Сформулируйте закон Гесса и проиллюстрируйте его на каких-либо примерах

ОТВЕТ: Закон Гесса (1840 г.) — количество теплоты, выделяющееся при каком-либо химическом процессе, всегда одно и то же, протекает ли данное химическое превращение сразу или в несколько стадий. Суммарный тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий, а зависит лишь от начального и конечного состояния системы. Рассмотрим пример, поясняющий закон Гесса.
Сульфат натрия Na2SO4 можно получить двумя путями из едкого натра NaOH. Один путь включает только одну стадию, а во второй - две стадии, с промежуточным получением кислой соли NaHSO4: Первый путь (одностадийный): 2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O + 131 кДж; Второй путь (двухстадийный):
а) NaOH + H2SO4 = NaНSO4 + H2O + 62 кДж
б) NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O + 69 кДж Согласно закону Гесса, тепловой эффект получения сульфата натрия из NaOH не зависит от способа получения. Действительно, складывая тепловые эффекты двух последовательных реакций в способе (2) мы получаем тот же тепловой эффект, что и для способа (1): 65 кДж + 69 кДж = 131 кДж. Кстати, почленное сложение двух последних уравнений дает первое уравнение реакции.

7. Почему 2 начало термодинамике неразрывно связано с понятием энтропия? Почему для определения направления недостаточно основного критерия механики-понижение энергии системы?

ОТВЕТ: 2 начало термодинамики дает возможность определить направление процесса в различных термодинамических системах. для изолированной системы справедливо след соотношение: энтропия изолированной системы всегда или увел или остаётся постоянной. все процессы всегда необратимы и протекают в одну сторону-ув энтропии. если в механике необходимым и достаточным критерием осуществления самопроизвольного процесса является убыль потенциальной энергии системы, то в хим процессах где присутствует хим форма движения все обстоит значительно сложнее.

8.расскажите о статистической интерпретации энтропии. Как энтропия связана с числом микросостояния?

ОТВЕТ: Классическая термодинамика рассматривает происходящие процессы безотносительно к внутреннему строению системы; поэтому в рамках классической термодинамики показать физический смысл энтропии невозможно. Для решения этой проблемы Больцманом в теорию теплоты были введены статистические представления. Каждому состоянию системы приписывается термодинамическая вероятность (определяемая как число микросостояний, составляющих данное макросостояние системы), тем большая, чем более неупорядоченным или неопределенным является это состояние. Т.о., энтропия есть функция состояния, описывающая степень неупорядоченности системы. Количественная связь между энтропией S и термодинамической вероятностью W выражается формулой Больцмана: С точки зрения статистической термодинамики второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом: Система стремится самопроизвольно перейти в состояние с максимальной термодинамической вероятностью. Статистическое толкование второго начала термодинамики придает энтропии конкретный физический смысл меры термодинамической вероятности состояния системы.

9. Каков критерий направления процесса в изолированной системе? обоснуйте этот критерий.

ОТВЕТ: В соответствии со смыслом функции S можно дать след определение: в изолированной системе самопроизвольные процессы протекают в сторону ув энтропии. таким образом если в результате процесса S больше 0, то процесс термодинамически возможен если же S меньше нуля, то его самопроизвольное протекание в изолированной системе исключается приведенная формулировка составляет смысл 2 начала термодинамике для изолированных систем.

10. В чём ошибочность положения Бертло-Томсена о возможности протекания только самопроизвольного экзотермического процесса?

ОТВЕТ: Кроме того, принцип Бертло-Томсена противоречил факту осуществления обратимых химических превращений, а их было большинство. Например, при определенных условиях многие металлы окисляются до оксидов, а последние при высоких температурах диссоциируют с выделением кислорода и образованием металла. Процессы растворения многих твердых веществ в жидкостях сопровождаются поглощением теплоты, но они все же протекают самопроизвольно. Вместе с тем обратный процесс разделения компонентов раствора на чистые вещества сам по себе осуществляться на может. Очевидно, что принцип Бертло-Томсена не в состоянии объяснить указанные явления. Однако принцип Бертло-Томсена противоречит термодинамике и самому факту существования химического равновесия. Как было показано выше, в зависимости от соотношения между концентрациями реагирующих веществ реакция может самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. При этом в одном случае она будет сопровождаться выделением тепла, а в другом - его поглощением. Экзотермические реакции, например, образования сульфидов переходных металлов, при относительно низких температурах идут практически до конца, а при высоких температурах происходит диссоциация этих соединений. Принципу БертлоТомсона также противоречит существование самопроизвольных процессов, сопровождающихся поглощением тепла, например, растворение многих солей в воде. Следовательно, величина изменения ΔH реакции не может служить мерой химического сродства. Такой мерой является величина ΔG, определяемая уравнением: ΔG = ΔH - TΔS, где ΔH и ΔS - изменения энтальпии и энтропии реакции.