| Внутренняя энергия | U,кДж/моль | Полная энергия системы, равная сумме кинетической, потенциальной и других видов энергии всех частиц этой системы. Это функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изохорном процессе |
| Работа | А, кДж/моль | Энергетическая мера направленных форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой |
| Теплота | Q, кДж/моль | Энергетическая мера хаотических форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой. |
| Первый закон термодинамики | ∆Q =∆ U + A | Теплота, подведенная к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил окружающей среды |
| Энтропия | S , Дж/(моль∙К) ∆S =Q / T, ∆S 0 р -ции =∑n i S i 0 (прод). - ∑ n i S i 0 (исх.) | Функция состояния, характеризующая меру неупорядоченности системы |
| Энтальпия | Н, кДж/моль ∆Н =∆U + p∆V | Функция состояния, характеризующая энергетическое состояние системы в изобарных условиях |
| Энтальпия реакции (следствие из закона Гесса) | ∆Н 0 р-ции =∑n i Н i 0 (прод). - ∑ n i Н i 0 (исх.)i 0 | Тепловой эффект реакции при изобарных условиях зависит от природы и состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от пути по которому протекает реакция |
| Энергия Гиббса | G,кДж/моль ∆G = ∆H- T∆S ∆G 0 р-ции =∑n i G i 0 (прод). - ∑ n i G i 0 (исх.)i 0 | Свободная энергия, функция состояния системы, учитывающая энергетику и неупорядоченность системы в изобарных условиях |
Решение типовых задач
1. Запишем уравнение
2. Выпишем n
3. Выпишем значения DН 0
4. Проведем расчеты по формуле: DН 0 реак = åDН 0 прод -åD Н 0 исх
Задача 1. Определить тепловой эффект реакции взаимодействия оксида алюминия и оксида серы (VI) с образованием соли – сульфата алюминия.
Al 2 O 3 (т) + 3SO 3 (т) = Al 2 (SO 4) 3 (т) Выпишем n и DН 0
DН 0 298 -1676 -396 -3442
DН 0 реак = å(n ∙DН 0 прод) - å(n∙ D Н 0 исх);
где å- знак суммирования;
n – стехиометрические коэффициенты;
DН 0 - стандартные энтальпии образования химических веществ;
Алгоритм действия по вычислению энтальпии реакции:
1) Составляем уравнение реакции, правым нижним индексом указываем агрегатное состояние веществ.
2) По таблице приложения находим значения DН 0 298 образования Al 2 O 3 , SO 3 , Al 2 (SO 4) 3 и под каждым химическим символом в уравнении реакции подписываем значение DН 0 298 , взятое из таблицы с множителем, равным стехиометрическому коэффициенту;
3) Суммируем все значения энтальпий продуктов реакции и вычитаем из них сумму энтальпий исходных веществ.
4) Расчет: DН= (-3442) – = -578 кДж, т.е. реакция экзотермическая
Ответ: DН= -578 кДж.
Задача 2. Какой знак имеет DН, DS и TDS для экзотермической реакции:
2Н 2 (г) + О 2 (г) = 2Н 2 О (г)
Ответ : реакция экзотермическая, т.е. DН < 0.
При ее протекании объем системы уменьшается (из 3 моль газообразных веществ образуется 2 моль), т.е. DS<0, поэтому TDS<0.
Задача 3. В каком направлении – прямом или обратном – протекает реакция 2Н 2 (г) + О 2 (г) = 2Н 2 О (г)
а) Т=298 0 К (25 0 С), если DН= -484 кДж, TDS= -26 кДж
б) Т=1000 0 К (737 0 С), если DН= -484 кДж, TDS= -890 кДж
Решение:
Реакция возможна, если удовлетворяется условие: DН - TDS < 0
Подставим значения DН и TDS в это выражение.
а) при Т=298 0 К: -484-(-26) = -458 кДж,
т.е. реакция протекает в прямом направлении, ее осуществление обуславливает энтальпийный фактор.
б) Т=1000 0 К: -484-(-890) = 406 кДж,
в прямом направлении реакция невозможна из-за энтропийного фактора TDS (по абсолютной величине) >DН.
Задача 4.
Возможно ли протекание реакции восстановления оксида железа (III) водородом при стандартных условиях, если DS=0,1387 кДж/моль 0 К? При какой температуре будет проходить этот процесс?
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2 Fe + 3H 2 O, DH=96,61 кДж
Решение:
DG = DH-TDS = 96,61-298×0,1387=55,28кДж/моль;
в стандартных условиях эта реакция невозможна, т.к. DG > 0, при этих условиях идет коррозия (реакция окисления железа).
Вычислим температуру, при которой эта реакция становится возможной (Равновесие: DG = 0 Þ DН=ТDS).
Ответ : следовательно, при Т~ 696,5 0 К начинается реакция восстановления оксида железа (III).
Задача 5. Определить направление реакции в системе
CН 4 + СО 2 « 2СО + 2Н 2
Вычислим величину DG 0 298 прямой реакции. В таблице находим, что для СН 4 эта величина равна – 50,85 кДж/ моль, для СО 2 - 394,37 кДж /моль, для СО – 137,15 кДж /моль и для Н 2 0 кДж/моль. Согласно второму следствию из закона Гесса
DG 0 298 = – [(- 50,85) + (- 394,37)] =
170,92 кДж/моль
Ответ : Так как полученная величина больше нуля, то прямая реакция при стандартном состоянии системы протекать не может.
Задача 6.
Пользуясь справочными данными (см. приложение) рассчитайте изменение энтропии, энергии Гиббса и энтальпии в процессе усвоения в организме человека сахарозы, который сводится к её окислению:
С 12 Н 22 О 11 (к) + 12 О 2(г) → 12 СО 2(г) + 11Н 2 О (Ж)
n моль 1 12 12 11
∆ Н 0 кДж/моль-2222 0 –393,5 -286
∆ S 0 Д ж/моль360 205 214 70
∆ G 0 кДж/моль-1545 0 –394,4 -237
Решение:
∆ Н 0 реакции = -
[∆ Н 0 исхд. (С 12 Н 22 О 11 (к))+12 ∆ Н 0 исх (О 2(г)) ] = - [ -2222 + 12 0] = -5646 кДж/моль;
∆ S 0 реакции = -
[∆ S 0 исхд. (С 12 Н 22 О 11 (к))+12 ∆ S 0 исх (О 2(г)) ] = - = + 723 Дж/(моль К)
∆ G 0 реакции = -
[∆ G 0 исхд. (С 12 Н 22 О 11 (к))+12 ∆ G 0 исх (О 2(г)) ] = - [ (-1545)- 12 0] = -5794,8 кДж/моль;
Ответ: ∆ Н 0 реакции = -5646 кДж/моль;
∆ S 0 реакции = + 723 Дж/(моль К);
∆ G 0 реакции = -5794,8 кДж/моль;
Задания для индивидуальной самостоятельной работы
53. – 77. На основании стандартных энтальпий образования ΔН 0 298 и абсолютных энтропий DS 0 298 , которые даны в приложении, для каждого варианта веществ, определите:
· ΔН 0 298 реакции, DS 0 298 реакции и DG 0 298 реакции.
· Сделайте вывод о термодинамической вероятности протекания реакции при стандартных условиях;
· Сформулируйте законы термохимии, которыми вы пользовались при решении этой задачи.
| Вариант | Уравнение реакции | Вариант | Уравнение реакции |
| CO (г) + H 2 O (ж) → CO 2(г) + H 2(г) | 2H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O +2SO 2 | ||
| H 2 + Cl 2 → 2HCl | CO + Cl 2 → COCl 2 | ||
| 2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 +2H 2 O | 4NH 3 +3O 2 → 6H 2 O + 2N 2 | ||
| H 2 +CO 2 →CO + H 2 O | CS 2 + 3O 2 → CO 2 + 2SO 2 | ||
| CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O | Fe 2 O 3 + 3CO→ 2Fe + +3CO 2 | ||
| C 2 H 4 + 3 O 2 → 2 CO 2 + 2 H 2 O | 2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O | ||
| 4NH 3 +5O 2 → 4 NO + 6 H 2 O | 2CH 3 OH+3O 2 → 2 CO 2 + 4H 2 O | ||
| NH 3 + HCl →NH 4 Cl | CO + H 2 O → H 2 +CO 2 | ||
| 2H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 | 2C 2 H 6 +7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O | ||
| 2SO 2 + O 2 →2SO 3 | CH 4 +2O 2 →CO 2 + 2H 2 O | ||
| SO 2 + NO 2 →SO 3 + NO | 4HCl + O 2 → 2 H 2 O +2Cl 2 | ||
| CH 4 + 4Cl 2 →CCl 4 +4HCl | 2PH 3 + 4O 2 → P 2 O 5 + 3H 2 O | ||
| SO 2 + 2H 2 S →3S + 2 H 2 O |
78. Вычислите изменение энтропии при превращении 1 моля льда при -5 0 С в водяной пар при 105 0 С?
79. Вычислите энергию Гиббса при 373К, если ΔН 0 реакции 13873 Дж/моль, S = 42,2 Дж/(моль∙К)
80. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования бензола.
81. – 86. По приведенным в таблице данным рассчитайте температуру (К), при которой равновероятны оба направления реакции:
| Вариант | Уравнение реакции | ΔН 0 , кДж | ∆S 0 , Дж/(моль∙К) |
| СО 2(г) + С (т) ↔ 2СО (г) | +173 | +176 | |
| N 2 (г) + 3H 2(г) ↔ 2NH 3(г) | -92 | -201 | |
| CO (г) + H 2(г) ↔ C (т) + H 2 O (г) | -132 | -134 | |
| 2NO (г) + O 2(г) ↔ 2NO (г) | -116 | -147 | |
| PCl 5(г) ↔ PCl 3 (г) + Cl 2(г) | +88 | +171 | |
| 2NO 2(г) ↔ N 2 O 4(г) | -57 | -176 |
Кинетика
Ответьте на вопросы:
1. В чём заключается кинетическая характеристика химической реакции?
2. Что понимают под скоростью химической реакции?
3. Почему в уравнении мгновенной скорости реакции перед производной стоят два знака?
4. Перечислите факторы, от которых зависит скорость химической реакции.
5. Чем отличается запись кинетического уравнения для гомогенных реакций от гетерогенных?
6. Какая стадия сложной реакции называется лимитирующей?
7. Какая реакция является реакцией первого порядка? Каким уравнением она описывается?
8. В каком случае порядок реакции и молекулярность реакции
а) совпадают, б) не совпадают? Какой случай встречается чаще?
9. Какой физический смысл константы скорости? От каких факторов она зависит?
10. Какова размерность констант скорости реакций первого и второго порядков?
11. Почему в большинстве случаев скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих молекул?
13. Почему при повышении температуры скорость реакций возрастает? Что такое энергия активация? Как и для чего её определяют?
14. Какие Вы знаете теории, объясняющие зависимость скорости реакции от температуры? В чем состоит их сходство и различия?
15. В чем сущность теории Аррениуса, описывающей влияние температуры на скорость реакции?
16. В какой зависимости находится скорость реакции от энергии активации? Какие вы знаете источники активации молекул?
17. Перечислите известные Вам виды катализа. В чем состоят особенности каталитических процессов? Покажите на конкретных примерах значение катализа в промышленности и жизни живых существ
18. В чем проявляется специфичность и избирательность катализаторов? Покажите это на примерах.
19. Почему катализаторы не влияют на смещение равновесия?
20. Как различные теории объясняют каталитическое действие? В чем особенности гетерогенного катализа?
21. Какой катализ называется ферментативным? В чем состоят особенности ферментативного катализа? Приведите примеры процессов, протекающих под действием ферментов.
22. Приведите примеры веществ, являющихся ингибиторами нитрификации, ингибиторами окислительно-восстановительных процессов, протекающих при хранении продуктов.
23. Приведите пример химической реакции, для которой была бы желательно, сравнительно низкая энергия активации. В каких случаях желательно иметь более высокую энергию активации?
24. Известно, что в почвах, где произрастают бобовые культуры, происходит превращение азота из воздуха в химически связанную форму, а в зеленых растениях протекает непосредственный синтез белков из нитратов и аммонийных соединений. Почему, при тех же температурах, концентрациях и давлениях перечисленные процессы неосуществимы чисто химическим путем в лабораторных или производственных условиях?
25. Какие реакции называются фотохимическими? Какими количественными закономерностями описываются эти процессы?
26. В чем состоит действие света в фотохимических реакциях?
27. В чем сущность фотосинтеза? Из каких стадий состоит фотохимический процесс?
28. Что такое квантовый выход?
29. В чем сущность закона Гротгуса? Как количество прореагировавшего при фотосинтезе вещества зависит от мощности света и от времени облучения растения?
30. В чем сущность закона фотохимической эквивалентности Эйнштейна?
Задания с выбором ответа
31. В ходе химической реакции тепловая энергия реакционной системы:
а) не изменяется; б) поглощается
в) выделяется; г) может поглощаться и выделяться.
32. Скорость химической реакции характеризует:
а) изменение количеств веществ за единицу времени в единице объёма или единице площади;
б) время, за которое заканчивается химическая реакция;
в) число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию;
г) движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга.
33. Скорость химической реакции между цинком и кислотой зависит от:
а) понижения давления;
б) природы кислоты;
в) повышения давления;
г) присутствия катализатора.
34. При увеличении температуры на 30 0 скорость реакции возрастет в 8 раз. Чему равен температурный коэффициент реакции?
а) 8; б) 2; в) 3; г) 4
35. Скорость прямой реакции N 2 + 3H 2 = 2NH 3 + Q возрастает при:
а) увеличение концентрации азота;
б) уменьшение концентрации азота;
в) увеличение концентрации аммиака;
г) уменьшение концентрации аммиака
36. Во сколько раз изменится скорость реакции 2 А + Б = 2С, если концентрацию вещества А уменьшить в 2 раза?
а) увеличится в 4 раза; б) уменьшится в 2 раза
в) уменьшится в 4 раза; г) увеличится в 2 раза.
37. Химическое равновесие – это состояние обратимой реакции, при котором:
а) константы скоростей прямой и обратной реакции равны
б) концентрации реагентов и продуктов реакции равны
в) скорости прямой и обратной реакций равны
г) скорость обратной реакции равна нулю
38. Катализатор:
а) увеличивает число столкновений молекул реагентов в единицу времени
б) увеличивает скорости движения молекул реагентов
в) уменьшает энергию активации реакции
г) увеличивает тепловой эффект реакции
39. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В = 2С, если концентрации веществ А и Б увеличить в 2 раза?
а) увеличится в 8 раза; б) уменьшится в 8 раза;
в) уменьшится в 4 раза; г) увеличится в 4 раза.
40. Что характеризует изменение концентрации реагирующих частиц:
а) скорость реакции; б) порядок реакции;
в) молекулярность; г) энергию активации.
Величина изменения энергии Гиббса при реакции зависит от температуры, а также от природы и концентрации взятых и получающихся веществ. Для удобства сопоставления различных реакций принято сравнивать значения при стандартных условиях, т. е. при одинаковых концентрациях веществ (чистое состояние для индивидуальных веществ; концентрация, равная 1 моль в 1000 г растворителя, для растворов; парциальное давление, равное нормальному атмосферному давлению, для газов).
Состояние вещества, находящегося в стандартных условиях, называется стандартным состоянием.
Термодинамические величины, характеризующие вещество в его стандартном состоянии, называются стандартными величинами. Изменения термодинамических величин при реакции, в ходе которой исходные вещества в стандартном состоянии превращаются в продукты реакции, также находящиеся в стандартном состоянии, называются стандартными изменениями соответствующих величин. Стандартные величины и их изменения принято обозначать с помощью знака . Например, стандартная энтропия обозначается символом , стандартное изменение энтальпии - , стандартное изменение энергии Гиббса - .
Стандартное изменение энергии Гиббса реакции связано с константой равновесия реакции уравнением:
При подстановке значения величина выразится формулой
Это уравнение дает возможность, зная , вычислять константу равновесия и, наоборот, по экспериментально найденному значению константы равновесия определять реакции. Оно справедливо для любой температуры, но чаще применяется для ; эта температура принимается в качестве стандартной. Температура указывается при этом нижним индексом
При вычислении стандартных изменений энтальпии и энергии Гиббса реакций обычно используют стандартные энтальпии и энергии Гиббса образования веществ. Эти величины представляют собой и реакций образования данного вещества из простых при стандартных условиях. При этом, если элемент образует несколько простых веществ, то берется наиболее устойчивое из них (при данных условиях). Энтальпия образования и энергия Гиббса образования наиболее устойчивых простых веществ принимаются равными нулю.
Согласно закону Гесса, стандартное изменение энтальпии реакции (сокращенно: стандартная энтальпия реакции) равно сумме стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ.
Аналогично стандартное изменение энергии Гиббса реакции (сокращенно: стандартная энергия Гиббса реакции) равно сумме стандартных энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ. При этом все суммирования производятся с учетом числа молей участвующих в реакции веществ в соответствии с ее уравнением.
Таблица 7. Стандартная энтальпия образования и стандартная энергия Гиббса образования некоторых веществ при 298 К (25 °С)
Сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г - газообразное, ж - жидкое, к - кристаллическое.
В табл. 7 приведены значения стандартных энтальпий и энергий Гиббса образования некоторых веществ при 25 °С (298 К). Более полные данные этого рода можно найти в справочниках, например, в «Кратком справочнике физико-химических величин» под редакцией А. А. Равделя и А. М. Пономаревой (издание восьмое, 1983 г.).
Пример 1. Вычислить , тепловой эффект при 298 К и постоянном давлении и реакции:
Вычисление и теплового эффекта реакции. Находим в табл. 7 при 298 К и производим алгебраическое суммирование:
Поскольку изменение энтальпии реакции равно по величине, но обратно по знаку ее тепловому эффекту при постоянных температуре и давлении (см. стр. 189), то термохимическое уравнение ракции запишется следующим образом:
При низких температурах знак изменения энтальпии реакции может служить для ориентировочного определения возможного направления реакции. Полученное для рассматриваемой реакции отрицательное значение указывает на возможность ее самопроизвольного протекания при достаточно низких температурах; при этом большое абсолютное значение позволяет с достаточной вероятностью предполагать, что в условиях, очень сильно отличающихся от стандартных, эта реакция тоже может протекать в прямом направлении.
Вычисление реакции. Находим в табл. и при 298 К и производим суммирование:
Полученное отрицательное значение подтверждает вывод, сделанный на основе оценки реакции. Близость найденных значений и связана, в частности, с тем, что при протекании рассматриваемой реакции не меняется число молекул газов (в нашем примере ни исходные вещества, ни продукты реакции не являются газами). При изменении же числа молекул Газов может существенно изменяться энтропия системы (переход в газообразное состояние сопровождается сильным возрастанием молекулярного ), вследствие чего значения и могут не только заметно различаться по величине, но даже иметь разные знаки (см. пример 2). Поэтому в подобных случаях знак не может служить определенным критерием направления самопроизвольного протекания реакции.
Большое абсолютное значение , найденное для рассматриваемой реакции, позволяет с достаточной вероятностью говорить о возможности протекания этой реакции в прямом направлении не только при стандартной температуре (), но и при других температурах. В случае малых абсолютных значений , а также для реакций, протекающих с изменением числа молекул уазов, такого заключения делать нельзя; в подобных случаях нужно знать зависимость от температуры.
Пример 2. Вычислить , тепловой эффект при 298 К и постоянном давлении реакции:
Вычисление реакции. Находим в табл. 7 и СО при 298 К производим суммирование.
Исходные понятия. Термодинамические величины
Любое тело в природе находится в постоянном движении, которое количественно оценивается энергией - мерой форм движения. Энергия тела обусловлена суммой механической и внутренней энергии. Положение тела в пространстве и его скорость определяют механическую энергию, а скорости движения частиц (атомов и молекул) и их взаимное расположение - внутреннюю энергию. Эти величины позволяют оценить роль тела в протекании тепловых процессов. По аналогии с механической энергией тел внутреннюю энергию принято разделять на кинетическую энергию теплового движения и потенциальную энергию взаимодействия молекул тела. Необходимо отметить, что отдельно взятая молекула в каждый момент времени обладает некоторой мгновенной скоростью и положением среди других частиц, т. е. определенными значениями кинетической и потенциальной энергии, которые ее отличают от других молекул. Поэтому, оценивая состояние вещества, говорят о средних значениях кинетической и потенциальной энергий молекул.
При нагревании тела внутренняя энергия увеличивается, так как возрастает средняя скорость движения молекул. При охлаждении тела движение молекул замедляется и его внутренняя энергия уменьшается.
Степень нагрева тела характеризуется его температурой, которая является мерой средней кинетической энергии теплового движения молекул. Состояние тела, при котором тепловое движение атомов и молекул прекращается, соответствует абсолютному нулю температуры. Температура T, определенна по шкале с абсолютным нулем, называется абсолютной температурой и измеряется в Кельвинах (К). На практике, как правило, пользуются температурной шкалой в градусах Цельсия, в которой за нулевую точку условно принято состояние таяния льда при атмосферном давлении tв. Абсолютная температура в Кельвинах (К) и температура в градусах Цельсия (°С) связаны соотношением
В отличие от средней кинетической энергии теплового движения молекул, их средняя потенциальная энергия связана с удельным объемом тела. При изменении объема меняются расстояния между молекулами, что приводит к изменению средней потенциальной энергии и взаимодействия.
На практике часто объем V, м 3 занимаемый веществом, относят к его массе m, кг, и называют удельным объемом ν, м 3 /кг:
Величина р, обратная удельном объему, называется плотностью вещества. Она численно равна массе вещества, содержащемуся в единице объема, кг/м 3:
Молекулы газа при хаотическом движении сталкиваются с ограничивающими его стенками. При каждом соударении возникает импульс силы, действующей на ограничивающую поверхность. Среднее по времени значение силы, обусловленное ударами о стенку всех молекул, определяет давление газа р. Чем выше средняя скорость молекул, т. е. средняя кинетическая энергия, и чем больше молекул в единице объема, тем чаще и с большей энергией будут происходить на единице площади удары молекул и тем выше давление газа. Таким образом, давление р есть сила, равномерно действующая на поверхность, отнесенная к единице площади этой поверхности. За единицу измерения принят паскаль (Па): 1 Па = 1 Н/м 2 . Эта единица мала и неудобна для пользования, поэтому для измерения давлений применяют кратные единицы: килопаскаль (1 кПа =10 3 Па), мегапаскаль (1 МПа =10 6 Па).
Температура, объем, и давление характеризуют внутреннюю энергию вещества. Абсолютное значение внутренней энергии оценить невозможно, так как для нее не определена абсолютная нулевая точка отсчета. Поэтому оценивают только изменения этой энергии, связанные с переходом вещества из одного состояния в другое, т. е. разность энергии в конечном и начальном его состояниях. Изменение внутренней энергии при переходе тела из одного состояния в другое равно работе внешних сил плюс количество переданной теплоты - так формулируется первый закон термодинамики.
Характерным примером увеличения внутренней энергии только за счет работы внешних сил служит сжатие газа в цилиндре, в результате чего повышается давление, температура, изменяется объем газа. Расширение сжатого газа в цилиндре вызывает перемещение поршня, который совершает работу. Температура и давление газа падают, увеличивается его объем - это приводит к уменьшению внутренней энергии. Примером изменения внутренней энергии без совершения работы служит нагрев тела на плите либо охлаждение в холодильнике.
Процесс изменения внутренней энергии, при котором над телом не совершается работа, а энергия передается между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку, называют теплопередачей.
Количество внутренней энергии, которое тело получает или теряет при теплопередаче, называют количеством теплоты. Количество теплоты измеряют в джоулях (Дж), и оно показывает, на сколько изменилась внутренняя энергия вещества при подводе или отводе теплоты. 1 Дж равен работе, совершаемой силой в 1 H при перемещении тела на расстояние 1 м в направлении действия силы. На практике применяют и другую единицу для измерения количества теплоты - калорию.
Количество теплоты, переданное телу при нагревании, зависит от состава вещества, из которого состоит тело, его массы и степени нагрева. Одинаковое изменение температуры у разных веществ равной массы требует различное количество подведенной теплоты.
Для оценки свойства тела аккумулировать подведенную теплоту вводят понятие удельной теплоемкости. Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К. Удельная теплоемкость показывает, на сколько джоулей увеличивается внутренняя энергия 1 кг тела при нагревании на 1 °С. Например, удельная теплоемкость свинца 130 Дж/(кг*К), а воды - 4200 Дж/(кг*К).
Таким образом, общее количество подведенной к телу теплоты Q, Дж, для различных температур
Q =С р m(T кон -Т нач)
где С р - удельная теплоемкость,
m - масса, кг;
T кон,Т нач - температуры соответственно конечная и начальная, К.
Отметим, что Q и С р характеризуют только изменение, а не саму внутреннюю энергию вещества.
Количество подведенной к телу теплоты можно определить и другим способом. Немецкий физик Клаузиус открыл, что подобно энергии, давлению, температуре существует некоторая величина s - энтропия, которая также характеризует состояние тела. Энтропия устанавливает связь между температурой тела и количеством переданной теплоты и измеряется в джоулях на кельвин (Дж/К).
Энтропия, отнесенная к единице массы, называется удельной и выражается в джоулях на килограмм-кельвин.
Количество подведенной (отведенной) теплоты к 1 кг массы тела, выраженное через удельную энтропию,
Q=Tm(S кон -S нач)
где Т - средняя температура тела, К; m - масса, кг;
S кон,S нач - удельные энтропии соответственно в конце и начале теплообмена, Дж/(кг.К).
Энтропия обладает замечательным свойством оценивать необратимые потери в термодинамических процессах.
Для оценки количества теплоты, которым располагают тела в различных состояниях, используется термодинамическая величина - энтальпия, значение которой отсчитывают от некоторого условного состояния вещества, принятого за нулевое. Энтальпия - это количество энергии (тепловой и механической), которое необходимо подвести к телу, чтобы оно перешло из условного начального в конечное состояние. Единица энтальпии джоуль (Дж). Энтальпия, отнесеная к единице массы, называет удельной и измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг).
Внутренняя энергия (U, кДж/моль)-полная энергия системы, равная сумме кинетической, потенциальной и других видов энергии всех частиц этой системы. Это функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изохорном процессе.
Работа (А, кДж/моль)-энергетическая мера направленных форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой.
Теплота (Q кДж/моль)-энергетическая мера хаотических форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой.
Первый закон термодинамики (Q= U+A)-теплота, подведённая к закрытой системе, расходуется на увеличение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил окружающей среды.
Энтропия (S, Дж/моль. к S = Q (т)) - функция состояния, характеризующая меру неупорядоченности системы, т.е. неоднородности расположения и движения её частиц, приращение которой равно теплоте, подведенной к системе в обратимом изотермическом процессе, деленной на абсолютную температуру, при которой осуществляется процесс.
Энтальпия (Н, кДж/моль, Н= U+P V)- функция состояния, характеризующая энергетическое состояние системы в изобарных условиях.
Энтальпия реакция (Н р-ции,кДж/моль)-количество теплоты которое выделяется или поглощается при проведении химических реакций в изобарных условиях.
Стандартное состояние-наиболее устойчивая форма при заданной температуре (обычно 298 К) и давлении 1атм.
Стандартные условия(с.у)-давление: 101325 Па=1атм=760мм рт.ст; температура: 25 0 С»298к; n(х)=1моль.
Стандартная энтальпия образования простых веществ [ Н 0 обр298 (вещество, агрегатное состояние),кДж/моль]-при с.у.принимается равной нулю для простых веществ в их наиболее термодинамически устойчивом агрегатном и аллотропном состояниях.
Стандартная энтальпия образования сложных веществ
[ Н 0 сгор (Х),кДж/моль]-энтальпия сгорания (окисления) 1моль вещества до высших оксидов в среде кислорода при с.у.
Энтальпия растворения (H р-ния, кДж/моль) – тепловой эффект растворения твердого вещества в изобарных условиях.
Энергия Гиббса (G, кДж/моль) – свободная энергия, обобщенная термодинамическая функция состояния системы, учитывающая энергетику и неупорядоченность системы в изобарных условиях.
Вопросы для самоконтроля
1. Понятие о химической термодинамики: структура, термодинамические системы (изолированная, закрытая, открытая).
2. Гомогенная и гетерогенная системы; реакции, протекающие в этих системах.
3. Перечислять свойства системы, которыми определяется ее состояние.
4. Дать определение и охарактеризовать функции состояния системы.
5. Раскрыть смысловое значение следующих понятий: внутренняя энергия, работа, теплота, энтропия, первый закон термодинамики, энтальпия, энтальпия реакции, стандартное состояние, стандартные условия, энергия Гиббса.
6. Закон Гесса и основные следствия из него.
8. Решите задачу, определите калорийность пищевого продукта массой 350 г., содержащего 50% воды, 30 % белков, 15 % жиров и 5 % углеводов.
9. Пользуясь справочными данными, вычислите количество теплоты, которое выделится при окислении глюкозы массой 90 г. при с.у.
10. Пользуясь справочными данными, определите тепловой эффект реакции синтеза диэтилового эфира, применяемого в медицине для наркоза, при 298 К.
Для чего нужен наш ресурс?
Главная цель нашего сайта - помощь ученикам и студентам, у которых возникают трудности с решением того или иного задания, или пропустившим какую-либо школьную тему. Также наш ресурс придет на помощь родителям учеников, сталкивающихся со сложностями проверки домашних работ детей.
На нашем ресурсе можно найти готовые домашние задания для любых классов от 1-го до 11-го по всем учебным предметам. Например, можно найти ГДЗ по математике, иностранным языками, физике, биологии, литературе и т.д. Для этого требуется просто выбрать нужный класс, требуемый предмет и решебники ГДЗ подходящих авторов, после чего нужно найти необходимый раздел и получить ответ на поставленное задание. ГДЗ позволяют максимально быстро проверить заданную ученику на дом задачу, а также подготовить ребенка к контрольной.
Как получить пятерку за домашнее задание?
Для этого необходимо зайти на наш ресурс, где размещены готовые домашние задания по всем дисциплинам школьной программы. При этом не нужно переживать за ошибки, опечатки и другие недочеты в ГДЗ, потому что все размещенные у нас пособия проверяли опытные специалисты. Все ответы к домашним заданиям правильные, поэтому мы можем уверенно сказать, что за любое из них вы получите 5-ку! Но не стоит бездумно все переписывать в свою тетрадь, наоборот нужно делать задания самим, после чего проверять их при помощи ГДЗ и только после этого переписывать их в чистовик. Это позволит вам получить нужные знания и высокую оценку.
ГДЗ онлайн
Сейчас никто не испытывает проблем с доступом к ГДЗ, потому что наш интернет-ресурс приспособлен под все современные устройства: ПК, ноутбуки, планшетники и смартфоны, у которых есть выход в интернет. Теперь даже на перемене можно зайти с телефона на наш сайт и узнать ответ абсолютно на любые задания. Удобная навигация и быстрая загрузка сайта, позволяет искать и просматривать ГДЗ максимально быстро и комфортно. Доступ к нашему ресурсу бесплатный, при этом регистрация проходит очень быстро.
ГДЗ новой программы
Школьная программа периодически изменяется, поэтому учащимся нужны постоянно новые учебные пособия, учебники и ГДЗ. Наши специалисты постоянно следят за нововведениями и после их внедрения сразу же размещают на ресурсе новые учебники и ГДЗ, чтобы у пользователей были в наличие последние издания. Наш ресурс является своеобразной библиотекой для школьников, которая требуются любому ученику для успешной учебы. Практически каждый год школьная программа становится сложнее, при этом вводятся новые предметы и материалы. Обучаться становится все труднее, но наш сайт позволяет упростить жизнь родителей и учеников.
Помощь студентам
Мы не забываем и про сложную загруженную жизнь студентов. Каждый новые учебный год поднимает планку в отношении знаний, поэтому не все студенты способны справиться с такой высокой нагрузкой. Длительные занятия, разнообразные рефераты, лабораторные и дипломные работы занимают почти все свободное время студентов. С помощью нашего сайта любой студент может облегчить свою повседневную жизнь. Для этого практически каждый день наши специалисты размещают на портале новые работы. Теперь студен можешь найти у нас шпаргалки для любого задания, причем совершенно бесплатно.
Теперь не нужно носить каждый день в школу огромное количество учебников
Чтобы позаботиться о школьниках, наши специалисты разместили на сайте в открытом доступе все учебники школьной программы. Поэтому сегодня любой ученик или родитель может воспользоваться ими, причем учащимся теперь не нужно ежедневно нагружать спину из-за ношения в школу тяжелых учебников. Достаточно скачать необходимые учебники на планшетник, телефон и другое современное устройство, и учебники будут всегда с вами в любом месте. Их можно читать и в режиме онлайн прямо на сайте - это очень комфортно, быстро и совершенно бесплатно.
Готовые школьные сочинения
Если от вас вдруг потребуют написать сочинение про какую-нибудь книгу, то помните, что на нашем сайте всегда можно найти огромное количество готовых школьных сочинений, которые написали мастера слова и одобрили преподаватели. Мы ежедневно расширяем перечень сочинений, пишем новые сочинения на многие темы и принимаем во внимание рекомендации пользователей. Это позволяет нам удовлетворять повседневные запросы всех школьников.
Для самостоятельного написания сочинений мы предусмотрели сокращенные произведения, их можно посмотреть и скачать тоже на сайте. В них находится основной смысл школьных литературных произведений, что значительно сокращает изучение книг и экономит силы ученика, которые требуются ему для изучения остальных предметов.
Презентации на разные темы
Если вам срочно требуется сделать какую-либо школьную презентацию на определенную тему, о которой вы не знаете ничего, то с помощью нашего сайта вы сможете это сделать. Теперь не стоит расходовать много времени на поиск изображений, фотографий, печатной информации и консультации по теме со специалистами и т.д., потому что наш ресурс создаёт качественных презентаций с мультимедийным контентом на любую тематику. Наши специалисты разместили на сайте большое количество авторских презентаций, которые можно бесплатно посмотреть и скачать. Поэтому обучение будет для вас более познавательным и комфортным, потому что у вас будет больше времени на отдых и на другие предметы.
Наши достоинства:
* большая база книг и ГДЗ;
* ежедневно обновляются материалы;
* доступ с любого современного гаджета;
* учитываем пожелания пользователей;
* делаем жизнь учеников, студентов и родителей более свободной и радостной.
Мы постоянно улучшаем свой ресурс, чтобы сделать жизнь своих пользователей более комфортной и беззаботной. С помощью gdz.host вы будете отличниками, поэтому перед вами откроются большие перспективы во взрослой жизни. В результате ваши родители будут гордиться вами, потому что вы будете хорошим примером для всех людей.
