Термодинамика и кинетика химического процесса

Редактор Г.М.Звягина

Корректор Л.А.Петрова

Подписано в печать 28.10.2003. Формат бумаги 60х84/16. Бумага документная.

Печать трафаретная. Усл.печ. л. 7, 25. Уч-изд. л. 8, 25. Тираж 350 экз. Заказ №

Балтийский государственный технический университет

Типография БГТУ

190005, С-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д.1

 

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................. 3

1.ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА................................................................. 3

1.1.Основные понятия и определения..................................................................................... 3

1.1.1.Термодинамическая система.......................................................................................... 3

1.1.2.Термодинамический процесс......................................................................................... 4

1.1.3.Термодинамические функции состояния..................................................................... 6

1.2.Тепловые эффекты физико-химических процессов........................................................ 7

1.2.2.Первое начало термодинамики...................................................................................... 8

1.2.3.Тепловой эффект химической реакции........................................................................ 8

1.2.4.Термохимические расчеты........................................................................................... 10

1.2.5.Зависимость теплового эффекта реакции от температуры....................................... 11

1.3. Направление и пределы протекания химического процесса....................................... 13

1.3.1.Второе начало термодинамики.................................................................................... 13

1.3.2.Энтропия........................................................................................................................ 13

1.3.3.Направление химического процесса........................................................................... 15

1.3.4. Химический потенциал............................................................................................... 18

2. КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ......................................................... 19

2.1. Механизм химической реакции....................................................................................... 20

2.1.1.Частицы, участвующие в химической реакции......................................................... 20

2.1.2.Классификация химических реакций......................................................................... 21

2.2. Элементарная химическая реакция............................................................................... 22

2.2.1.Скорость химической реакции.................................................................................... 23

2.2.2.Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ 24

2.2.3. Константа скорости химической реакции................................................................. 25

2.3.Формальная кинетика гомогенных реакций.................................................................. 29

2.3.1.Кинетическое уравнение необратимой реакции первого порядка.......................... 30

2.3.2. Кинетическое уравнение необратимой реакции второго порядка......................... 31

2.3.3.Реакции нулевого и высших порядков....................................................................... 32

2.3.4. Зависимость скорости реакции от температуры....................................................... 32

2.3.5.Определение кинетических параметров реакции..................................................... 33

2.3.6.Кинетическое уравнение обратимой реакции первого порядка.............................. 34

2.4. Цепной механизм химической реакции.......................................................................... 35

2.5. Индуцированные реакции............................................................................................... 36

2.5.1. Фотохимические реакции........................................................................................... 37

2.5.2.Радиационно–химические процессы.......................................................................... 38

2.6.Макрокинетика................................................................................................................ 39

2.6.1.Гетерогенные реакции.................................................................................................. 40

2.6.2.Горение и взрыв............................................................................................................ 41

2.7.Катализ............................................................................................................................. 42

2.7.1.Гомогенный катализ..................................................................................................... 43

2.7.2.Гетерогенный катализ................................................................................................... 43

3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ........................................................................ 43

3.1.Термодинамическое условие химического равновесия.................................................. 44

3.1.1. Изобара реакции........................................................................................................... 45

3.1.2. Изотерма реакции......................................................................................................... 45

3.2. Кинетическое условие химического равновесия........................................................... 46

Константа равновесия.......................................................................................................... 46

3.3. Расчет равновесного состава газовой смеси............................................................... 49

3.4. Равновесия в растворах.................................................................................................. 52

3.4.1.Растворы......................................................................................................................... 52

3.4.2. Электролитическая диссоциация............................................................................... 54

3.4.3.Ионное произведение воды. Водородный показатель.............................................. 55

3.4.4.Растворы кислот и оснований..................................................................................... 56

3.4.5.Буферные растворы....................................................................................................... 56

3.4.6. Гидролиз солей............................................................................................................. 57

3.4.7.Обменные реакции с образованием осадка................................................................ 58

3.5. Фазовые равновесия........................................................................................................ 59

3.5.1. Правило фаз Гиббса..................................................................................................... 59

3.5.2.Диаграмма состояния однокомпонентной системы.................................................. 59

3.5.3. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы................................................. 61

3.5.4. Кипение и кристаллизация растворов....................................................................... 62