Заказ №38828

Для обратимой химической реакции (табл.1): 1. Определите тепловой эффект прямой реакции при Т=298К: а) при Р=const; б) при V=const. Эндотермическим или экзотермическим является процесс? 2. Не производя расчетов, укажите, как изменяется энтропия (увеличивается или уменьшается), если протекает прямая реакция. Прогноз подтвердите расчетом стандартной энтропии химической реакции. 3. Определите, в каком направлении возможно протекание реакций (прямом или обратном) при температуре t, если все ее участники находятся в стандартном состоянии. 4. Если есть температура, при которой устанавливается равновесие в системе, где протекает данная реакция, рассчитайте ее. Зависимостью ∆𝐻𝑇 0 и ∆𝑆𝑇 0 от температуры пренебречь.

Таблица 1 № варианта Уравнение реакции t, о С 1 4HCl(г)+O2(г)↔2Cl2(г)+2H2O(ж) 200

Решение:

1. Определите тепловой эффект прямой реакции при Т=298К: а) при Р=const; б) при V=const. Эндотермическим или экзотермическим является процесс? 565 Параметры состояния, которые не поддаются непосредственному измерению и зависят от основных параметров, называются функциями состояния (внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, термодинамические потенциалы). Изменение величины хотя бы только одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом. Термодинамическое состояние системы называют равновесным, если оно характеризуется постоянством термодинамических параметров во всех точках системы и не изменяется самопроизвольно (без затраты работы). В химической термодинамике свойства системы рассматриваются в ее равновесных состояниях. В ходе химической реакции (переходе системы из одного состояния в другое) изменяется внутренняя энергия системы U: ∆U = U2-U1 (1.1) где U2 и U1 - внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях. Значение ∆U положительно (∆U> 0), если внутренняя энергия системы возрастает. Изменение внутренней энергии можно измерить с помощью работы и теплоты, так как система может обмениваться с окружающей средой веществом или энергией в форме теплоты Q и работы А. Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики: Q = ∆U + A (1.2) Выражение (1.2) означает, что теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на работу системы над окружающей средой. Энтальпия системы и ее изменение. Работу А можно разделить на работу расширения A = p×∆V (p = const) (1.3) и другие виды работ А' (полезная работа), кроме работы расширения: A = A' + p×∆V, (1.4) где р - внешнее давление; ∆V, - изменение объема (∆V, = V2 – V1); V2 - объем продуктов реакции; V1 - объем исходных веществ. Соответственно уравнение (1.2) при постоянном давлении (p=const)запишется в виде: Qp = ∆U + A' + p××∆V,. (1.5) Если на систему не действуют никакие другие силы, кроме постоянного давления, т. е. при протекании химического процесса единственным видом работы является работа расширения, тоА' = 0. В этом случае уравнение (1.2) запишется так: Qp = ∆U + p××∆V, (1.6) Подставив ∆U = U2-U1, получим: QP=U2 -U1+ pV2 + pV1=(U2 +pV2)-(U1 + pV1). (1.7) Характеристическая функция 566 U + pV = H (1.8) называется энтальпией системы. Это одна из термодинамических функций, характеризующих систему, находящуюся при постоянном давлении. Подставив уравнение (1.8) в (1.7), получим: Qp = H2-H1=∆Hr (1.9) Как видно из уравнения (1.9), в случае изобарного процесса (р = const), теплота, подведенная к системе, равна изменению энтальпии системы. Таким образом, изменение энергии системы при изобарных процессах характеризуют через энтальпию этих процессов ∆Hr. Изменение энергии системы при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы расширения, называется тепловым эффектом химической реакции (энтальпией реакции). Для изохорного процесса (V-const): QV =-∆U (1.10) Энтальпия (теплота) образования - это тепловой эффект реакции образования 1 моль сложного вещества из простых веществ: ∆fH [Дж/моль; кДж/моль]. Обычно в расчетах используют стандартные энтальпии образования. Стандартная энтальпия образования ∆fH0 (298 K) это тепловой эффект образования 1 моль сложного вещества из простых веществ при стандартных условиях (T = 298,15 K и p = 101,3 кПа). Стандартные энтальпии образования простых веществ, устойчивых в стандартных условиях (газообразный O2, кристаллический I2 и т.д.) принимают равными нулю. Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния; ее изменение (∆H) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода. Теплоты химических процессов, протекающих при p, T=const и V, T = const, называют тепловыми эффектами. При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и ∆H0 (Н2>Н1). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражается через ∆rH. Термохимические расчеты основаны на законе Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода