|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Первый закон термодинамики и применение его к химическим процессамХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ В ПРИМЕНЕНИИ К ХИМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ Первый закон термодинамики и применение его к химическим процессам Положение 1-го закона термодинамики записывается в виде равенства . Для того чтобы применить это уравнение к химическим процессам, следует учесть, что протекание химических реакций связано с изменением состояния атомов и электронов в молекулах реагирующих веществ. При этом происходит изменение внутренней энергии, которое может проявиться в виде теплоты или работы. При написании 1-го закона термодинамики применительно к химическим процессам следует учесть, что: - в отличие от технической термодинамики все уравнения, как правило, записываются не для 1 кг, а для 1 кмоль вещества; - в величину работы входит не только работа расширения или сжатия газа, но и работа в результате действия электрических, световых и других сил, которые могут проявляться входе химической реакции. Работа в химической термодинамике обозначается буквой А. При принятых замечаниях условия 1-го закона термодинамики, применительно к химическим реакциям, имеет вид , (16.1) где ∆U – убыль внутренней энергии системы; Q – теплота реакции; А –работа реакции. Таким образом, выделение теплоты в реакции и совершение работы осуществляется за счет изменения внутренней энергии системы. В химической термодинамике принято считать, что: - уменьшение внутренней энергии положительно, а увеличение внутренней энергии отрицательно; - теплота, выделившаяся в результате экзотермической реакции положительна, а поглощенная в результате эндотермической реакции, отрицательна. Таким образом, в соответствии с принятым выше , или . Работа реакции складывается из работы расширения или сжатия L, отнесенной к 1 моль, и работ электрических, магнитных, световых и других сил, обозначенных через Ах. Следовательно, работа реакции равна . (16.2) Так как , то . (16.3) Изменение внутренней энергии может распределяться между теплотой и работой различно, и возможны крайние случаи, когда: а)максимум внутренней энергии превращается в работу , (16.4) где ─ максимальная работа реакции; при этом в реакции выделяется минимум теплоты, не превращенной в работу; б) в реакциях, кроме работы расширения и сжатия, другой работы не производится ; в этом случае имеем наибольшее количество теплоты и минимум работы . (16.5) В первом случае реакция протекает в условиях полной обратимости, а во втором она не обратима.
16.2Теплоты реакций Раздел химической термодинамики, занимающийся изучением теплот реакций, называется термохимией. В химических процессах изменение состояния системы может характеризоваться не двумя, как в технической термодинамике, а тремя или более параметрами (например, давление, удельный объем, концентрация). При этом в процессе изменения состояния могут оставаться постоянными два параметра. Так как имические реакции рассматриваются идущими при постоянной температуре, то реакция, идущая при постоянном объеме, называется изохорно-изотермической (V, T)= const, а реакция, идущая при постоянном давлении, называется изобарно-изотермической (р, Т)=const. Для реакций между твердыми и жидкими телами или для газовых реакций, идущих в постоянном объеме, dV=0, , , (16.6) где – теплота изохорно-изотермической реакции, соответствующая изменению внутренней энергии. Для химической реакции, протекающей при постоянном давлении, , , , (16.7) где – теплота реакции при постоянном давлении. Теплота химической реакции при и отсутствии всех видов работы, кроме работы расширения, сжатия, называется тепловым эффектом реакции, как это принято в физической химии. Тепловой эффект реакции при (16.8) где и – начальная и конечная энтальпии системы. В зависимости от вида реакции ( или ) получаются различные теплоты реакций. Связь между ними может быть получена исходя из соотношений (16.7) и (16.8). Подставив значение в формулу (16.8) имеем . (16.9) Если в реакции участвуют газообразные вещества, то из уравнения состояния идеального газа , где n ─ число молей газа в объеме V; R ─ универсальная газовая постоянная, равная R = 8,3143 кДж/(моль∙град); для изобарно-изотермической реакции () (16.10) Подставляя выражение (16.10) и (16.9), получим . (16.11) Таким образом, связь между теплотами реакций (рТ) = const или (VТ) = const зависит как от температуры, при которой идет реакция, так и от изменения в ней числа молей, газообразных реагентов. При ∆n>0, например, в реакции* (* обозначения в вышеприведенных примерах означают: (Т) – твердое, (Ж) – жидкое и (Г) – газообразное состояния). кДж /моль, то . В этом случае система совершает работу расширения. Если ∆n<0, примером такой реакции может служить реакция кДж / моль, то . При этом система воспринимает работу, совершаемую внешней средой (работу сжатия). Если число молей в реакции остается постоянным ∆n=0, например в реакции кДж/моль, то . При составлении термохимических уравнений важно знать, в каком состоянии находятся реагирующие вещества, так как величина теплоты реакции зависит от их агрегатного состояния. Обычно в термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, фигурируют теплоты реакций при постоянном давлении, . При вычислении величины изменения энтальпии не имеет значения, какое состояние берется за начало отсчета. В термохимии принято за стандартное состояние – состояние элементов при Т = 298 К и р = 1,0133 бар. Для элементов в стандартном состоянии величина равна нулю. (Нижний индекс в этой величине указывает на стандартную абсолютную температуру, верхний – на стандартное давление). Теплота образования вещества из элементов, определенная при стандартных условиях, называется стандартной теплотой образования и обозначается . Большинство соединений образуется из элементов с выделением теплоты и соответственно табличные величины стандартных теплот образования отрицательны и лишь для немногих эндотермических соединений, например NОх (), – положительны. Стандартная теплота сгорания представляет собой изменение энтальпии при реакции данного вещества с элементарным кислородом, причем исходные вещества и продукты реакций должны быть взяты при стандартных условиях. Стандартная теплота какой-либо реакции может быть определена с помощью ряда таких реакций образования и сгорания, которые бы в сумме составили изучаемую реакцию. Стандартные эффекты реакций представляют собой изменение энтальпии реагентов в результате химической реакции до продуктов реакции в стандартных условиях. Обычно теплоты образования известны для неорганических соединений, а теплоты сгорания для органических. При расчете двигателей внутреннего сгорания и воздушно-реактивных двигателей используют теплоту сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделенной при полном сгорании 1 кг или 1 м3 топлива. Теплоту сгорания топлива определяется опытным путем в бомбе при постоянном объеме – НuV или в калориметре при постоянном давлении Нup . Разница между и не превышает 0,5– 1,5%, поэтому принимают .
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.) |