2022-01-07
82
2.2. Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики является выражением закона сохраниения энергии, который утверждает, что в любой изолированной системе общий запас энергии сохраняется постоянным. Применение этого закона для выяснения связи между внутренней энергией, работой и теплотой составляет суть первого начала термодинамики.
В любом процессе изменение внутренней энергии системы равно разности количества теплоты Q, сообщенной системе, и работы А, совершенной системой:
DU = Q - A; Q = DU + A (2.1)
2.3. Термохимия.
Термохимия - раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций и базирующийся на первом начале термодинамики.
Тепловым эффектом реакции называется теплота химического процесса при постоянном объеме или давлении, постоянной температуре и отсутствии всех видов работ, кроме работы расширения.
Теплота изохорно-изотермического процесса
|
|
|
Qp = DU + pDV = U2 - U1 = (U2 + pV2) - (U1 + pV1) = H2 - H1 = DH
H2 H1
Энтальпия Н - энергия расширенной системы, отличается от внутренней энергии на величину работы расширения, H = U + pV. В реакциях с участием только твердых или жидких веществ объемы исходных веществ и продуктов приблизительно одинаковы, поэтому DН ≈ DU. В реакциях с участием газов объем может заметно изменяться, тогда
DU = DН - DnRT, (2.2)
где Dn - изменение числа молей газообразных веществ, R - универсальная газовая постоянная, равная 8.314 Дж/К моль.
Основным законом термохимии является закон Гесса:
Тепловой эффект химической реакции не зависит от пути проведения реакции, а определяется только химическим составом, агрегатным состоянием участников реакции.
Используя закон Гесса, можно рассчитывать тепловые эффекты одних реакций, зная тепловые эффекты других. Для практических расчетов часто пользуются величинами энтальпий образования и энтальпий сгорания веществ.
Энтальпией образования вещества DНобр. называется изменение энтальпии реакции образования 1 моля сложного вещества из простых.
Стандартная энтальпия образования DН0298 обр. - это энтальпия образования, измеренная при стандартных условиях (Т = 298 К, Р = 101,3 кПа).
Значения DН0298 обр. сложных веществ сведены в таблице (см. приложения).
Энтальпия любой химической реакции DН0298 х.р. может быть рассчитана по стандартным энтальпиям образования ее участников (исходных веществ и продуктов реакции) по следующему уравнению:
|
|
|
DН0298 х.р. = å DН0298 обр. прод. - åDН0298 обр. исх. в-в (2.3)
Энтальпией сгорания DН сг. вещества называется энтальпия реакции окисления 1 моля его кислородом до высших оксидов.
Стандартная энтальпия сгорания DН0298 сг. - величина энтальпии сгоранияя, измеренная при стандартных условиях.
Энтальпия любой химической реакции DН0298 х.р. может быть вычислена также и по стандартным энтальпиям сгорания ее участников (ур. 2.4):
DН0298 х.р. = å DН0298 сг.исх.в-в. - åDН0298 сг. прод. (2.4)
Пример 2.3.1.
При сгорании 1 л водорода, измеренного при нормальных условиях (н.у.), выделяется 12.75 кДж тепла. Определить энтальпию образования Н2О (ж.).
Решение.
Образование 1 моля воды происходит при сгорании 22.4 л водорода. Составим пропорцию:
1 л - 12.75 кДж
22.4 л - х кДж х = DН0298 обр. н2о (ж.) = - 285.6 кДж/моль
Пример 2.3.2.
Определить изменение внутренней энергии системы DU0298 х.р. в реакции сгорания графита
2С + О2(г.) = 2СО (г.)
Решение.
Известно, что DU = DH - DnRT.
DH0298 = 2 DH0298 (CO) - DH0298 (O2) - 2 DH0298 (C) = - 2 DH0298 (CO), так как DH0298 обр. простых веществ равны нулю. Тогда DH0298 х.р. = 2 (- 110.35) = - 220.7 кДж.
Изменение числа молей в реакции Dn = 2 - 1 = 1.
Следовательно, DU0298 х.р. = - 220.7 - 1 (8.31*10-3 *298) = - 223.8 кДж
