Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Теоретическая часть. Методические указания по решению задачСтр 1 из 10Следующая ⇒ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания по решению задач индивидуального задания для студентов I курса всех специальностей и форм обучения
Новосибирск 2009
Методические указания разработаны: к.х.н., доцентом С. В. Сысоевым, к.х.н., доцентом В. А. Шестаковым, к.х.н., Т. М. Крутской
Утверждены методической комиссией СТФ ____________2009г.
Рецензенты: -Н.А. Старцева, к.х.н., доцент кафедры химии (НГАСУ). -Т.П. Чусова, к.х.н., старший научный сотрудник ИНХ СО РАН
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
DН0f – стандартная энтальпия образования вещества при Т = 298 K, кДж/моль DН0r – изменение энтальпии в реакции при стандартных условиях, кДж DН0пл – молярная энтальпия плавления вещества, кДж/моль DН0исп – молярная энтальпия испарения вещества, кДж/моль S0(B) – стандартная энтропия вещества при Т = 298 K, Дж/моль× К DS0r – изменение энтропии в реакции при стандартных условиях (Т = 298 К), Дж/ К DG0f – стандартная энергии Гиббса образования вещества при Т = 298 K, кДж/моль DG0r – изменение энергии Гиббса реакции при стандартных условиях, кДж Т – температура, К P – давление, Па m(B) – масса вещества с формульной единицей В M(B) – молярная масса вещества, г/моль n(B) = m(B)/ M(B) – количество вещества, моль VО(B) – объем газообразного вещества при нормальных условиях VmО(B) – молярный объем газообразного вещества при нормальных условиях, л/моль Z(В) – эквивалентное число nэк(B) = n(B) . Z(В) – количество вещества эквивалентов, моль-эк Mэк(B) = M(B)/ Z(В) – молярная масса вещества эквивалентов, г/моль-эк VэкО(B) = VmО(B)/Z(В) – молярный объем эквивалентов газообразного вещества, л/моль-эк (н.у.) (н.у.) – нормальные условия, T=273K, P=101,3кПа (с.у.) – стандартные условия, T=298K, P=101,3кПа С.О.(Э) – степень окисления элемента I. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ Теоретическая часть В процессах химических превращений веществ из исходных реагентов (начальное состояние химической системы) в продукты реакции (конечное состояние) происходит изменение числа и свойств химических связей, а значит, и изменение энергии системы. Поэтому любая химическая реакция характеризуется некоторым энергетическим эффектом. Обычно энергетический эффект представляют как выделение или поглощение теплоты (Q) и называют тепловым эффектом реакции, хотя в реакции могут изменяться и другие формы энергии (электрическая, электромагнитного излучения). В изобарных условиях (p=const) тепловой эффект химической реакции QP равен изменению энтальпии реакции: QP = DU + pDV = DH. Энтальпия и другие термодинамические функции (внутренняя энергия, энтропия, свободная энергия Гиббса) являются экстенсивными величинами, т. е. величинами зависящими от количества вещества. Поэтому тепловой эффект химической реакции должен быть соотнесен с определенным числом молей вещества n (В), участвующим в процессе. При этом количество вещества связано с массой данной порции вещества или с объемом газообразного вещества при нормальных условиях соотношениями: n(B) = m(B)/ M(B) (1), n(B) = VО(B)/ 22,4. (2). Таким образом, тепловой эффект реакции при p = const и стандартных условиях (p= 1 атм = 101323 Па, Т = 298 К, газ идеальный), отнесенный к тем количествам веществ, которые указаны в уравнении реакции, называется стандартной энтальпией химической реакции (В) и измеряется в Дж или кДж. При этом количество определенного вещества равно соответствующему стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции (n (B)). Если теплота в ходе реакции выделяется < 0, то реакция называется экзотермической. Если теплота в ходе реакции поглощается, то > 0 и реакция называется эндотермической. Уравнение реакции, записанное с указанием теплового эффекта и агрегатного состояния реагирующих веществ, называется термохимическим уравнением. Например: N2 (г) + 3H2 (г) = 2NH3 (г); = -92,4 кДж. Данная запись означает, что при взаимодействии 1 моль азота (n(N2)) и 3 моль водорода (n(H2)) образуется 2 моль аммиака (n(NH3)) и при этом выделяется соответствующее количество теплоты. Одной из основных количественных характеристик вещества является его с тандартная энтальпия образования DH°f(В). Эти величины молярные, отнесены на 1 моль вещества (кДж/моль) и являются справочными величинами. Стандартной энтальпией образования сложного вещества называется тепловой эффект изобарного процесса (изменение энтальпии) образования 1 моль вещества при стандартных условиях из соответствующего количества молей простых веществ, находящихся в стандартном состоянии и при стандартных условиях. Стандартным состоянием вещества называется такое его химическое и агрегатное состояние, которое наиболее устойчиво при стандартных условиях. Стандартные энтальпии образования простых веществ (В) принимаются равными нулю. Например, стандартная энтальпия образования кристаллического Na2CO3 (тв) равна тепловому эффекту следующей реакции: 2Na(тв)+C(тв, графит) +1,5O2(Г)=Na2CO3(тв), = (Na2CO3 (тв)). Данная запись означает, что при взаимодействии 2 моль твердого натрия (термодинамически устойчивое состояние при стандартных условиях) с 1 моль твердого углерода (графита, а не алмаза) и 1,5 моль газообразного молекулярного кислорода O2 (стандартное состояние), образуется 1 моль сложного вещества Na2CO3(тв). Важно, что в правой части уравнения 1 моль сложного вещества, а в левой части соответствующее количество простых веществ в стандартном состоянии (коэффициенты могут быть и дробными). Зная величины стандартных энтальпий образования участвующих в химической реакции веществ (В) можно рассчитать энтальпию химической реакции . В основе расчетов лежит одно из следствий закона Гесса, которое для произвольной реакции: nA A + nB B = nC C + nD D (3), может быть записано следующим образом: = Snj (продукты) - Sni (исходные) = = (nC (C) + nD (D)) -(nA (A) + nB (B)) (4). Первый член этого уравнения является суммой произведений стандартных энтальпий образования продуктов реакции на соответствующие стехиометрические коэффициенты. Второй член – аналогичная сумма для исходных веществ. При расчете не следует забывать о знаках энтальпий образования и помнить, что полученные величины относятся к тому числу молей, которые указаны в уравнениях реакций (3). Проводя ту или иную реакцию, совсем не обязательно берут строго стехиометрические количества реагентов, соответствующие коэффициентам в уравнении реакции -n(B). Количество вещества может быть любым другим - n(В). Тогда другим будет и тепловой эффект, обозначим его . Но соотношение между количествами реагирующих и образующихся веществ останется прежним. Составим пропорцию: на n(В) моль вещества ® изменение энтальпии , на n(В) моль этого вещества ® изменение энтальпии . Решая пропорцию относительно , получаем: = ×n(B)/n(B) (5). В данном разделе два основных типа задач: 1. Расчет теплового эффекта процесса Q = с использованием соотношения (5) при заданном количестве вещества n(В), массы m(В) или объема VО(B); 2. Расчет количества вещества (массы, объема) с использованием соотношения (5) при известном количестве выделяемой или поглощаемой теплоты . И в том и в другом случае энтальпия реакции рассчитывается по уравнению (4) с использованием справочных данных для (В). В приведенных задачах предполагается, что зависимостью величин энтальпии реакции от температуры можно пренебречь, а условия проведения процесса близки к стандартным.
|