Тема 4. энергетика химических реакций

Термохимия – изучает тепловые эффекты химических реакций (первый и второй законы термодинамики)

Тепловой эффект химической реакции – тепло, которое выделяется или поглощается в данной химической реакции.

Система – всякий материальный объект, состоящий из большого числа частиц и обособленный от окружающей среды физическими или воображаемыми границами.

Первый закон термодинамики:

Тепло, сообщаемое системе (Q) расходуется на изменение её внутренней энергии (DU) и на совершение работы против сил внешнего давления (А).

Q = DU + р *DV

Q = DU + A

, где А = р *DV Þ

Система перешла из состояния 1 в состояние 2

	U1, V1, p1		U2, V2, p2

состояние 1 состояние 2

начальное конечное

Химические реакции

Изобарные (р – const) Изохорные (V – const)

1 (U₁, V₁, p – const) 1 (U₁, V – const) DV = 0

2 (U₂, V₂, p – const) 2 (U₂, V – const)

Qv = U2 – U1

Q_p = (U₂ – U₁) + p *(V₂ – V₁)

сгруппируем относительно

1-ого и 2-ого состояния

Q_p = (U₂ + p *V₂) – (U₁ + p *V₁)

U + p *V = H (энтальпия)

Теплосодержание системы

Q_p = H₂ – H₁, Q_Р = DH Q_v = DU

Вывод: тепловой эффект химической реакции равен:

изменению энтальпии системы изменению внутренней энергии

системы

! Таких реакций больше.

Термохимические уравнения характеризуются признаками:

а) отражено фазовое состояние (г., ж., тв.);

б) возможны дробные коэффициенты;

в) коэффициенты показывают число моль реагирующих и образующихся веществ;

г) указывается тепловой эффект

ЭкзотермическиеЭндотермические

Протекают с выделением тепла Протекают с поглощением тепла

(теплосодержание системы (теплосодержание системы

уменьшается) возрастает)

+ Qp = + DH

- Qp = - DH

Закон Гесса»:тепловой эффект химической реакции не зависит от пути протекания реакции, а зависит от начального и конечного состояния системы.

С + О₂ ^DH1 СО₂ DН₁ = DН₂ + DН₃

гр. г. г. DН₂ = DН₁ - DН₃

+ _DН3

½ Изменение энергии (DН) часто изображают треу -

O₂ О₂ гольником, стороны которого – разные пути проте -

_DН2 ½ кания реакции(DН₂ нельзя непосредственно изме -

СО_(г) + рить в лаборатории)

Первое следствие из закона Гесса:

Тепловой эффект химической реакции (DН_х.р.) равен сумме стандартных теплот образования (DН °_обр.) конечных продуктов реакции за вычетом суммы

стандартных теплот образования исходных веществ с учётом стехиометрических коэффициентов (n).

	DНх.р. = S n DН °обр. - S n DН °обр. прод.р. исх. в-в

n – стехиометрические коэффициенты

DН °_обр. – стандартная теплота образования

- это тепло, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моль сложного вещества из простых молекул или атомов.

DН °_обр. (кДж/моль)– справочная величина.

Системы

Изолированная Открытая

(модельная, теоретическая) – нет (реальная) – есть теплообмен с

теплообмена с окружающей средой окружающей средой энергией и

веществом

изоляция

Энтропия - D S = ^DQ Чем тело больше нагрето, тем вероятнее,

^T что оно будет охлаждаться сильнее.

DGх.р. = DНх.р. – Т *DS <0 >0 Изменение энтропии в изолированной системе. DSA = - ΔQА - ΔTA тепло, которое тело А отдаёт телу В. DSв = + ΔQВ - TВ тепло, которое тело В получает. -ΔQA = ΔQB , так как теплообмен возможен только между телами DS системы = DSА + DSВ = - ΔQA + ΔQB TA TB DS системы = ΔQB 1 – 1 >0 TВ TA Второй закон термодинамики В изолированных системах самопроизвольно протекают только такие процессы, в которых энтропия возрастает. DS > 0 Энтропия - DS – мера беспорядка в системе (справочная величина) DSо обр. – Дж/моль *К

Изменение свободной энергии Гиббса (изобарно- изотермического потенциала) для реальных (открытых) систем DGх.р. – критерий самопроизвольного протекания химической реакции.   DGх.р. – свободная энергия. DНх.р. – полная энергия (энтальпийный фактор) Т *DS – связанная энергия (энтропийный фактор) 1. Химическая реакция возможна, если DGх.р. < 0 2.Химическая реакция невозможна, если DGх.р. > 0 3. В системе наступило динамическое химическое равновесие, если DGх.р. = 0

DS > 0

Свободную энергию Гиббса можно рассчитать 2 способами:

Расчет DGх.р.