Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
razdel_3._energetika_himicheskih_processov.pdf
Скачиваний:
45
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
144.01 Кб
Скачать

РАЗДЕЛ 3

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Системой называется комплекс взаимодействующих между собой физических тел, фактически или мысленно обособленных от окружающей среды.

Энергетическое состояние системы (реакции) и происходящие в ней изменения характеризуются четырьмя термодинамическими функциями и при этом рассматривается их изменение ( ) при переходе из одного состояния системы в другое.

1.Внутренняя энергия ( U, кДж) характеризует состояние системы при V=const.

2.Энтальпия ( Н, кДж) характеризует состояние системы при

Р=const.

Н– это энергия расширения системы или тепловой эффект системы (химической реакции).

Тепловым эффектом ( Н) химической реакции называется количество выделившейся или поглощенной теплоты при протекании реакции.

Эндотермический процесс (

Н<0) – теплота выделяется

Экзотермический процесс (

Н>0) – теплота поглощается

CaCO3 = CaO + CO2

( Н = + 178 кДж/моль)

Теплотой образования (стандартной энтальпией образования Н0298, кДж/моль) называется количество выделившейся или поглощенной теплоты при образовании одного моля сложного вещества из про-

стых веществ.

В различных агрегатных состояниях теплота образования для одного и того же вещества будет неодинаковой.

H2

(г) + 1/2O2

(г) = H2O (пар)

Н0298

= 241,6 кДж/моль

H2

(г) + 1/2O2

(г) = H2O (ж)

Н0298

= 285,8 кДж/моль

H2

(г) + 1/2O2

(г) = H2O (лед)

Н0298

= 291,9 кДж/моль

Теплота образования простого вещества равна 0.

Закон Лавуазье – Лапласа (1780 г.)

Теплота образования сложного вещества из простых равна теплоте разложения этого вещества на простые, взятой с противоположным знаком.

Нобр = + Нразл

Закон Гесса (1840 г.)

Тепловой эффект реакции зависит от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

45

Следствие из закона Гесса Тепловой эффект химической реакции равен разности между

суммой теплот образования полученных продуктов и суммой теплот образования исходных веществ.

DН0 = åDН0298 (ПОЛ. ПР.) – åDН0298 (ИСХ. В-В)

где: DН0 – тепловой эффект реакции;

åDН0298 (ПОЛ. ПР.) – сумма теплот образования полученных продуктов (кДж);

åDН0298 (ИСХ. В-В) – сумма теплот образования исходных веществ (кДж). 3. Энтропия (S, Дж/(моль·K)) – мера беспорядка в системе

DS = åS0298 (ПОЛ. ПР.) åS0298 (ИСХ. В-В)

где DS – изменение энтропии системы (реакции);

åS0298 (ПОЛ. ПР.) – сумма стандартных энтропий полученных продуктов (Дж/(моль·К));

åS0298 (ИСХ. В-В) – сумма стандартных энтропий исходных веществ (Дж/(моль·К)).

DS может определять возможность самопроизвольного протекания

реакции в прямом направлении, если DS > 0 и процесс не сопровождается энергетическими изменениями. Если процесс сопровождается выделением или поглощением энергии, то кроме знака DS необходимо учитывать значение DН.

4. Свободная энергия ( G, кДж/моль) или энергия Гиббса опре-

деляет возможность самопроизвольного протекания химической реакции в прямом направлении.

Протекание химической реакции в прямом направлении возможно при DG < 0; невозможно при DG > 0; равновесие при DG = 0. Свободную энергию (DG) можно вычислить из выражений:

DG = DH TDS

где DG –изменение свободной энергии реакции;

DH –тепловой эффект реакции; DS – изменение энтропии реакции; Т – температура (К).

DG = åDG0298 (ПОЛ. ПР.) åDG0298 (ИСХ. В-В)

где åDG0298 (ПОЛ. ПР.) – сумма изменений стандартных свободных энергий полученных продуктов;

åDG0298 (ИСХ. В-В) – с сумма изменений стандартных свободных энергий исходных веществ;

DG = R·T·lnK

где R – газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К); T – температура (К); ln K – натуральный логарифм константы химического равновесия.

DG = n·E·F

где n – количество принятых или потерянных электронов; E – электродвижущая сила гальванического элемента (В); F – постоянная Фарадея (≈96500 Кл/моль).

46

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]