Тема 2. Термодинамическое равновесие

1 2 3 4 5 6 7

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................................4

Тема 1Основы химической термодинамики -...................................5

Тема 2Термодинамическое равновесие.............................................7

Тема 3 Коллоидные состояния………………………………….…...9

Тема 4 Фазовые равновесия................................................................11

Тема 5 Двухкомпонентные системы...................................................13

Тема 6 Трехкомпонентные системы...................................................15

Тема 7 Растворы. Количественная характеристика растворов........17

Тема 8 Ациклические углеводороды..................................................19

Тема 9 Непредельные углеводороды.................................................21

Тема 10 Алкины....................................................................................23

Тема 11 Производные ациклических углеводородов......................24

Тема 12 Кислород содержащие производные углеводородов……..26

Тема 13 Полимерные композиции......................................................29

Тема 14 Кремнийорганические соединения......................................30

Тема 15 Поверхностно-активные и вяжущие вещества...................32

ВВЕДЕНИЕ

Изучение теоретического курса химии cтроительных материалов обязательно сопровождается выполнением практических работ студентов, что также является одной из особенностью кредитной системы обучения. К выполнению практических работ можно приступить тогда, когда будет начато теоретическое изучение курса. На лекциях даются теоретические разделы более сложных тем программы, методические рекомендации для самостоятельного изучения отдельных разделов химии В помощь студентам специально разработаны активные раздаточные материалы – АРМы, где приводятся краткое содержание лекции, контрольные вопросы, тестовые задания и задания СРС, СРСП, указаны сроки сдачи и формы самостоятельной работы, список основной и дополнительной литературы. Для лучшего усвоения изучаемого материала на практических занятиях теория закрепляется решением примеров и задач.

Цель данной методической работы – дать рекомендации студентам при выполнении практических работ по разделам химии строительных материалов.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Тема 1. Основы химической термодинамики

В химической термодинамике изучается применение законов термодинамики к химическим и физико – химическим явлениям и рассматриваются главным образом:

1) тепловые балансы процессов;

2) фазовые равновесия для индивидуальных веществ и смесей;

3) химическое равновесие.

Тепловые балансы составляются на основе первого закона (начала) термодинамики. Фазовые и химические равновесия анализируются на основе второго и третьего законов (начал) термодинамики.

Всякий объект термодинамического изучения называется системой. Совокупность тел, могущих обмениваться между собой или с другими телами энергией и веществом называется термодинамической системой.

Первый закон термодинамики устанавливает связь между полученной и выделенной теплотой, количеством произведенной или полученной работы и изменением внутренней энергии.

Если в результате протекания химической энергии система поглотила количества теплоты Q и совершила работу А. то изменение внутренней энергии ΔU определяется уравнением:

ΔU = Q –А

Химические реакции чаще осуществляются при постоянном давлении Р

(ΔР = 0, изобарный процесс). В подобных случаях для характеристики процесса удобнее пользоваться не внутренней энергией U, а энтальпией Н. которая определяется соотношением:

Н = U + Р dV

При постоянстве давления Р:

ΔН = d U + Р dV

ΔН = Q_р, где Q_р–тепловой эффект реакции, протекающий при постоянном давлении. Для экзотермической реакции Q_р< 0, для эндотермической - Q_р>0

Критерий осуществимости процесса в том или ином направлении устанавливаются вторым законом термодинамики. Второй закон определяет какие из процессов в рассматриваемой системе при заданных температуре давлении, концентрациях могут протекать самопроизвольно, каково количество работы, которая может быть получена при этом, и каков предел возможного самопроизвольного течения процессов, т.е. каково состояние равновесия в данных условиях. Второй закон дает возможность определить далее, какими должны быть внешние условия, чтобы интересующий нас процесс мог происходить в нужном нам направлении и в требуемой степени. С помощью второго закона можно определить количество работы, необходимой для проведения процесса, и зависимость этого количества от внешних условий.

Все это имеет большое значение как для исследования теоретических проблем физической химии, так и для решения различных задач прикладного характера.

Решение практических примеров и задач

1. Расчеты тепловых эффектов химических реакций.

2. Рассчитать теплоты реакций окисления окиси углерода и графита до СО₂.

1) С (гр) + О₂ = CO₂; ΔH₁˚ = - 94052 кал;

2) СО + ½ О₂= CO₂; ΔH₂˚ = - 67640 кал.

Найти ΔH˚ для реакций:

3) С (гр) + ½ О₂= CO; ΔH₃˚ =?

4) С (гр) + CO₂= 2CO; ΔH₄˚ =?

3. Зависимость теплового эффекта от температуры.

Вопросы для компьютерного тестирования

1. Химическая термодинамика изучает:

тепловые балансы физико – химических процессов, фазовые и химические равновесия;

тепловые балансы физико – химических процессов, фазовые и химические равновесия не изучает;

внутреннюю структуру вещества;

механизм протекания реакции;

внутреннюю структуру вещества и механизм протекания реакции.

2. Термодинамической системой называют:

тело или группу тел, выделяемых для рассмотрения;

малое число молекул;

обмен механической энергии;

обмен тепловой энергии с веществом;

внутренняя структура вещества.

3. Изолированная система:

не обменивается с внешней средой энергией и веществом;

обменивается с внешней средой энергией и веществом;

не обменивается молекулами;

обменивается с внешней средой только энергией;

обменивается молекулами.

4. Система называется закрытой:

если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом;

если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия и обмен веществом;

если между ней и внешней средой идет обмена молекулами;

если между ней и внешней средой никакой обмен не идет;

если между ней и внешней средой обмен только энергией.

5. Состояние системы характеризуется:

объемом, давлением, температурой, массой, химическим составом;

энергией, массой;

только температурой;

химическим составом;

только давлением.

Тема 2. Термодинамическое равновесие

Химическое равновесие – это такое состояние системы, в которой скорость прямого процесса равна скорости обратного процесса. Характерной чертой химического равновесия является динамичность. Рассмотрим общее термодинамическое условие равновесия.

dF = - pdV – SdT - изохорно – изотермической процесс, энергия Гельмгольца.

dQG = VdV – SdT – изобарно – изотермический процесс, энергия Гиббса.

Для обратимых изобарно – изотермических процессов

dG = 0. Для изохорно – изотермических процессов

dF = 0. Для необратимых процессов, которые протекают в закрытой системе;

dG < 0, т.к dG < - SdT + VdP

dF < 0, т.к dF < - SdT - PdV

Так как самопроизвольные изобарно и изохорно – изотермические процессы сопровождаются уменьшением G и F, то равновесие в таких системах наступит при наименьшим значением этих функций:

(∂G)_P_,_T = 0; (∂²G)_P_,_T > 0 условия равновесия

(∂F)_V_,_T = 0; (∂² F)_V_,_T > 0

Для того, чтобы оценить возможность самопроизвольного протекания реакции и охарактеризовать удаленность системы от состояния равновесия (а также найти величину полезной работы, которую можно получить при обратимом проведении реакции), надо рассчитывать для превращения стехиометрических количеств веществ в реакционной смеси данного состава при постоянных Р и Т.