Элементы химической термодинамики

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

К величинам, характеризующим химические системы, относятся внутренняя энергия (U), энтальпия (Н), энтропия (S) и энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал (G). Они связаны между собой следующими соотношениями:

где p, V, Т - соответственно давление, объем и температура. Поскольку U, H, S представляют собой функции состояния системы, т.е. не зависят от способа и пути, которыми это состояние достигнуто, то их изменение может быть определено как разность между их значениями в конечном и начальном состояниях.

Протекание химических реакций связано с изменением этих термодинамических величин и сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты или в виде работы. При этом, согласно первому началу термодинамики, количество энергии, которое выделяется или поглощается системой, равно изменению внутренней энергии dU этой системы.

где dQ - тепловая энергия, которая поглощается или выделяется при протекании химической реакции, иными словами, тепловой эффект реакции.

Реакции, в которых теплота выделяется, называются экзотермическими реакциями, а реакции, сопровождающиеся поглощением тепла - эндотермическими реакциями. Уравнение химической реакции, включающее в себя величину и знак теплового эффекта, называется термохическим уравнением.

Для изохорных процессов (V= const) тепловой эффект реакции равен изменению внутренней энергии системы: Q_V = DU; для изобарных процессов - изменению энтальпии Q_р = DН. Это легко можно показать, используя уравнение (1). Таким образом, тепловой эффект химической реакции при изобарных или изохорных процессах не зависит от пути проведения химической реакции, а определяется только начальным и конечным состояниями. Это утверждение получило название закона Гесса и положено в основу термохимических расчетов.

Поскольку большинство химических реакций протекает при постоянном давлении, тепловой эффект этих реакций может быть рассчитан как разность суммы стандартных теплот (энтальпий) образования продуктов реакции и исходных веществ:

DH^o_х.р.= (Sn_i× DH_i^o_f)_{продукты} - (Sn_j× DH_j^o_f)_{исходные вещества},

где n - коэффициенты в уравнении реакции, моль.

Стандартной энтальпией (теплотой) образования сложного вещества называется тепловой эффект образования 1 моля этого вещества из простых, термодинамически устойчивых веществ при стандартных условиях. За стандартные условия приняты Р =1, 013× 10⁵ Па и Т=298 К. Стандартные энтальпии образования простых, термодинамически устойчивых веществ приняты равными нулю. Величины стандартных энтальпий образования сложных веществ обозначают как DН^о_f₂₉₈ и приводятся в справочниках. Размерность DН^о_f₂₉₈ - кДж/моль.

Рассчитать тепловой эффект химической реакции

по известным значениям стандартных теплот образования (кДж/моль): NaOH(тв)- -426, 6, Na₂CO₃(тв)- -1129, CO₂(г)- -393, 51, H₂O(ж)- -285, 8.

DH^o_х.р.= (Sn_i× DH_i^o_f)_{продукты} - (Sn_i× DH_i^o_f)_{исходные вещества} =

=[1× DН^о_f298(Na₂CO₃)+1× DН^о_f298(H₂O)]- [2× DН^о_f298(NaOH)+1× DН^о_f298(CO₂)]=

Термохимическое уравнение этой реакции может быть записано в виде

Замечание: размерность DH^o_х.р - кДж, т. к. размерность DН^о_f₂₉₈ - кДж/моль, а размерность n - моль.

Учитывая теплоту образования газообразного диоксида углерода DН^о_f₂₉₈(СО₂)= -393, 5кДж/моль и термохимическое уравнение

вычислить стандартную теплоту образования N₂O(г).

DH^o = [1× DН^о_f₂₉₈(CO₂) + 2× DН^о_f₂₉₈(N₂)] -[1× DН^о_f₂₉₈(С) + 2× DН^о_f₂₉₈(N₂O)],

DН^о_f₂₉₈(N₂O)=1/2× [DH^o + DН^о_f₂₉₈(С)- DН^о_f₂₉₈(CO₂) - 2DН^о_f₂₉₈(N₂)]=

Исходя из термохимического уравнения может быть рассчитано количество выделенной или поглощенной теплоты по известной массе одного из реагирующих веществ, и, наоборот, по известному количеству выделенной теплоты, соответствующей известной массе хотя бы одного участника химической реакции, может быть составлено термохимическое уравнение.

Определить количество теплоты, которое выделится при гашении 100 г негашеной извести водой при 25^оС, если известны стандартные теплоты образования веществ, участвующих в химической реакции.

DH_р^o = (Sn_i× DH_i^o_f)_прод. - (Sn_i× DH_i^o_f)_исх.в. = 986, 2 + 635, 1 + 285, 8 = -65, 3 кДж.

В соответствии с уравнением реакции, это количество тепла (65, 3 кДж) выделяется на 1 моль СаО. Определим количество вещества СаО, вступившего в химическую реакцию по условию задачи:

Тогда количество выделившегося тепла определяется из соотношения

Составить термохимическое уравнение горения углерода, если известно, что при сгорании 24 г угля выделяется 804, 48 кДж тепла..

Тепловой эффект этой химической реакции соответствует сгоранию 1 моля (12 г) угля. По условию задачи, сгорело 24 г угля, что составляет 24г/12 (г/моль)=2 моля. Следовательно, на 1 моль С выделяется