Студопедия — Тема 10. Термодинамика
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Тема 10. Термодинамика






Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp, равные изменению энтальпии системы DН. Значение DН приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г — газообразное, ж — жидкое, к — кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.

Если в результате реакции выделяется теплота, то < 0.

Стандартные теплоты (энтальпии) образования некоторых веществ приведены в приложении.

Пример 1. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

 

С2Н6(г) + 3, 5О2 = 2 СО2(г) + 3 Н2О(ж); = -1559, 87 кДж.

 

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2(г) и Н2О(ж).

 

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через DН. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид

2С (графит) + ЗН2(г) = С2Н6(г); DН =?

исходя из следующих данных:

а) С2Н6(г) + 3, 5О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж); DН =-1559, 87 кДж;

б) С (графит) + О2(г) = СО2(г); DН = -393, 51 кДж;

в) H2(r) + 0, 5O2 = Н2О(ж); DН = -285, 84 кДж.

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) — на 3, а затем сумму этих уравнений вычислить из уравнения (а):

С2Н6 + 372О2 - 2C - 2О2- ЗН2 -3/2О2 = 2СО2 + ЗН2О -2СО2 - ЗН2О

= -1559, 87 - 2(-393, 51) - 3(-285, 84) = +84, 67 кДж;

= -1559, 87 + 787, 02 + 857, 52; С2Н6 = 2С + ЗН2;

= + 84, 67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то ,. = -84, 67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:

хр = 2 СО2 + З - -3, 5

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю

= 2(-393, 51) + 3(-285, 84) + 1559, 87 = -84, 67.

Пример 2. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением

С2Н5ОН(ж) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 3Н2О(ж); DН =?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что молярная теплота парообразования С2Н5ОH(ж) равна +42, 36 кДж, а теплоты образования С2Н5ОН(г), СО2(г), Н2О(ж).

Решение. Для определения DН реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С2Н5ОН(ж) = С2Н5ОН(г); DН = +42, 36 кДж

= -235, 31 -42, 36 = -277, 67 кДж.

Вычисляем DН реакции, применяя следствия из закона Гесса:

хр = 2(-393, 51) + +3(-285, 84) + 277, 67 = -1366, 87 кДж.

Пример 3. В каком состоянии энтропия моль вещества больше при одинаковой температуре: в кристаллическом или парообразном?

Решение. Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) расположены упорядоченно и могут находиться лишь в определенных точках пространства, а для газа таких ограничений нет. Объем 1 моль газа гораздо больше объема 1 моль кристаллического вещества; возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия 1 моль паров вещества больше энтропии 1 моль его кристаллов при одинаковой температуре.

Пример 4. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

СН4(г) + СО2 → 2СО(г) + 2Н2(г)

Решение. Вычислим прямой реакции. Значения соответствующих веществ приведены в табл. 6. Зная, что есть функция состояния и что для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим процесса:

= 2(-137, 27) + 2(0) - (-50, 79 - 394, 38) = + 170, 63 кДж.

То, что > 0, указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т = 298К и давлении взятых газов равном 1, 013 · 105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм).

Пример 5. На основании значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии веществ вычислите DG0 реакции, протекающей по уравнению

СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г)

Решение. DG0 = DН0 - TDS0; DН и DS — функции состояния, поэтому

;

= (-393, 51 + 0) - (-110, 52 - 285, 84) = +2, 85 кДж;

= (213, 65 + 130, 59) - (197, 91 + 69, 94) = +76, 39 = 0, 07639 кДж/(моль · К);

= +2, 85-298 0, 07639 = -19, 91 кДж.

Пример 6. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению

Fe2O3(к)+ ЗН2(г) - 2Fe(к) + ЗН2О(г); DН = +96, 61 кДж

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии DS = 0, 1387 кДж/(моль·К)? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

Решение. Вычисляем DGo реакции:

DG = DH - TDS = 96, 61 - 298 · 0, 1387 = +55, 28 кДж.

Так как DG > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой DG=0

Следовательно, при температуре ≈ 696, 5 К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример 7. Вычислите DH0, DS и DG0r реакции, протекающей по уравнению

Fe2O3(K) + ЗС = 2Fe + ЗСО

Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 углеродом при 500 и 1000К?

Решени е. DН°р и DS°p находим из соотношений (1) и (2):

= [3(-110, 52) + 2 · 0]- [-822, 10 + 3 · 0] = -331, 56 + 822, 10 = +490, 54 кДж;

= (2 · 27, 2 + 3 · 197, 91)-(89, 96 + 3 · 5, 69) = 541, 1 Дж /(моль·К).

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

DG 500 = 490, 54— = +219, 99 кДж;

 

кДж

Так как DG500 > 0, a DG1000 < 0, то восстановление Fe2O3 возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 700. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Образование соседних чисел Фрагмент: Программная задача: показать образование числа 4 и числа 3 друг из друга...

Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Краткая психологическая характеристика возрастных периодов.Первый критический период развития ребенка — период новорожденности Психоаналитики говорят, что это первая травма, которую переживает ребенок, и она настолько сильна, что вся последую­щая жизнь проходит под знаком этой травмы...

Условия, необходимые для появления жизни История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни...

Метод архитекторов Этот метод является наиболее часто используемым и может применяться в трех модификациях: способ с двумя точками схода, способ с одной точкой схода, способ вертикальной плоскости и опущенного плана...

Примеры задач для самостоятельного решения. 1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P   1.Спрос и предложение на обеды в студенческой столовой описываются уравнениями: QD = 2400 – 100P; QS = 1000 + 250P...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия