Методические указания по теме 1.2 Основы химической термодинамики

При изучении данной темы необходимо уяснить понятие теплоемкости и взаимосвязь между изобарной и изохорной теплоемкостью газов. Обратить внимание на закон Гесса и применение его для расчета тепловых эффектов различных реакций. Рассмотреть приложение первого закона термодинамики к химическим процессам.

Уяснить уравнение, связывающее Q_p и Q_v, вычислять теплоты образования неорганических веществ и теплоты сгорания органических веществ по формуле Д.П. Коновалова и с использованием справочной литературы.

При изучении второго закона термодинамики необходимо обратить внимание, что закон устанавливает: возможен или невозможен при данных условиях тот или иной процесс; до какого предела он может протекать и какая наибольшая полезная работа совершается при этом. Обратите внимание, что на основании второго закона термодинамики

U = F + TS,

где F – свободная энергия системы, т.е. часть внутренней энергии, которая способна преобразовываться в полезную работу при постоянной температуре; TS – связанная энергия, часть внутренней энергии не способной превращаться в работу.

Обратите внимание, что применительно к химическим процессам второй закон термодинамики можно сформулировать: всякое химическое взаимодействие, при неизменных давлении или объеме и постоянстве температуры, протекает в направлении уменьшения свободной энергии системы.

Необходимо уяснить, что пределом протекания химических реакций (т.е. условием равновесия) является достижение некоторого минимального для данных условий значения свободной энергии системы G или F.

Значения термодинамических функций при стандартных условиях t=25⁰C и Р = =101325 Па приводятся в справочных таблицах.

 

Пример 1 Определить теплоту сгорания этилена

С₂Н₄ + 3О₂ ® 2СО₂ + 2Н₂О + Q

Исходя из следующих данных:

2C_гр + 2Н₂ = С₂Н₄ – 62, 01 кДж/моль (а)

C_гр + 2О₂ = СО₂ + 393, 9 кДж/моль (б)

Н₂ + ½ О₂ = Н₂О + 284, 9 кДж/моль (в)

Решение. В данном случае можно воспользоваться двумя методами.

1-й метод. Комбинируя заданные термохимические уравнения, исключим водород и углерод, которые не участвуют в реакции горения. Для этого уравнение (б) умножаем на 2 и вычитаем из него уравнение (а):

2С_гр + 2О₂ = 2СО₂ + 787, 8

2С_гр + 2О₂ = С₂Н₄ – 62, 01

2О₂ – 2Н₂ = 2СО₂ - С₂Н₄ +849, 81

Полученный результат складываем по численно с уравнением (в), предварительно умножив его на 2:

2О₂ + 2Н₂ = 2СО₂ – С₂Н₄ + 849, 8

2Н₂ + 2О₂ = 2Н₂О_(ж) + 569, 80

3О₂ = 2СО₂ – 2Н₂О_(ж) + С₂Н₄ + 1419, 61

 

или С₂Н₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О_(ж) + 1419, 61 кДж/моль

 

Qc₂н₄ = 1419, 61 кДж/моль

 

2-й метод. Применяем 1-е следствие закона Гесса, поскольку все приведённые в условии задачи тепловые эффекты являются теплотами образования соответственно этилена, диоксида углерода и жидкой воды из простых веществ (теплоты образования простых веществ применяются равными нулю):

Пример 2 Определить разность между и при 25°С для следующих реакций.

1. N₂ + 3H₂ = 2NH₃

2. 2C_гр. + О₂ = 2СО

3. 3С₂Н₂ ® С₆Н₆.

Решение: Применяем формулу взаимосвязи изобарного и изохорного теплового эффекта.

1. Находим , где

n₁- число молей газообразных исходных вещевств;

n₂-число молей газообразных конечных веществ.

2.

Пример 3 Теплота образования Q_р. Аммиака равна 46, 26кДж/кмоль при 25°С. Определить теплоту образования Q_v. Аммиака при этой же температуре.

Решение. Согласно условию можно записать:

1/2N₂ + 3/2H₂ = NH₃ + 46, 26 кДж/моль (или 46260 кДж/кмоль)

Находим изменение числа молей газа

Из соотношения находим Q_v.

Вопросы для самоконтроля

 

1 Что называется теплоемкостью вещества?

2 Теплоемкость газов. Взаимосвязь между С_v и С _р.

3 Что называется внутренней энергией? От чего она зависит?

4 Что называется тепловым эффектом реакции?

5 Вывести взаимосвязь между изобарным и изохорным тепловым эффек­том.

6 Закон Гесса. Следствия из закона Гесса.

7 Что называется теплотой образования?

8 Как рассчитывается тепловой эффект неорганических реакций?

9 Что называется теплотой сгорания?

10 Как рассчитывается тепловой эффект органических реакций?

11 Как рассчитывается теплота образования органических веществ?

12 Что называется внутренней энергией? От чего она зависит?

13 Что называется тепловым эффектом реакции?

14 Что такое необратимые и обратимые процессы?

15 Что такое «связанная» и «свободная» энергия?

16 Закон Кирхгофа.

17 Каким способом можно получить перегретый пар?

18 Какой пар называют влажным, сухим насыщенным и перегретым?

19 Как можно определить параметры паров?

20 Что является основными параметрами водяного пара?

Литература: [1], с.27-54, с.57-70; [2], с.71-107; [3], с.43-61, с.68-85; [4], с.27-54, с.77-85

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I ГЛАВА. НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МУЗЫКАЛЬНЫХ ШКОЛ
2. I. Естествознание в системе науки и культуры
3. I. Методические указания к изучению курса
4. I. Теоретические основы использования палочек Кюизенера как средство математического развития дошкольников.
5. I. Теоретические основы экономического воспитания детей старшего дошкольного возраста посредством сюжетно-ролевой игры
6. II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ (ГРАФИЧЕСКИХ) РАБОТ
7. II. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ПСИХИАТРИИ
8. III. Работа по теме урока Представление журналов
9. IV. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
10. V. Продолжение работы по теме урока
11. А затем по милости Аллаха решил собрать всё, что смог по теме, которую я указал в заглавие.
12. А НЕ О СИСТЕМЕ: КОРОТКАЯ ПОЗИЦИЯ ПО ФУНТУ СТЕРЛИНГОВ, НЕПРЕРЫВНЫЕ ФЬЮЧЕРСЫ