Понятие гальванического элемента

ЛЕКЦИЯ № 10. Гальванические элементы

Акон Кирхгоффа

Закон Кирхгоффа. Интегральная форма уравнений Кирхгоффа

Закон Гесса

Понятие термохимии

ЛЕКЦИЯ № 9. Термохимия

Раздел физической химии и химической термодинамики, изучающий тепловые процессы теплоемкости веществ, называется термохимией.

δ Q = dU + δ A – первый закон термодинамики. δ Q – не является функцией состояния. P = const || V = const – функции состояния при этих условиях. δ Q_P = dH || δ Q_V= dU_вн – функции состояния при этих условиях.

При изобарных и изохорных условиях теплота является функцией состояния.

В 1840 г. Г. Н. Гесс формулирует закон: «Тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий, а зависит только от начального и конечного состояния системы».

δ Q_P = dH,

δ Q_V = dU_вн,

Q_P = Δ H,

Q_V = Δ U_вн.

Современная формулировка закона Гесса – общие приращения энтальпии при переходе начальных веществ в продукты реакции не зависят от того, через какие промежуточные стадии прошла реакция.

Закон Гесса позволяет рассчитать тепловые эффекты или приращение энтальпии только при стандартных условиях (р = 1 атм = 10⁵ Па, Т = 273 К + 25 = 298 К).

Теплоты при стандартных условиях сведены в таблицу (справочник под редакцией Нищенко). Для индивидуальных веществ: С, Н₂, Fe и др. – Δ Н = 0.

Следствия из закона Гесса:

1) энтальпия образования 1 моля соединения из простых веществ не зависит от способа получения;

2) теплоты сгорания – «теплота реакции равна сумме теплот сгорания исходящих веществ за вычетом теплот сгорания продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов»

где r – реакции;

c – композиция;

3) теплоты образования – «тепловой эффект реакции равен разности между теплотами образования всех веществ, указанных в правой части уравнения (продукт реакции), и теплотами образования всех веществ, указанных в левой части уравнения».

где f – формация.

Пример 1. Рассчитать тепловой эффект реакции этерификации спирта.

Пример 2. Рассчитать тепловой эффект реакции, протекающей по уравнению:

Это уравнения Кирхгоффа в дифференциальной форме.

Когда идет изменение функции по t – температурный коэффициент:

Закон Кирхгоффа: температурный коэффициент теплового эффекта равен изменению теплоемкости данного процесса.

Интегральная форма уравнений Кирхгоффа:

интегральная форма уравнений Кирхгоффа, Т ₁ = 298 К.

1) Δ СР ≠ f(T)

усредненное Δ Н при Т ₁ – по закону Гесса;

2) Δ СР = f(T)

Пример 3. Рассчитать тепловой эффект химической реакции при Т= 1000 К (реакция сгорания С₂Н₅ОН).

С₂Н₅ОН + 30₂ = 2С0₂ + ЗН₂0 (самостоятельно).

Все реакции – как реакции образования:

Т = 1000 к.

Гальванический элемент – прибор, который преобразовывает химическую энергию в электрическую. Одним из таких элементов является элемент Даниэля – Якоби. Этот элемент состоит из двух электродов: цинкового и медного, – погруженных в соответствующие сульфатные растворы, между которыми пористая перегородка:

При замыкании внешней цепи электроны переходят от Zn к Cu, происходит диффузия цинка в медь:

Образуем электрохимическую схему:

Анод – отрицательный электрод (слева). Катод – положительный электрод.

Для определения ЭДС этого элемента нужно сравнить стандартные электродные потенциалы обоих электродов. При записи электродных реакций принято, что окисленная форма находится в левой части, а восстановленная – в правой части уравнения.

где E ⁰ – электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента, когда все реагенты в стандартном состоянии.

ЭДС элемента вычисляется вычитанием из потенциала катода потенциала анода.

ЭДС элемента равна +0,34 – (–0,76) = 1,1 В; чем больше электродные потенциалы отличаются друг от друга, тем больше ЭДС. Если погрузить металл в раствор соли большей концентрации, то потенциал нестандартный. Значит, на величину электродного потенциала влияет концентрация и температура. Такая зависимость выражается уравнением В. Нернста.

где п – число ионов;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – температура;

С – концентрация активных ионов в растворе;

F – число Фарадея = 96500 В.