Термодинамика химических процессов

Важнейшие понятия. Термодинамическая система. Параметры состояния. Функции состояния, понятие о полном дифференциале. Компонент и фаза. Работа и теплота. Понятие внутренней энергии си- стемы. Первое начало термодинамики. Понятие энтальпии. Соотноше- ния между энтальпией, теплотой и внутренней энергией. Закон Гесса. Стандартное состояние. Стандартная энтальпия образования вещества. Вычисление энтальпий реакций из величин стандартных энтальпий образования или сгорания исходных и конечных веществ. Способы расчета энергии связей. Энергия ионной кристаллической решетки. Цикл Борна-Габера. Энтальпия гидратации ионов. Энтальпия гидрато- образования. Влияние температуры на тепловой эффект реакции. Теп- лоемкость. Закон Кирхгофа. Изменение энтальпии и направление про- текания реакций.

Второе начало термодинамики. Понятие энтропии. Статистиче- ская интерпретация энтропии. Стандартная энтропия вещества. Влия- ние температуры на величину энтропии. Третий закон термодинамики и гипотеза Планка. Изменение энтропии при фазовых переходах. Из- менение энтропии и направление протекания реакций.

Понятие энергии Гиббса. Соотношение между энергий Гиббса, энтальпией и энтропией системы. Стандартная энергия Гиббса образо- вания вещества. Влияние температуры на величину энергии Гиббса. Изменение энергии Гиббса и направление протекания реакций. Роль энтальпийного, энтропийного факторов и температуры в оценке направления и полноты протекания реакций. Энергия Гиббса образо- вания вещества и его термодинамическая устойчивость. Термодина- мически устойчивые и неустойчивые вещества. Получение термоди- намически неустойчивых веществ. Понятие о термодинамическом и кинетическом контроле в химических реакциях.

Вопросы

4.1.1. Почему законы термодинамики применимы только к систе- мам, состоящим из большого числа частиц?

4.1.2. Чем отличаются замкнутая и изолированная системы? Можно ли последнюю сконструировать экспериментально?

4.1.3. Какие параметры характеризуют состояние термодинамиче- ской системы?

4.1.4. В чем состоит различие между термодинамическими парамет- рами и функциями состояния?

4.1.5. Что такое работа и теплота? Как они связаны со способами передачи энергии?

4.1.6. Что такое внутренняя энергия? Можно ли рассчитать ее абсо- лютное значение, и может ли оно быть отрицательным?

4.1.7. Как формулируется Первый закон термодинамики и каково его математическое выражение?

4.1.8. Что представляют собой изотермические, изобарические и адиабатические процессы?

4.1.9. Что такое энтальпия процесса? Каков знак изменения энталь- пии (Δ H) для экзо- и эндотермических процессов?

4.1.10. Как формулируются законы Гесса и Лавуазье-Лапласа?

4.1.11. Что называется стандартным состоянием газообразного веще- ства, вещества в конденсированной фазе и стандартным со- стоянием раствора?

4.1.12. Что такое стандартная энтальпия образования вещества?

4.1.13. Как можно вычислить энтальпии реакций из величин стан- дартных энтальпий образования или сгорания исходных и ко- нечных веществ?

4.1.14. Что такое энергия связи? Как можно рассчитать ее по закону Гесса?

4.1.15. Что такое энергия ионной кристаллической решетки? Со- ставьте схемы цикла Борна-Габера для расчета энергии кри- сталлической решетки галогенидов и оксидов щелочных и щелочноземельных металлов.

4.1.16. От каких факторов зависит энтальпия растворения различных веществ? Что такое интегральная теплота растворения?

4.1.17. Почему энтальпия растворения газов обычно отрицательна, а энтальпия растворения твердых веществ может иметь различ- ный знак?

4.1.18. Что такое энтальпия гидратации и как она может быть опреде- лена?

4.1.19. От чего зависит энтальпия гидратации ионов и как она влияет на энтальпию растворения твердых веществ?

4.1.20. Почему процессы растворения многих кристаллогидратов эн- дотермичны, а соответствующих безводных солей – экзотер- мичны?

4.1.21. Что представляет собой тепловой эффект реакции нейтрализа- ции? Почему стандартная теплота нейтрализации сильных кислот щелочами практически постоянна, а для слабых кислот и оснований различна и зависит от их природы?

4.1.22. Является ли энтальпия образования простых веществ и соеди- нений элементов периодическим свойством? Приведите при- меры.

4.1.23. В чем состоит отличие истинного равновесия от метастабиль- ного? Приведите примеры метастабильных равновесий для фазовых переходов и химических процессов.

4.1.24. В каких случаях справедлив принцип максимальной работы Бертло-Томсена? Приведите примеры реакций, которые нель- зя объяснить на основе этого принципа.

4.1.25. Как формулируется Второй закон термодинамики и каково его математическое выражение?

4.1.26. Что такое энтропия? Какова ее размерность? Как энтропия связана с термодинамической вероятностью состояния?

4.1.27. Для каких систем изменение энтропии служит строгим крите- рием необратимости процессов?

4.1.28. Что такое стандартная энтропия образования вещества? Мо- жет ли она быть отрицательной? Почему, в отличие от энталь- пии, стандартная энтропия образования простых веществ не равна нулю?

4.1.29. В чем состоит третий закон термодинамики – тепловой закон Нернста? У всех ли веществ при температуре 0 К энтропия равна нулю?

4.1.30. Как зависит энтропия от температуры и давления? Как опре- деляют изменение энтропии при фазовых переходах?

4.1.31. Почему для одного и того же вещества изменение энтропии при плавлении значительно меньше, чем изменение ее при па- рообразовании?

4.1.32. Как связана стандартная энтропия со сложностью молекул, твердостью, аморфностью и степенью дисперсности веще- ства?

4.1.33. Является ли энтропия образования простых веществ и соеди- нений элементов периодическим свойством? Приведите при- меры.

4.1.34. Что означают понятия «связанная энергия» и «свободная энергия» (энергия Гиббса)? Почему энергия Гиббса называет- ся изобарно-изотермическим потенциалом?

4.1.35. Для каких систем изменение энергии Гиббса служит строгим критерием необратимости процессов? Как изменяется изобар- но-изотермический потенциал при переходе системы к истин- ному равновесию?

4.1.36. Какие изменения энтальпии и энтропии благоприятствуют са- мопроизвольному протеканию процесса в разных условиях? При каких значениях Δ H и Δ S самопроизвольный процесс не- возможен?