), и от условията, в които се намира системата, така че в различни ситуацииедно и също количество може да действа както като външна, така и като вътрешна променлива. Например, при фиксирано положение на стените на съд, обемът на течността е външна променлива, а налягането е вътрешна; при други условия, когато системата е в цилиндър с подвижно бутало под постоянно налягане, тогава налягането ще бъде външно, а обемът ще бъде вътрешна променлива (обем твърдо- вътрешна променлива, тъй като не зависи от свойствата на околните тела). Конвенцията за разделяне на променливите на състоянието на външни и вътрешни е очевидна: разглежданата система и нейната среда винаги могат да се разглеждат като част от една разширена система, състояща се от изследваната система и нейната среда, а за такава разширена система всички променливи на състоянието от интерес за нас могат да се считат за вътрешни.
Има и други тълкувания на термина „външна променлива“ освен изброените. Липсата на общоприето тълкуване затруднява използването на изгледа на външните променливи.
Температурата на системата обикновено се класифицира като вътрешна променлива, но понякога се класифицира като външна променлива.
Външните променливи са важни за онези методи за конструиране/представяне на термодинамиката, при които термодинамичната система се разглежда като черна кутия: чрез промяна на външни променливи (пряко свързани с работата, извършена върху системата - или върху системата
Стандартен термодинамични величини.
Големината на промяната в енергията на Гибс по време на реакция зависи от температурата, Асъщо и върху естеството и концентрацията на приетите вещества и получените вещества. За по-лесно сравнение различни реакцииОбичайно е да се сравняват стойностите на ΔG при стандартни условия, т.е. при същите концентрации на вещества (чисто състояние за отделни вещества); концентрация, равна на 1 mol на 1000 g разтворител (за разтвори); парциално налягане, равно на нормалното атмосферно налягане за газове. Състоянието на веществото при стандартни условия се нарича стандартно състояние.
Термодинамични величини, характеризиращи дадено вещество в неговата стандартно състояние, се наричат стандартни стойности. Промените в термодинамичните величини по време на реакция, при която изходните вещества в стандартно състояние се превръщат в реакционни продукти, също в стандартно състояние, се наричат стандартни промени в съответните количества. Стандартни стойностии техните промени обикновено се означават със знака „о“. Например стандартната ентропия се обозначава със символа S°, стандартна промяна на енталпията - ΔН°, стандартна промяна на енергията на Гибс - ΔG 0.
Стандартната промяна в енергията на Гибс на реакция е свързана с равновесната константа на реакцията чрез уравнението:
ΔG 0 = - 2,3RTlgK p (19)
При заместване на стойността на R = 8,314 J/(mol K) стойността ΔG 0 ще бъде изразена с формулата ΔG 0 = - 2,3 8,314T lg K = - 19.15 T log Kr, J/mol
ΔG 0 = - 0,01915T lg Kr , kJ/mol (20)
Това уравнение позволява, като се знае ΔG 0, да се изчисли равновесната константа и, обратно, да се определи ΔG 0 на реакцията от експериментално намерената стойност на равновесната константа. Валиден е за всяка температура, но по-често се използва за 25 ° C (298 K); тази температура се приема като стандартна. Температурата се обозначава с долен индекс
ΔG 0 293 = - 0,01915 298 lg K 298, kJ/mol
Или ΔG 0 293 = - 5,71 lg K 298 (21)
При изчисляване на стандартните промени в енталпията и енергиите на Гибс на реакциите обикновено се използват стандартните енталпии и енергиите на Гибс на образуване на вещества. Тези стойности представляват ΔН 0 293 и ΔG 0 293 реакции на образуване от това веществоот прости при стандартни условия. Освен това, ако даден елемент образува няколко прости вещества, тогава се взема най-стабилното от тях (при определени условия). Енталпията на образуване и енергията на Гибс на образуване на най-стабилните прости вещества се приемат за нула.
Според закона на Хес, стандартна промяна на енталпията на реакцията(съкратено: стандартна енталпия на реакция) е равна на сумата от стандартните енталпии на образуване на реакционните продукти минус сумата от стандартните енталпии на образуване на изходните вещества.По същия начин, стандартната промяна в енергията на Гибс на реакция (съкратено като стандартна енергия на Гибс на реакция) е равна на сумата от стандартните енергии на Гибс на образуване на реакционните продукти минус сумата на стандартните енергии на Гибс на образуване на началните материали. В този случай всички суми се правят, като се вземе предвид броят молове вещества, участващи в реакцията в съответствие с нейното уравнение.
Този и някои други справочници предоставят стойности за стандартната енталпия на образуване ( ΔН 0 298) и стандартна ентропия (S°) на веществата. За изчисляване на стандартната енергия на Гибс на образуване ( ΔG 0 298форма) на вещество, първо трябва да се изчисли стандартната ентропия на образуване ( Δ S o 6р) вещества и след това използвайте формулата
ΔG обр = ΔН обр - TΔS обр
Пример 1.Изчислете ΔН 0 298, топлинен ефект при 298 K и постоянно налягане и ΔG 0 293 реакции:
Изчисляване ΔН 0 298и топлинния ефект на реакцията. Намираме в таблицата. _. ΔH 0 298 Fe 2 O3 (-822,2 kJ/mol) и A1 2 O 3 (-1676,0 kJ/mol) при 298 K и извършете алгебрично сумиране:
ΔН 0 298 = - 1676.0 - (-822.2) = - 853.8 kJ
Тъй като промяната в енталпията на реакцията е еднаква по големина, но противоположна по знак топлинен ефектпри постоянна температура и налягане, тогава ще бъде написано термохимичното уравнение на реакцията както следва: Fe 2 O 3 + 2A1 = A1 2 O 3 + 2Fe + 853,8 kJ.
При ниски температуризнакът на промяната в енталпията на реакцията може да служи за грубо определяне на възможната посока на реакцията. Получено за разглежданата реакция отрицателна стойностΔН 0 показва възможността за спонтанното му възникване при достатъчно ниски температури; Освен това голямата абсолютна стойност на ΔН 0 298 ни позволява да приемем с достатъчна вероятност, че при условия, които не се различават много от стандартните, тази реакция може да протече и в права посока.
Изчисляване на ΔG° 298 реакции . Намираме в таблица_. ΔG o 6 p Fe 2 O 3 (-740,3 kJ/mol) и A1 2 Oz (-1582 kJ/mol) при 298 K и сумирайте: ΔG° 298 = - 1582 - (-740,3) = - 831,7 kJ
Получената отрицателна стойност на ΔG° 298 потвърждава заключението, направено въз основа на оценката на реакцията ΔH 0 298. Близостта на намерените стойности на ΔН 0 298 и ΔG° 298 се дължи по-специално на факта, че по време на разглежданата реакция броят на газовите молекули не се променя (в нашия пример нито изходните вещества, нито продуктите на реакцията са газове). Когато броят на газовите молекули се промени, ентропията на системата може да се промени значително (преходът към газообразно състояние е придружен от силно увеличаване на молекулярното разстройство!), В резултат на което стойностите на ΔG° 298 и ΔH 0 298 може не само да се различава значително по стойност, но дори да има различни знаци(вижте пример 2). Следователно в такива случаи знакът на ΔG° 298 не може да служи като категоричен критерий за посоката на спонтанното протичане на реакцията.
Голямата абсолютна стойност на ΔG° 298, открита за разглежданата реакция, ни позволява да говорим с достатъчна вероятност за възможността тази реакция да протича в посока напред не само при стандартна температура (25 ° C), но и при други температури. В случай на малки абсолютни стойности на ΔG° 298 също и за реакции, протичащи с промяна в броя на газовите молекули, такова заключение не може да се направи; в такива случаи трябва да знаете зависимостта на ΔG° 298 от температурата.
Пример 2.Изчислете ΔH 0 298, топлинния ефект при 298 K и постоянно налягане и ΔG° 298 на реакцията: CuO + C = Cu + CO
ИзчисляванеΔH 0 298 реакции.Намираме в таблицата. 7. ΔH 0 298 CuO (-162,0 kJ/mol) и CO (-110,5 kJ/mol) при 298 K и сумирайте: ΔH 0 298 = -110,5-(-162,0) = 51,5 kJ
Така CuO + C = Cu + CO - 51,5 kJ
Получената стойност ΔН 0 298 е положителна, но малка по абсолютна стойност. Следователно той не може да служи като критерий за посоката на реакцията дори при ниски температури, още повече че в разглеждания случай броят на газовите молекули се променя в резултат на реакцията.
ИзчисляванеΔG° 298 реакции.Намираме в таблицата. _. ΔG° 298 arr CuO (-129,4 kJ/mol) и CO (-137,1 kJ/mol) при 298 K и сумирайте: ΔG° 298 = - 137,1 - (-129,4) = - 7,7 kJ
Получената стойност ΔG° 298 също е малка абсолютна стойност, но отрицателен. Той показва възможността за протичане на реакцията в права посока при стандартни условия, но не дава основание за изводи за нейната посока при условия, различни от стандартните.
IN в този примерразличните знаци на ΔН 0 298 и ΔG° 298 се обясняват с увеличаването на броя на газовите молекули по време на реакцията и свързаното с това увеличаване на ентропията. Ето защо е възможно спонтанното протичане на ендотермичната реакция на редукция на медта.
Пример 3.Изчислете равновесната константа на реакцията:
NH3 + HC1 = NH4C1
Първо, нека определим реакцията ΔG° 298. За да направите това, намираме в таблицата. _. ΔG° 298 NH 3 (-16,7 kJ/mol), HCI (-94,8 kJ/mol) и NH 4 CI (-203,2 kJ/mol) при 298 K и сумирайте:
AG° 98 = - 203.2 - (-16.7 - 94.8) = - 91.7 kJ
Сега заместваме намерената стойност ΔG° 298 в уравнението, получаваме: -91,7 = - 5,71 1g K 298, следователно 1g K 298 = 16; т.е. K 298 = 10 16
Голяма стойностконстантата, която намерихме, показва, че при стандартна температура равновесието
NH3 + HC1 ↔ NH4CI
силно изместен надясно; с други думи, при стандартни условия амониевият хлорид е стабилно съединение.
Таблица _.
Стандартна енталпия на образуване и стандартна енергия на Гибс на образуване на определени вещества при 298 K (25 °C)
Съкратени означения за агрегатното състояние на веществата: g - газообразно, g - течно, j - кристално.
| Вътрешна енергия | U,kJ/mol | Обща енергиясистема, равна на сумата от кинетична, потенциална и други видове енергия на всички частици от тази система. Това е функция на състоянието, чието увеличение е равно на топлината, получена от системата в изохорен процес |
| работа | A, kJ/mol | Енергийна мярка на насочените форми на движение на частиците по време на взаимодействието на система с околната среда |
| Топлина | Q, kJ/mol | Енергийна мярка за хаотични форми на движение на частици по време на взаимодействие на система с околната среда. |
| Първи закон на термодинамиката | ∆Q =∆ U + A | Топлината, подадена към системата, се изразходва за увеличаване на вътрешната енергия на системата и за извършване на работа от системата срещу външни сили на околната среда |
| Ентропия | S, J/(mol∙K) ∆S =Q / T, ∆S 0 r -tions =∑n i S i 0 (продължение). - ∑ n i S i 0 (реф.) | Функция на състоянието, характеризираща степента на разстройство на системата |
| Енталпия | N, kJ/mol ∆Н =∆U + p∆V | Функция на състоянието, характеризираща енергийното състояние на системата при изобарни условия |
| Енталпия на реакцията (следствие от закона на Хес) | ∆Н 0 r-ция =∑n i Н i 0 (продължение). - ∑ n i Н i 0 (реф.)i 0 | Топлинният ефект на реакция при изобарни условия зависи от природата и състоянието на изходните материали и реакционните продукти, но не зависи от пътя, по който протича реакцията |
| Енергия на Гибс | G, kJ/mol ∆G = ∆H- T∆S ∆G 0 r-tions =∑n i G i 0 (продължение). - ∑ n i G i 0 (реф.)i 0 | Свободна енергия, функция на състоянието на системата, като се вземат предвид енергията и разстройството на системата при изобарни условия |
Решение типични задачи
1. Нека напишем уравнението
2. Запишете n
3. Запишете стойностите на DH 0
4. Нека извършим изчисления по формулата: DН 0 реагират = åDН 0 prod -åD Н 0 out
Задача 1. Определете топлинния ефект на реакцията между алуминиев оксид и серен оксид (VI) с образуването на сол - алуминиев сулфат.
Al 2 O 3 (t) + 3SO 3 (t) = Al 2 (SO 4) 3 (t) Запишете n и DH 0
DN 0 298 -1676 -396 -3442
DН 0 реагират = å(n ∙DН 0 прод.) - å(n∙D Н 0 изх.);
където å е знакът за сумиране;
n – стехиометрични коефициенти;
DН 0 - стандартни енталпии на образуване химикали;
Алгоритъм за изчисляване на енталпията на реакция:
1) Съставяме уравнението на реакцията, като посочваме агрегатното състояние на веществата с долния десен индекс.
2) Използвайки таблицата на приложението, намираме стойностите на DН 0 298 за образуването на Al 2 O 3, SO 3, Al 2 (SO 4) 3 и под всеки химически символв уравнението на реакцията подписваме стойността DН 0 298, взета от таблицата с множител, равен на стехиометричния коефициент;
3) Сумираме всички енталпии на продуктите на реакцията и изваждаме от тях сумата от енталпиите на изходните вещества.
4) Изчисление: DН= (-3442) – = -578 kJ, т.е. екзотермична реакция
отговор: DH= -578 kJ.
Задача 2. Какъв е знакът на DH, DS и TDS за екзотермична реакция:
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g)
отговор: реакцията е екзотермична, т.е. DH< 0.
Докато протича, обемът на системата намалява (от 3 mol газообразни веществаОбразуват се 2 бенки), т.е. Д.С.<0, поэтому TDS<0.
Задача 3. В каква посока - напред или назад - протича реакцията 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g)?
а) T=298 0 K (25 0 C), ако DN= -484 kJ, TDS= -26 kJ
b) T=1000 0 K (737 0 C), ако DN= -484 kJ, TDS= -890 kJ
Решение:
Реакцията е възможна, ако е изпълнено условието: DN - TDS< 0
Нека заместим стойностите на DN и TDS в този израз.
а) при T=298 0 K: -484-(-26) = -458 kJ,
тези. реакцията протича в права посока, нейното осъществяване се определя от фактора енталпия.
b) T=1000 0 K: -484-(-890) = 406 kJ,
в права посока реакцията е невъзможна поради ентропийния фактор TDS (по абсолютна стойност) >DN.
Задача 4.
Възможно ли е реакцията на редукция на железен (III) оксид с водород да протече при стандартни условия, ако DS = 0,1387 kJ/mol 0 K? При каква температура ще протече този процес?
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2 Fe + 3H 2 O, DH = 96,61 kJ
Решение:
DG = DH-TDS = 96,61-298×0,1387 = 55,28 kJ/mol;
при стандартни условия тази реакция е невъзможна, т.к DG > 0, при тези условия възниква корозия (реакция на окисляване на желязото).
Нека изчислим температурата, при която тази реакция става възможна (Равновесие: DG = 0 Þ DH=TDS).
отговор : следователно при T ~ 696,5 0 K започва реакцията на редукция на железен (III) оксид.
Задача 5. Определете посоката на реакцията в системата
CH 4 + CO 2 « 2СО + 2Н 2
Нека изчислим стойността на DG 0 298 на директната реакция. В таблицата намираме, че за CH 4 тази стойност е равна на 50,85 kJ/mol, за CO 2 - 394,37 kJ/mol, за CO - 137,15 kJ/mol и за H 2 0 kJ/mol. Според второто следствие от закона на Хес
DG 0 298 = – [(- 50,85) + (- 394,37)] =
170,92 kJ/mol
отговор: Тъй като получената стойност е по-голяма от нула, директна реакция не може да възникне в стандартното състояние на системата.
Задача 6.
Използвайки референтни данни (виж приложението), изчислете промяната в ентропията, енергията на Гибс и енталпията в процеса на усвояване на захарозата в човешкото тяло, което се свежда до нейното окисление:
C 12 H 22 O 11 (k) + 12 O 2 (g) → 12 CO 2 (g) + 11 H 2 O (F)
n mol 1 12 12 11
∆H 0 kJ/mol-2222 0 –393,5 -286
∆ S 0 D w/mol 360 205 214 70
∆ G 0 kJ/mol-1545 0 –394,4 -237
Решение:
∆ H 0 реакция = -
[∆ N 0 изход. (C 12 H 22 O 11 (k)) + 12 ∆ H 0 out (O 2 (g)) ] = - [ -2222 + 12 0] = -5646 kJ/mol;
∆ S 0 реакция = -
[∆ S 0 изход. (C 12 H 22 O 11 (k)) + 12 ∆ S 0 out (O 2 (g)) ] = - = + 723 J/(mol K)
∆ G 0 реакция = -
[∆ G 0 изход. (C 12 H 22 O 11 (k)) + 12 ∆ G 0 out (O 2 (g)) ] = - [ (-1545)- 12 0] = -5794,8 kJ/mol;
отговор: ∆ H 0 реакция = -5646 kJ/mol;
∆ S 0 реакция = + 723 J/(mol K);
∆ G 0 реакция = -5794,8 kJ/mol;
Задачи за индивид самостоятелна работа
53. – 77. Въз основа на стандартните енталпии на образуване ΔН 0 298 и абсолютни ентропии DS 0 298, които са дадени в приложението, за всеки вариант на веществата, определете:
· ΔH 0 298 реакции, DS 0 298 реакции и DG 0 298 реакции.
· Направете заключение за термодинамичната вероятност реакцията да протича при стандартни условия;
· Формулирайте законите на термохимията, които сте използвали за решаване на тази задача.
| опция | Уравнение на реакцията | опция | Уравнение на реакцията |
| CO (g) + H 2 O (l) → CO 2 (g) + H 2 (g) | 2H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2SO 2 | ||
| H 2 + Cl 2 → 2HCl | CO + Cl 2 → COCl 2 | ||
| 2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O | 4NH3 +3O2 → 6H2O + 2N2 | ||
| H 2 +CO 2 →CO + H 2 O | CS 2 + 3O 2 → CO 2 + 2SO 2 | ||
| CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O | Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + +3CO 2 | ||
| C 2 H 4 + 3 O 2 → 2 CO 2 + 2 H 2 O | 2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O | ||
| 4NH 3 +5O 2 → 4 NO + 6 H 2 O | 2CH3OH+3O2 → 2CO2 + 4H2O | ||
| NH3 + HCl →NH4Cl | CO + H 2 O → H 2 + CO 2 | ||
| 2H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 | 2C 2 H 6 +7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O | ||
| 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 | CH 4 +2O 2 →CO 2 + 2H 2 O | ||
| SO 2 + NO 2 → SO 3 + NO | 4HCl + O 2 → 2 H 2 O + 2Cl 2 | ||
| CH4 + 4Cl2 →CCl4 +4HCl | 2PH 3 + 4O 2 → P 2 O 5 + 3H 2 O | ||
| SO 2 + 2H 2 S → 3S + 2 H 2 O |
78. Изчислете промяната в ентропията, когато 1 мол лед при -5 0 C се превърне във водна пара при 105 0 C?
79. Изчислете енергията на Гибс при 373K, ако реакцията ΔH 0 е 13873 J/mol, S = 42,2 J/(mol∙K)
80. Топлинният ефект от реакцията на изгаряне на течен бензен с образуването на водна пара и въглероден диоксид е равен на -3135,58 kJ. Напишете термохимично уравнение за тази реакция и изчислете топлината на образуване на бензен.
81. – 86. Използвайки данните от таблицата, изчислете температурата (K), при която двете посоки на реакцията са еднакво вероятни:
| опция | Уравнение на реакцията | ΔН 0, kJ | ∆S 0, J/(mol∙K) |
| CO 2 (g) + C (t) ↔ 2 CO (g) | +173 | +176 | |
| N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g) | -92 | -201 | |
| CO (g) + H 2 (g) ↔ C (t) + H 2 O (g) | -132 | -134 | |
| 2NO (g) + O 2 (g) ↔ 2NO (g) | -116 | -147 | |
| PCl 5 (g) ↔ PCl 3 (g) + Cl 2 (g) | +88 | +171 | |
| 2NO 2 (g) ↔ N 2 O 4 (g) | -57 | -176 |
Кинетика
Отговорете на въпросите:
1. Каква е кинетичната характеристика химическа реакция?
2. Какво се разбира под скорост на химична реакция?
3. Защо в ур. моментна скоростреакции имат два знака пред производната?
4. Избройте факторите, от които зависи скоростта на химичната реакция.
5. С какво се различава записът? кинетично уравнениеза хомогенни реакции от хетерогенни?
6. Какъв етап сложна реакциянаречено ограничаване?
7. Коя реакция е реакция от първи ред? Кое уравнение го описва?
8. В какъв случай е редът на реакцията и молекулярността на реакцията
а) съвпадат, б) не съвпадат? Кой случай е по-чест?
9. Кое физически смисълскоростни константи? От какви фактори зависи?
10. Каква е размерността на константите на скоростта за реакции от първи и втори ред?
11. Защо в повечето случаи скоростта на химичната реакция зависи от концентрацията на реагиращите молекули?
13. Защо скоростта на реакциите се увеличава с повишаване на температурата? Какво е енергийно активиране? Как и защо се определя?
14. Какви теории знаете, които обясняват зависимостта на скоростта на реакцията от температурата? Какви са техните прилики и разлики?
15. Каква е същността на теорията на Арениус, която описва влиянието на температурата върху скоростта на реакцията?
16. Как скоростта на реакцията зависи от енергията на активиране? Какви източници на молекулярно активиране познавате?
17. Избройте известните ви видове катализа. Какви са характеристиките на каталитичните процеси? Посочете към конкретни примеризначението на катализата в индустрията и живота на живите същества
18. Каква е спецификата и селективността на катализаторите? Покажете това с примери.
19. Защо катализаторите не влияят на изместването на равновесието?
20. Как различни теорииобяснете каталитичното действие? Какви са характеристиките хетерогенна катализа?
21. Каква катализа се нарича ензимна? Какви са характеристиките ензимна катализа? Дайте примери за процеси, протичащи под действието на ензими.
22. Дайте примери за вещества, които са инхибитори на нитрификацията, инхибитори на редокс процесите, които възникват по време на съхранение на продуктите.
23. Дайте пример за химическа реакция, за която би била желателна сравнително ниска енергия на активиране. В какви случаи е желателно да има повече висока енергияактивиране?
24. Известно е, че в почвите, където растат бобови растения, азотът се превръща от въздуха в химически свързана форма, а в зелените растения се осъществява директен синтез на протеини от нитрати и амониеви съединения. Защо при същите температури, концентрации и налягания изброените процеси не са осъществими чисто химическив лаборатория или производствени условия?
25. Какви реакции се наричат фотохимични? Какви количествени модели описват тези процеси?
26. Какъв е ефектът на светлината при фотохимичните реакции?
27. Каква е същността на фотосинтезата? Какви са етапите на фотохимичния процес?
28. Какво е квантов добив?
29. Каква е същността на закона на Гротус? Как зависи количеството вещество, реагирало по време на фотосинтеза, от силата на светлината и времето на облъчване на растението?
30. Каква е същността на закона на Айнщайн за фотохимичната еквивалентност?
Въпроси с множество възможности за избор
31. По време на химична реакция топлинна енергияреакционна система:
а) не се променя; б) се абсорбира
в) изпъква; г) могат да се абсорбират и освобождават.
32. Скоростта на химичната реакция се характеризира с:
а) изменение на количествата вещества за единица време в единица обем или единица площ;
б) времето, през което завършва химичната реакция;
в) число структурни звенавещества, които са влезли в химична реакция;
г) движението на молекули или йони на реагиращи вещества един спрямо друг.
33. Скоростта на химичната реакция между цинка и киселината зависи от:
а) намаляване на налягането;
б) природата на киселината;
в) повишаване на налягането;
г) наличието на катализатор.
34. Когато температурата се повиши с 30 0, скоростта на реакцията ще се увеличи 8 пъти. Какво е равно на температурен коефициентреакции?
а) 8; б) 2; в) 3; г) 4
35. Скоростта на директната реакция N 2 + 3H 2 = 2NH 3 + Q се увеличава, когато:
а) повишаване на концентрацията на азот;
б) намаляване на концентрацията на азот;
в) повишаване на концентрацията на амоняк;
г) намаляване на концентрацията на амоняк
36. Колко пъти ще се промени скоростта на реакцията 2 A + B = 2C, ако концентрацията на веществото A се намали 2 пъти?
а) ще се увеличи 4 пъти; б) ще намалее 2 пъти
в) ще намалее 4 пъти; г) ще се увеличи 2 пъти.
37. Химично равновесие- това е състояние обратима реакция, в който:
а) скоростните константи на правата и обратната реакция са равни
б) концентрациите на реагентите и продуктите на реакцията са равни
в) скоростите на правата и обратната реакция са равни
г) скоростта на обратната реакция е нула
38. Катализатор:
а) увеличава броя на сблъсъците на молекулите на реагентите за единица време
б) увеличава скоростта на движение на молекулите на реагентите
в) намалява енергията на активиране на реакцията
г) увеличава топлинния ефект на реакцията
39. Колко пъти ще се промени скоростта на реакцията 2A + B = 2C, ако концентрациите на веществата A и B се удвоят?
а) ще се увеличи 8 пъти; б) ще намалее 8 пъти;
в) ще намалее 4 пъти; г) ще се увеличи 4 пъти.
40. Какво характеризира промяната в концентрацията на реагиращите частици:
а) скорост на реакция; б) ред на реакция;
в) молекулярност; г) енергия на активиране.