• Domestic science at medisina noong ika-19 - unang bahagi ng ika-20 siglo Chemistry ng ika-19 na siglo sa medisina
• Ano ang peptides? Mga uri at uri ng peptides. Lahat ng tungkol sa peptides at anti-aging cosmetics na may peptides Ang mga karagdagang peptide ay hindi nabuo
• Nakakalason na epekto sa mga tao ng mga mapanganib na kemikal
• Radioautography Paraan ng autoradiography sa cytology
• Pagkilala sa bakterya sa pamamagitan ng antigenic na istraktura
• Organic matter in wastewater Ano ang mga organic compound sa tubig
• Hydrogen index (pH factor)
• Ano ang pH ng tubig at bakit mahalagang malaman ito?
• Redox potensyal na Redox system
• Reversible redox system Reversible redox system

Ministri ng Edukasyon at Agham ng Russian Federation

St. Petersburg State Polytechnic University

Faculty of Technology and Materials Research

Kagawaran ng "Physical Chemistry, Micro- at Nanotechnologies"

TRABAHO NG KURSO

"Thermodynamic na pagsusuri ng posibilidad ng daloy

proseso ng kemikal"

Opsyon numero 18

sa disiplina na "Physical Chemistry"

Ang gawain ay ginawa ng isang mag-aaral ng pangkat 2068/2

______________ / Dmitrieva A.V.

Sinuri ang trabaho

______________ / Art. guro Elizarova E.P.

Ang pagkalkula ay isinasagawa gamit ang mga sumusunod na pagtatantya:

1. Kunin ang mga kapasidad ng init ng lahat ng kalahok sa reaksyon.
2. Upang tanggapin.
3. Upang tanggapin.

Ang tabular data para sa lahat ng kalahok sa reaksyon ay ibinigay sa ibaba.

sangkap		kJ/mol∙K

Sa dulo, ipakita ang lahat ng kinakalkula na data sa isang talahanayan at, batay sa pagsusuri ng mga nakuhang halaga, sagutin ang mga sumusunod na tanong:

1. Tukuyin ang thermodynamic na posibilidad ng isang kemikal na reaksyon na magpatuloy sa isang naibigay na temperatura.
2. Tukuyin ang uri ng reaksyong ito mula sa punto ng view ng thermochemistry.
3. Suriin ang epekto ng temperatura at presyon sa magnitude at shift ng equilibrium.

Paraan ng entropy para sa pagkalkula ng pagbabago sa enerhiya ng Gibbs at ang equilibrium constant ng isang kemikal na reaksyon

Ginagamit ng pamamaraang ito ang mga halaga ng entropy ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon. Ito ay batay sa ratio

(nasaan ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs sa temperatura Т;
thermal epekto ng reaksyon sa temperatura T;
pagbabago sa entropy ng reaksyon sa temperatura T),

nagmula sa equation na G = H – TS para sa isang reaksyon na nagpapatuloy sa isang pare-parehong temperatura. Dahil ang mga karaniwang halaga ng mga entropies at init ng pagbuo ng mga sangkap ay natutukoy sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon (p = 1 atm, T = 298 K), posible na kalkulahin ang karaniwang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs gamit ang formula:

Una, sa temperatura na 298 K, ang thermal effect ng reaksyon at ang algebraic sum ng mga entropies ng mga kalahok sa reaksyon ay tinutukoy, na isinasaalang-alang ang stoichiometric coefficients:

Ang thermal effect ng isang reaksyon sa isang naibigay na temperatura ay kinakalkula ayon sa Kirchhoff law: ang derivative ng thermal effect na may paggalang sa temperatura ay katumbas ng algebraic na kabuuan ng mga kapasidad ng init ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon.

Kung, kung gayon ang thermal effect ay tumataas sa pagtaas ng temperatura; kung gayon, ito ay bumababa.

Ang algebraic sum ng reaction entropies ay matatagpuan mula sa mga equation

Sa wakas, upang kalkulahin ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs, nakukuha namin

Kung ang mga kalahok sa reaksyon ay sumasailalim sa mga pagbabago sa yugto sa agwat na pinag-aaralan, kung gayon ang mga pagbabago sa entolpy at entropy ay dapat matagpuan sa pamamagitan ng paghahati ng agwat ng pagsasama sa mga seksyon:

mga kapasidad ng init na tumutugma sa bahagi sa isang naibigay na hanay ng temperatura;
kung ang init ng pagbuo ay tumutukoy sa produkto ng reaksyon, pagkatapos ay ilalagay ang tanda na "+"; kung sa orihinal na sangkap, pagkatapos ay ang sign "".

Sa unang pagtatantya, ang equation (*) ay pinasimple sa pamamagitan ng equating ang kabuuan ng mga kapasidad ng init sa zero. Iyon ay, napapabayaan natin ang pag-asa sa temperatura ng mga entolpies at entropies ng mga sangkap:

Sa pangalawang pagtatantya, ang kapasidad ng init ay kinuha bilang isang pare-parehong halaga na katumbas ng kapasidad ng init ng mga sangkap sa T = 298 K at ang kanilang algebraic sum ay matatagpuan na isinasaalang-alang ang stoichiometric coefficients:

Pagkatapos mula sa formula (*) nakakakuha tayo ng tinatayang formula:

Ang pinakatumpak na ikatlong pagtatantya ay isinasaalang-alang ang pag-asa sa temperatura ng entolpy at entropy ng mga sangkap, at ang pagkalkula ay isinasagawa ayon sa formula (*).

Ang karaniwang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang pangunahing katangian ng isang kemikal na reaksyon - ang pare-pareho ng ekwilibriyong kemikal.

Ang bawat kemikal na reaksyon pagkaraan ng ilang oras pagkatapos ng pagsisimula nito ay dumating sa isang estado ng balanse. Ang ekwilibriyo ay isang estado kung saan ang komposisyon ng sistema ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang ekwilibriyo ng reaksyon ay mailalarawan ng pare-parehong ekwilibriyo. Ang mga pare-parehong ipinahayag sa mga tuntunin ng mga bahagyang presyon ay ang pinakamalaking praktikal na kahalagahan.

Kung ang lahat ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon ay nasa mga karaniwang estado, kung gayon sa kasong ito

Sa pamamagitan ng pagkalkula ng numerical value ng equilibrium constant, maaaring kalkulahin ng isa ang ani ng anumang produkto ng reaksyon at tantiyahin ang pinakamainam na kondisyon para sa reaksyon (presyon at temperatura).

Gayundin, alam ang tanda ng karaniwang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs, maaaring tantiyahin ng isa ang thermodynamic na posibilidad ng reaksyon. Kung, kung gayon ang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang kusang sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon. Kung, kung gayon ang reaksyon ay hindi magpapatuloy sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon.

Bahagi ng pag-areglo

Thermal effect ng reaksyon sa T=298 K:

Ang pagbabago sa entropy ng reaksyon sa T=298 K:

Unang diskarte (:

Ang mga kapasidad ng init ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon sa T=298 K:

Algebraic na kabuuan ng mga kapasidad ng init sa T=298 K:

Pagkatapos ang pagbabago sa thermal effect at ang entropy ng reaksyon sa T=1800 K:

pangalawang pagtataya (

Sa ikatlong pagtatantya, isasaalang-alang natin ang mga phase transition, sa reaksyong ito, ang pagtunaw ng mangganeso. Pagkatapos ay hinati namin ang buong agwat ng temperatura 298-1800K sa dalawang mga segment: bago ang punto ng pagkatunaw at pagkatapos nito, at isinasaalang-alang namin ang kapasidad ng init ng mga sangkap bilang isang function depende sa temperatura.

Para sa hanay ng temperatura 298 - 1517 K:

Para sa pagitan ng 1517 - 1800 K:

Ang mga halaga ng pagbabago sa thermal effect ng reaksyon at ang pagbabago sa entropy ng reaksyon, na isinasaalang-alang ang phase transition:

Pangatlong pagtatantya (

Tukuyin natin ang pare-parehong ekwilibriyo ng reaksyon para sa tatlong pagtatantya:

Talaan ng nakalkulang data.

1. Sa lahat ng pagtatantya, positibo ang kinakalkula na halaga ng pagbabago sa enerhiya ng Gibbs. Nangangahulugan ito na ang reaksyon sa temperatura na 1800K ay hindi maaaring magpatuloy.
2. Ang pagbabago sa thermal effect ng reaksyon ay positibo din sa lahat ng approximations, na nangangahulugan na ang reaksyon ay endothermic at nagpapatuloy sa pagsipsip ng init.
3. a) Epekto ng temperatura sa equilibrium constant:

kung saan makikita na habang tumataas ang temperatura, ang ekwilibriyong pare-pareho ay tataas, at, nang naaayon, ang ekwilibriyo ay lilipat patungo sa mga produkto ng reaksyon.

b) Epekto ng pressure sa equilibrium constant:

kung saan ang Const ay ilang halaga; pagbabago sa dami ng molar bilang resulta ng isang reaksyon.

bukod dito, iyon ay, sa pagtaas ng presyon sa sistema, ang ekwilibriyong pare-pareho ay tataas, at ang ekwilibriyo ay lilipat patungo sa mga produkto ng reaksyon.

Ang mga isinasaalang-alang na mga kadahilanan ay nagsa-generalize ng prinsipyo ng equilibrium displacement, na tinatawag ding prinsipyo ng Le Chatelier: kung ang isang panlabas na impluwensya ay ibinibigay sa isang sistema sa isang estado ng tunay na ekwilibriyo, kung gayon ang isang kusang proseso ay nangyayari sa sistema na nagbabayad para sa impluwensyang ito.

Panitikan:

1. A.G. Morachevsky, I.B. Sladkov. Gabay sa pagsasagawa ng mga kalkulasyon ng thermodynamic. – L.: LPI, 1975.
2. A.P. Ruzinov, B.S. Gulnitsky. Mga pagbabagong ekwilibriyo ng mga reaksiyong kemikal. - M .: Metalurhiya, 1976.

Panimula. Ang mga kalkulasyon ng thermodynamic ay ginagawang posible upang tapusin na ang prosesong ito ay posible, upang piliin ang mga kondisyon para sa pagsasagawa ng isang kemikal na reaksyon, upang matukoy ang komposisyon ng balanse ng mga produkto, upang makalkula ang theoretically matamo na antas ng conversion ng mga paunang sangkap at ang mga ani ng mga produkto , pati na rin ang mga epekto ng enerhiya (init ng reaksyon, init ng pagbabago sa estado ng pagsasama-sama), na kinakailangan para sa pag-compile ng mga balanse ng enerhiya at pagpapasiya ng mga gastos sa enerhiya.

Ang pinakamahalagang konsepto ng thermodynamics ay "init ng proseso" at "trabaho". Ang mga dami na nagpapakilala sa estado ng isang thermodynamic system ay tinatawag na thermodynamic parameters. Kabilang dito ang: temperatura, presyon, tiyak na dami, density, dami ng molar, tiyak na panloob na enerhiya. Tinatawag ang mga dami na proporsyonal sa masa (o dami ng bagay) ng itinuturing na thermodynamic system malawak; ito ay dami, panloob na enerhiya, enthalpy, entropy. Intensive ang mga dami ay hindi nakasalalay sa masa ng thermodynamic system, at sila lamang ang nagsisilbing thermodynamic parameters bilang mga estado. Ito ay ang temperatura, presyon, at malawak mga dami na nauugnay sa isang yunit ng masa, dami o dami ng isang sangkap. Ang pagpapalit ng masinsinang mga parameter upang mapabilis ang mga proseso ng kemikal-teknolohiya ay tinatawag pagpapatindi.

Sa mga exothermic na reaksyon, ang stock ng panloob na enerhiya ng mga paunang sangkap (U 1) ay mas malaki kaysa sa mga resultang produkto (U 2). Ang pagkakaiba ∆U = U 1 - U 2 ay na-convert sa anyo ng init. Sa kabaligtaran, sa mga endothermic na reaksyon, dahil sa pagsipsip ng isang tiyak na halaga ng init, ang panloob na enerhiya ng mga sangkap ay tumataas (U 2 > U 1). Ang ∆U ay ipinahayag sa J / mol o sa mga teknikal na kalkulasyon ay tinutukoy sila sa 1 kg o 1 m 3 (para sa mga gas). Ang pag-aaral ng mga thermal effect ng mga reaksyon o estado ng pagsasama-sama, o paghahalo, paglusaw ay tinatalakay ng seksyon ng pisikal na kimika o kemikal na thermodynamics - thermochemistry. Sa mga thermochemical equation, ang init na epekto ng reaksyon ay ipinahiwatig. Halimbawa: C (graphite) + O 2 \u003d CO 2 + 393.77 kJ / mol. Ang mga init ng agnas ay may kabaligtaran na tanda. Ang mga talahanayan ay ginagamit upang tukuyin ang mga ito. Ayon kay D.P. Konovalov, ang init ng pagkasunog ay tinutukoy mula sa ratio: Q burn = 204.2n + 44.4m + ∑x (kJ / mol), kung saan ang n ay ang bilang ng mga moles ng oxygen na kinakailangan para sa kumpletong pagkasunog ng 1 mole ng isang ibinigay na sangkap, ang m ay ang bilang ng mga moles ng tubig na nabuo sa panahon ng pagkasunog ng 1 mole ng isang sangkap, ∑x ay isang pare-parehong pagwawasto para sa isang ibinigay na homologous na serye. Kung mas walang limitasyon, mas ∑x.

Para sa acetylene hydrocarbons ∑x=213 kJ/mol. Para sa ethylene hydrocarbons ∑x=87.9 kJ/mol. Para sa saturated hydrocarbons ∑x=0. Kung ang molekula ng tambalan ay may iba't ibang mga functional na grupo at mga uri ng mga bono, kung gayon ang thermal na katangian ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagsusuma.

Ang thermal effect ng isang reaksyon ay katumbas ng kabuuan ng mga heats ng pagbuo ng mga produkto ng reaksyon minus ang kabuuan ng mga heats ng pagbuo ng mga paunang sangkap, na isinasaalang-alang ang bilang ng mga moles ng lahat ng mga sangkap na nakikilahok sa reaksyon. Halimbawa, para sa pangkalahatang reaksyon: n 1 A + n 2 B \u003d n 3 C + n 4 D + Q x thermal effect: Q x \u003d (n 3 Q C arr + n 4 Q D arr) - (n 1 Q A arr + n 2 Q B arr)

Ang thermal effect ng isang reaksyon ay katumbas ng kabuuan ng mga init ng pagkasunog ng mga panimulang sangkap na binawasan ang kabuuan ng mga init ng pagkasunog ng mga produkto ng reaksyon, na isinasaalang-alang ang bilang ng mga moles ng lahat ng mga reactant. Para sa parehong pangkalahatang reaksyon:

Q x \u003d (n 1 Q A burn + n 2 Q B burn) - (n 3 Q C burn + n 4 Q D burn)

Probability ang kurso ng mga reaksyon ng equilibrium ay tinutukoy ng thermodynamic equilibrium constant, na tinutukoy ng:

К р = e - ∆ G º/(RT) = e - ∆ H º/ RT ∙ e ∆ S º/ R Ang pagsusuri sa expression na ito ay nagpapakita na para sa mga endothermic na reaksyon (Q< 0, ∆Hº > 0) na may pagbaba sa entropy (∆Sº< 0) самопроизвольное протекание реакции невозможно так как – ∆G > 0. Sa mga sumusunod, ang thermodynamic na diskarte sa mga reaksiyong kemikal ay isasaalang-alang nang mas detalyado.

Lektura 4

Mga pangunahing batas ng thermodynamics. Unang batas ng thermodynamics. Kapasidad ng init at enthalpy. Enthalpy ng reaksyon. Enthalpy ng pagbuo ng tambalan. Enthalpy ng pagkasunog. Batas ni Hess at ang enthalpy ng reaksyon.

Unang batas ng thermodynamics: ang pagbabago sa panloob na enerhiya (∆E) ng sistema ay katumbas ng gawain ng mga panlabas na puwersa (A′) kasama ang dami ng inilipat na init (Q): 1)∆E=A′+Q; o (2nd type) 2)Q=∆E+A – ang dami ng init na inilipat sa system (Q) ay ginugugol sa pagbabago ng internal energy (∆E) at work (A) na ginawa ng system. Ito ay isa sa mga uri ng batas ng konserbasyon ng enerhiya. Kung ang pagbabago sa estado ng system ay napakaliit, kung gayon: dQ=dE+δA - tulad ng isang talaan para sa maliliit na pagbabago (δ). Para sa gas (ideal) δА=pdV. Sa isochoric na proseso δA=0, pagkatapos ay δQ V =dE, dahil dE=C V dT, pagkatapos ay δQ V =C V dT, kung saan ang C V ay ang kapasidad ng init sa pare-parehong dami. Sa isang maliit na hanay ng temperatura, ang kapasidad ng init ay pare-pareho, samakatuwid Q V =C V ∆T. Mula sa equation na ito, posibleng matukoy ang kapasidad ng init ng system at ang init ng mga proseso. C V - ayon sa batas ng Joule-Lenz. Sa prosesong isobaric na nagpapatuloy nang walang kapaki-pakinabang na gawain, dahil ang p ay pare-pareho at maaaring alisin sa bracket sa ilalim ng differential sign, ibig sabihin, δQ P =dE+pdV=d(E+pV)=dH, dito ang H ay ang enthalpy ng ang sistema. Ang enthalpy ay ang kabuuan ng panloob na enerhiya (E) ng system at ang produkto ng presyon at lakas ng tunog. Ang dami ng init ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng isobaric heat capacity (С Р): δQ P =С Р dT, Q V =∆E(V = const) at Q P =∆H(p = const) - pagkatapos ng generalization. Ito ay sumusunod na ang dami ng init na natanggap ng system ay natatanging tinutukoy ng isang pagbabago sa ilang function ng estado (enthalpy) at nakasalalay lamang sa mga inisyal at panghuling estado ng system at hindi nakadepende sa anyo ng landas kung saan ang proseso umunlad. Ang probisyong ito ay sumasailalim sa pagsasaalang-alang sa problema ng mga thermal effect ng mga reaksiyong kemikal.

Thermal na epekto ng reaksyon ay nauugnay sa pagbabago sa variable ng kemikal dami ng init, nakuha ng sistema kung saan naganap ang kemikal na reaksyon at ang mga produkto ng reaksyon ay kinuha ang temperatura ng mga paunang reagents (bilang panuntunan, Q V at Q P).

Mga reaksyon sa negatibong thermal effect, ibig sabihin, sa paglabas ng init sa kapaligiran, ay tinatawag na exothermic. Mga reaksyon sa positibo thermal effect, ibig sabihin, pagpunta sa pagsipsip ng init mula sa kapaligiran, ay tinatawag endothermic.

Ang stoichiometric reaction equation ay magiging: (1) ∆H=∑b J H J - ∑a i H i o ∆H=∑y i H i ; j ay mga simbolo ng mga produkto, i ay mga simbolo ng reagents.

Itong posisyon ay tinatawag na Batas ni Hess: dami Е i , H i ay mga function ng estado ng system at, dahil dito, ∆H at ∆Е, at sa gayon ang mga thermal effect Q V at Q р (Q V =∆Е, Q р =∆H) ay nakasalalay lamang sa kung ano ang mga sangkap ay tumutugon sa ilalim ng mga kondisyon at kung anong mga produkto ang nakuha, ngunit hindi nakasalalay sa landas kung saan naganap ang proseso ng kemikal (mekanismo ng reaksyon).

Sa madaling salita, ang enthalpy ng isang kemikal na reaksyon ay katumbas ng kabuuan ng mga enthalpi ng pagbuo ng mga sangkap ng reaksyon na pinarami ng mga stoichiometric coefficient ng mga kaukulang sangkap, na kinuha na may plus sign para sa mga produkto at may minus sign para sa mga panimulang sangkap. Hanapin natin bilang isang halimbawa∆H para sa reaksyon PCl 5 +4H 2 O=H 3 PO 4 +5HCl (2)

Ang mga tabular na halaga ng mga enthalpies ng pagbuo ng sangkap ng reaksyon ay, ayon sa pagkakabanggit, para sa PCl 5 - 463 kJ / mol, para sa tubig (likido) - 286.2 kJ / mol, para sa H 3 PO 4 - 1288 kJ / mol, para sa HCl (gas) - 92.4 kJ /mol. Ang pagpapalit ng mga halagang ito sa formula: Q V =∆E, nakukuha natin:

∆H=-1288+5(-92.4)–(-463)–4(-286.2)=-142kJ/mol

Para sa mga organic compound, gayundin para sa CO, madaling isagawa ang proseso ng pagkasunog sa CO 2 at H 2 O. Ang stoichiometric equation para sa combustion ng isang organic compound na may komposisyon C m H n O p ay maaaring isulat bilang :

(3) C m H n O p + (p-m-n / 4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2 H 2 O

Samakatuwid, ang enthalpy ng combustion ayon sa (1) ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng mga enthalpi ng pagbuo nito at ang pagbuo ng CO 2 at H 2 O:

∆H sg =m∆H CO 2 +n/2 ∆H H 2 O -∆H CmHnOp

Ang pagkakaroon ng pagtukoy sa init ng pagkasunog ng pinag-aralan na tambalan sa tulong ng isang calorimeter at pag-alam sa ∆H CO 2 at ∆H H 2 O , mahahanap ng isa ang enthalpy ng pagbuo nito.

Batas ni Hess ay nagbibigay-daan sa iyo upang kalkulahin ang mga enthalpies ng anumang mga reaksyon, kung para sa bawat bahagi ng reaksyon ang isa sa mga thermodynamic na katangian nito ay kilala - ang enthalpy ng pagbuo ng isang tambalan mula sa mga simpleng sangkap. Ang enthalpy ng pagbuo ng isang compound mula sa mga simpleng substance ay nauunawaan bilang ∆H ng isang reaksyon na humahantong sa pagbuo ng isang mole ng isang compound mula sa mga elemento na kinuha sa kanilang mga tipikal na estado ng pagsasama-sama at mga allotropic na pagbabago.

Lektura 5

Ang pangalawang batas ng thermodynamics. Entropy. Pag-andar ng Gibbs. Mga pagbabago sa paggana ng Gibbs sa panahon ng mga reaksiyong kemikal. Equilibrium constant at Gibbs function. Thermodynamic na pagtatantya ng posibilidad ng isang reaksyon.

Ang pangalawang batas ng thermodynamics tinatawag na pahayag na imposibleng bumuo ng isang panghabang-buhay na makina ng paggalaw ng pangalawang uri. Ang batas ay nakuha sa empirically at may dalawang pormulasyon na katumbas ng bawat isa:

a) imposible ang isang proseso, ang tanging resulta nito ay ang pagbabago ng lahat ng init na natanggap mula sa isang tiyak na katawan sa trabaho na katumbas nito;

b) imposible ang isang proseso, ang tanging resulta nito ay ang paglipat ng enerhiya sa anyo ng init mula sa isang katawan na hindi gaanong pinainit sa isang katawan na mas mainit.

Ang function na δQ/T ay ang kabuuang pagkakaiba ng ilang function S: dS=(δQ/T) arr (1) – ang function na ito ay tinatawag na entropy ng katawan.

Narito ang Q at S ay proporsyonal sa bawat isa, iyon ay, na may pagtaas sa (Q) (S) - pagtaas, at kabaliktaran. Ang equation (1) ay tumutugma sa isang equilibrium (reversible) na proseso. Kung ang proseso ay di-equilibrium, kung gayon ang entropy ay tumataas, kung gayon (1) ay binago:

dS≥(δQ/T)(2) Kaya, kapag naganap ang mga prosesong walang balanse, tumataas ang entropy ng system. Kung ang (2) ay pinapalitan sa unang batas ng thermodynamics, makukuha natin ang: dE≤TdS-δA. Nakaugalian na itong isulat sa anyong: dE≤TdS-δA'-pdV, kaya: δA'≤-dE+TdS-pdV, dito ang pdV ay ang ekwilibriyong pagpapalawak ng trabaho, δA' ang kapaki-pakinabang na gawain. Ang pagsasama ng parehong bahagi ng hindi pagkakapantay-pantay na ito para sa isang isochoric-isothermal na proseso ay humahantong sa hindi pagkakapantay-pantay: A'V≤-∆E+T∆S(3). At ang pagsasama para sa proseso ng isobaric-isothermal (Т=const, p=const) ay humahantong sa hindi pagkakapantay-pantay:

A’ P ≤ - ∆E+T∆S – p∆V=-∆H + T∆S (4)

Ang mga tamang bahagi (3 at 4) ay maaaring isulat bilang mga pagbabago sa ilang mga function, ayon sa pagkakabanggit:

F=E-TS(5) at G=E-TS+pV; o G=H-TS (6)

Ang F ay ang enerhiya ng Helmholtz at ang G ay ang enerhiya ng Gibbs, pagkatapos ay ang (3 at 4) ay maaaring isulat bilang A’ V ≤-∆F (7) at A’ P ≤-∆G (8). Ang batas ng pagkakapantay-pantay ay tumutugma sa isang proseso ng ekwilibriyo. Sa kasong ito, ang pinakakapaki-pakinabang na gawain ay tapos na, iyon ay, (A’ V) MAX = -∆F, at (A’ P) MAX = -∆G. Ang F at G ay tinatawag na isochoric-isothermal at isobaric-isothermal na potensyal.

Ekwilibriyo ng mga reaksiyong kemikal nailalarawan sa pamamagitan ng isang proseso (thermodynamic) kung saan ang sistema ay dumadaan sa isang tuluy-tuloy na serye ng mga estado ng ekwilibriyo. Ang bawat isa sa mga estado na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng invariability (sa oras) ng mga thermodynamic parameter at ang kawalan ng matter at init na daloy sa system. Ang estado ng balanse ay nailalarawan sa pamamagitan ng dinamikong katangian ng balanse, iyon ay, ang pagkakapantay-pantay ng direkta at baligtad na mga proseso, ang pinakamababang halaga ng enerhiya ng Gibbs at ang enerhiya ng Helmholtz (iyon ay, dG=0 at d 2 G>0; dF =0 at d 2 F>0). Sa dynamic na equilibrium, ang mga rate ng pasulong at pabalik na reaksyon ay pareho. Dapat ding sundin ang equation:

µ J dn J =0, kung saan µ J =(ðG/ðn J) T , P , h =G J ay ang potensyal na kemikal ng component J; n J ay ang halaga ng bahagi J (mol). Ang malaking halaga ng µ J ay nagpapahiwatig ng mataas na reaktibiti ng mga particle.

∆Gº=-RTLnK p(9)

Ang equation (9) ay tinatawag na van't Haff isotherm equation. Ang halaga ng ∆Gº sa mga talahanayan sa reference na literatura para sa maraming libu-libong kemikal na compound.

K p \u003d e - ∆ G º / (RT) \u003d e - ∆ H º / RT ∙ e ∆ S º / R (11). Mula sa (11) ang isa ay maaaring magbigay ng isang thermodynamic na pagtatantya ng posibilidad ng reaksyon na nagaganap. Kaya, para sa mga exothermic na reaksyon (∆Нº<0), протекающих с возрастанием энтропии, К р >1, at ∆G<0, то есть реакция протекает самопроизвольно. Для экзотермических реакций (∆Нº>0) na may pagbaba sa entropy (∆Sº>0), ang kusang daloy ng proseso ay imposible.

Kung ang ∆Hº at ∆Sº ay may parehong senyales, ang thermodynamic na posibilidad ng pagpapatuloy ng proseso ay tinutukoy ng mga tiyak na halaga ng ∆Hº, ∆Sº at Tº.

Isaalang-alang, gamit ang halimbawa ng reaksyon ng ammonia synthesis, ang pinagsamang epekto ng ∆Н o at ∆S o sa posibilidad ng pagpapatupad ng proseso:

Para sa reaksyong ito, ∆Н o 298 = -92.2 kJ / mol, ∆S o 298 = -198 J / (mol * K), T∆S o 298 = -59 kJ / mol, ∆G o 298 = -33, 2kJ/mol.

Makikita mula sa ibinigay na data na ang pagbabago sa entropy ay negatibo at hindi pinapaboran ang reaksyon, ngunit sa parehong oras, ang proseso ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking negatibong epekto ng enthalpy ∆Hº, dahil sa kung saan posible ang proseso. Sa pagtaas ng temperatura, ang reaksyon, gaya ng ipinapakita ng calorimetric data, ay nagiging mas exothermic (sa T=725K, ∆H=-113kJ/mol), ngunit sa negatibong halaga ng ∆Sо, ang pagtaas ng temperatura ay lubhang nagpapababa ng posibilidad na mangyari ang proseso.

Ang isa sa pinakamahalagang tanong sa kimika ay ang tanong ng posibilidad ng isang kemikal na reaksyon. Ang isang quantitative criterion para sa pangunahing pagiging posible ng isang kemikal na reaksyon ay, sa partikular, ang katangiang pag-andar ng estado ng system, na tinatawag na Gibbs energy (G). Bago magpatuloy sa pagsasaalang-alang ng pamantayang ito, pag-isipan natin ang ilang mga kahulugan.

kusang mga proseso. Ang mga kusang proseso ay mga prosesong nagaganap nang walang supply ng enerhiya mula sa isang panlabas na mapagkukunan. Maraming mga kemikal na proseso ang kusang-loob, tulad ng pagkatunaw ng asukal sa tubig, ang oksihenasyon ng mga metal sa hangin (kaagnasan), atbp.

Nababaligtad at hindi maibabalik na mga proseso. Maraming mga reaksiyong kemikal ang nagpapatuloy sa isang direksyon hanggang sa ganap na maubos ang mga reaksyon. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag hindi maibabalik sa kemikal. Ang isang halimbawa ay ang pakikipag-ugnayan ng sodium at tubig.

Ang iba pang mga reaksyon ay nagpapatuloy muna sa pasulong na direksyon, at pagkatapos ay sa pasulong at pabalik na direksyon dahil sa pakikipag-ugnayan ng mga produkto ng reaksyon. Bilang resulta, nabuo ang isang timpla na naglalaman ng parehong mga panimulang materyales at mga produkto ng reaksyon. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag nababaligtad sa kemikal. Bilang resulta ng prosesong nababaligtad sa kemikal, totoo (matatag) ekwilibriyo ng kemikal, na nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na tampok:

1) sa kawalan ng mga panlabas na impluwensya, ang estado ng sistema ay nananatiling hindi nagbabago nang walang katiyakan;

2) anumang pagbabago sa mga panlabas na kondisyon ay humahantong sa isang pagbabago sa estado ng sistema;

3) ang estado ng ekwilibriyo ay hindi nakadepende kung saang panig ito naabot.

Ang isang halimbawa ng isang sistema sa totoong ekwilibriyo ay isang equimolecular mixture

CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g).

Ang anumang pagbabago sa temperatura o iba pang kundisyon ay nagdudulot ng pagbabago sa equilibrium, i.e. pagbabago sa komposisyon ng sistema.

Bilang karagdagan sa tunay na equilibria, ang maliwanag (mali, hinadlangan) na equilibria ay madalas na nakatagpo, kapag ang estado ng sistema ay nagpapatuloy sa oras sa napakahabang panahon, ngunit ang isang maliit na epekto sa sistema ay maaaring humantong sa isang malakas na pagbabago sa estado nito. Ang isang halimbawa ay isang pinaghalong hydrogen at oxygen, na sa temperatura ng silid sa kawalan ng mga panlabas na impluwensya ay maaaring manatiling hindi nagbabago nang walang katiyakan. Gayunpaman, sapat na upang ipakilala ang platinized asbestos (catalyst) sa halo na ito, dahil magsisimula ang isang masiglang reaksyon.

H 2 (g) + O 2 (g) \u003d H 2 O (g),

humahantong sa kumpletong pagkaubos ng mga panimulang materyales.

Kung ang parehong katalista ay ipinakilala sa ilalim ng parehong mga kondisyon sa likidong tubig, kung gayon imposibleng makuha ang paunang timpla.

Entropy. Ang estado ng anumang sistema ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng mga halaga ng direktang sinusukat na mga parameter (p, T, atbp.). ito katangian ng macrostate ng system. Ang estado ng system ay maaari ding ilarawan ng mga katangian ng bawat particle ng system (atom, molekula): coordinate, vibration frequency, rotation frequency, atbp. ito katangian ng microstate ng system. Ang mga system ay binubuo ng napakalaking bilang ng mga particle, kaya ang isang macrostate ay tumutugma sa isang malaking bilang ng iba't ibang microstates. Ang numerong ito ay tinatawag na thermodynamic probability ng estado at tinutukoy bilang W.

Ang posibilidad ng thermodynamic ay nauugnay sa isa pang pag-aari ng bagay - entropy (S, J / (mol. K)) - Boltzmann formula

kung saan ang R ay ang universal gas constant at ang N A ay ang Avogadro constant.

Ang pisikal na kahulugan ng entropy ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng sumusunod na eksperimento sa pag-iisip. Hayaang palamigin ang perpektong kristal ng ilang sangkap, tulad ng sodium chloride, hanggang sa ganap na zero na temperatura. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang mga sodium at chlorine ions na bumubuo sa kristal ay nagiging halos hindi kumikibo, at ang macroscopic na estado na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang solong microstate, i.e. W=1, at alinsunod sa (3.13) S=0. Habang tumataas ang temperatura, ang mga ion ay nagsisimulang mag-oscillate sa paligid ng mga posisyon ng equilibrium sa kristal na sala-sala, ang bilang ng mga microstate na tumutugma sa isang macrostate ay tumataas, at, dahil dito, S>0.

Sa ganitong paraan, Ang entropy ay isang sukatan ng kaguluhan ng estado ng isang sistema. Ang entropy ng system ay tumataas sa lahat ng mga proseso na sinamahan ng isang pagbawas sa pagkakasunud-sunod (pagpainit, paglusaw, pagsingaw, mga reaksyon ng agnas, atbp.). Ang mga prosesong nagaganap sa pagtaas ng pagkakasunud-sunod (paglamig, pagkikristal, compression, atbp.) ay humahantong sa pagbaba ng entropy.

Ang entropy ay isang function ng estado, ngunit hindi tulad ng karamihan sa iba pang thermodynamic function, posible na eksperimento na matukoy ang ganap na halaga ng entropy ng isang substance. Ang posibilidad na ito ay batay sa postulate ng M. Planck, ayon sa kung saan sa absolute zero, ang entropy ng isang perpektong kristal ay zero(ikatlong batas ng thermodynamics).

Ang pag-asa sa temperatura ng entropy ng isang sangkap ay ipinakita nang may husay sa Fig. 3.1.

Sa fig. 3.1 makikita na sa temperatura na katumbas ng 0 K, ang entropy ng isang substance ay zero. Sa pagtaas ng temperatura, ang entropy ay tumataas nang maayos, at sa mga punto ng mga phase transition, ang isang biglaang pagtaas sa entropy ay nagaganap, na tinutukoy ng kaugnayan.

(3.14)

kung saan ang Δ f.p S, Δ f.p H at T f.p ay ang mga pagbabago sa entropy, enthalpy at phase transition temperature, ayon sa pagkakabanggit.

Ang entropy ng isang substance B sa karaniwang estado ay tinutukoy bilang . Para sa maraming mga sangkap, ang mga ganap na halaga ng mga karaniwang entropies ay tinutukoy at ibinibigay sa mga sangguniang libro.

Ang entropy, tulad ng panloob na enerhiya at enthalpy, ay isang function ng estado, kaya ang pagbabago sa entropy ng isang sistema sa isang proseso ay hindi nakadepende sa landas nito at natutukoy lamang ng mga inisyal at huling estado ng system. Ang pagbabago sa entropy sa panahon ng isang kemikal na reaksyon (3.10) ay makikita bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuan ng mga entropi ng mga produkto ng reaksyon at ang kabuuan ng mga entropi ng mga panimulang materyales:

Ang konsepto ng entropy ay ginagamit sa isa sa mga pormulasyon pangalawang batas ng thermodynamics: sa mga nakahiwalay na sistema, tanging ang mga prosesong nagaganap na may pagtaas ng entropy (ΔS>0) ang maaaring kusang magpatuloy. Ang mga nakahiwalay na sistema ay nauunawaan bilang mga sistema na hindi nakikipagpalitan ng alinman sa bagay o enerhiya sa kapaligiran. Ang mga sistema kung saan nagaganap ang mga kemikal na proseso ay hindi nabibilang sa mga nakahiwalay na sistema, dahil nagpapalitan sila ng enerhiya sa kapaligiran (ang thermal effect ng reaksyon), at sa mga ganitong sistema ang mga proseso ay maaari ding mangyari na may pagbaba sa entropy.

SO 2 (g) + 2H 2 S (g) \u003d 3S (t) + 2H 2 O (l), kung ang mga karaniwang entropies ng sulfur oxide (IV), hydrogen sulfide, sulfur at tubig ay 248.1; 205.64; 31.88 at 69.96 J/(mol K), ayon sa pagkakabanggit.

Solusyon. Batay sa equation (3.15), maaari nating isulat:

Ang entropy sa reaksyong ito ay bumababa, na nauugnay sa pagbuo ng mga solid at likidong produkto mula sa mga gas na sangkap.

Halimbawa 3.8. Nang hindi gumagawa ng mga kalkulasyon, tukuyin ang tanda ng pagbabago sa entropy sa mga sumusunod na reaksyon:

1) NH 4 NO 3 (c) \u003d N 2 O (g) + 2H 2 O (g),

2) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g),

3) 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g).

Solusyon. Sa reaksyon (1), 1 mol ng NH 4 NO 3 sa mala-kristal na estado ay bumubuo ng 3 mol ng mga gas, samakatuwid, D r S 1 >0.

Sa mga reaksyon (2) at (3), ang kabuuang bilang ng mga moles at ang bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap ay bumababa. Samakatuwid, D r S 2<0 и D r S 3 <0. При этом уменьшение энтропии в реакции (3) больше, чем в реакции (2) , так как S о (H 2 O (ж)) < S о (H 2 O (г)).

Gibbs enerhiya(isobaric-isothermal potensyal). Sa maraming mga kaso, ang mga kusang proseso sa kalikasan ay nangyayari sa pagkakaroon ng potensyal na pagkakaiba, halimbawa, ang pagkakaiba sa mga potensyal na elektrikal ay nagdudulot ng paglipat ng singil, at ang pagkakaiba sa mga potensyal na gravitational ay nagiging sanhi ng pagbagsak ng katawan. Nagtatapos ang mga prosesong ito kapag naabot na ang pinakamababang potensyal. Ang puwersang nagtutulak ng mga prosesong kemikal na nagaganap sa pare-parehong presyon at temperatura ay ang isobaric-isothermal na potensyal, na tinatawag Gibbs enerhiya at ipinapahiwatig G. Ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs sa isang proseso ng kemikal ay tinutukoy ng kaugnayan

ΔG = ΔH –TΔS, (3.16)

kung saan ang ΔG ay ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng proseso ng kemikal; Ang ΔH ay ang pagbabago sa enthalpy ng proseso ng kemikal; Ang ΔS ay ang pagbabago sa entropy ng proseso ng kemikal; Ang T ay temperatura, K.

Ang equation (3.16) ay maaaring katawanin sa sumusunod na anyo:

∆H = ∆G + T∆S. (3.17)

Ang kahulugan ng equation (3.17) ay ang bahagi ng init na epekto ng reaksyon ay ginugugol sa paggawa ng trabaho (ΔG), at ang bahagi ay nawala sa kapaligiran (TΔS).

Ang enerhiya ng Gibbs ay isang pamantayan para sa pangunahing posibilidad ng isang kusang reaksyon. Kung bumababa ang enerhiya ng Gibbs sa panahon ng reaksyon, kung gayon ang proseso ay maaaring magpatuloy nang kusang sa ilalim ng mga kundisyong ito:

ΔG< 0. (3.18)

Ang proseso sa ilalim ng mga kundisyong ito ay hindi magagawa kung

ΔG > 0. (3.19)

Ang mga expression (3.18) at (3.19) ay sabay-sabay na nangangahulugan na ang baligtad na reaksyon ay hindi maaaring (3.18) o maaaring (3.19) magpatuloy nang kusang-loob.

Ang reaksyon ay nababaligtad, i.e. maaaring dumaloy sa parehong pasulong at pabalik na direksyon, kung

Ang equation (3.20) ay isang thermodynamic na kondisyon para sa chemical equilibrium.

Ang mga relasyon (3.18) - (3.20) ay naaangkop din sa phase equilibria, i.e. sa mga kaso kapag ang dalawang phase (pinagsama-samang estado) ng parehong sangkap ay nasa equilibrium, halimbawa, yelo at likidong tubig.

Mga kadahilanan ng enthalpy at entropy. Ito ay sumusunod mula sa mga equation (3.16) at (3.18) na ang mga proseso ay maaaring magpatuloy nang kusang-loob (ΔG<0), если они сопровождаются уменьшением энтальпии (ΔH<0) и увеличением энтропии системы (ΔS>0). Kung ang enthalpy ng system ay tumaas (ΔH>0), at ang entropy ay bumaba (ΔS<0), то такой процесс протекать не может (ΔG>0). Sa iba pang mga palatandaan ng ΔS at ΔН, ang pangunahing posibilidad ng pagpapatuloy ng proseso ay tinutukoy ng ratio ng enthalpy (ΔH) at entropy (ТΔS) na mga kadahilanan.

Kung ΔН>0 at ΔS>0, i.e. Dahil ang enthalpy component ay tumututol, at ang entropy component ay pinapaboran ang kurso ng proseso, ang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang kusang dahil sa entropy component, sa kondisyon na |ΔH|<|TΔS|.

Kung ang enthalpy component ay pumapabor at ang entropy ay sumasalungat sa proseso, kung gayon ang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang kusang dahil sa enthalpy component, sa kondisyon na |ΔH|>|TΔS|.

Epekto ng temperatura sa direksyon ng reaksyon. Ang temperatura ay nakakaapekto sa enthalpy at entropy na bahagi ng Gibbs energy, na maaaring sinamahan ng pagbabago sa sign ng Gibbs energy ng mga reaksyong ito, at samakatuwid ay ang direksyon ng mga reaksyon. Para sa isang magaspang na pagtatantya ng temperatura kung saan nagbabago ang tanda ng enerhiya ng Gibbs, maaari nating pabayaan ang pag-asa ng ΔН at ΔS sa temperatura. Pagkatapos ay sumusunod mula sa Eq. (3.16) na ang tanda ng enerhiya ng Gibbs ay magbabago sa temperatura

Malinaw na ang pagbabago ng tanda ng enerhiya ng Gibbs na may pagbabago sa temperatura ay posible lamang sa dalawang kaso: 1) ΔН>0 at ΔS>0 at 2) ΔН<0 и ΔS<0.

Ang karaniwang enerhiya ng pagbuo ng Gibbs ay ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng reaksyon ng pagbuo ng 1 mol ng isang tambalan mula sa mga simpleng sangkap na matatag sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon. Ang enerhiya ng Gibbs ng pagbuo ng mga simpleng sangkap ay ipinapalagay na zero. Ang karaniwang Gibbs energies ng pagbuo ng mga sangkap ay matatagpuan sa mga nauugnay na reference na libro.

Gibbs enerhiya ng isang kemikal na reaksyon. Ang enerhiya ng Gibbs ay isang function ng estado, i.e. ang pagbabago nito sa proseso ay hindi nakasalalay sa landas ng daloy nito, ngunit natutukoy ng mga paunang at panghuling estado ng system. Samakatuwid, ang enerhiya ng Gibbs ng kemikal na reaksyon (3.10) ay maaaring kalkulahin mula sa formula

Tandaan na ang mga konklusyon tungkol sa pangunahing posibilidad ng pagpapatuloy ng reaksyon sa mga tuntunin ng Δ r G ay naaangkop lamang sa mga kundisyong iyon kung saan kinakalkula ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng reaksyon. Kung ang mga kondisyon ay naiiba sa pamantayan, kung gayon ang equation ay maaaring gamitin upang mahanap ang Δ r G van't Hoff isotherms, na para sa reaksyon (3.10) sa pagitan ng mga gas ay nakasulat bilang

(3.23)

at sa pagitan ng mga solute

(3.24)

nasaan ang mga bahagyang presyon ng kaukulang mga sangkap; c A, c B, c D, c E ay ang mga konsentrasyon ng kaukulang dissolved substance; a, b, d, e ang kaukulang stoichiometric coefficients.

Kung ang mga reactant ay nasa karaniwang estado, ang mga equation (3.23) at (3.24) ang magiging equation

Halimbawa 3.9. Tukuyin ang posibilidad ng reaksyon NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k) sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon sa temperatura na 298.15 K, gamit ang data sa mga karaniwang enthalpies ng pagbuo at entropies.

Solusyon. Batay sa unang corollary ng batas ng Hess, nakita natin ang karaniwang enthalpy ng reaksyon:

; ang reaksyon ay exothermic, samakatuwid, ang enthalpy component ay pinapaboran ang reaksyon.

Kinakalkula namin ang pagbabago sa entropy ng reaksyon ayon sa equation

Ang reaksyon ay sinamahan ng pagbawas sa entropy, na nangangahulugan na ang entropy component ay sumasalungat sa reaksyon.

Nakita namin ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng proseso ayon sa equation (3.16):

Kaya, ang reaksyong ito ay maaaring magpatuloy nang kusang sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon.

Halimbawa 3.10. Gamit ang data sa mga karaniwang enthalpies ng pagbuo at entropies, matukoy kung anong equilibrium ng temperatura ang magaganap sa system N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g).

Solusyon. Ang kondisyon ng ekwilibriyo para sa sistema ay ΔG=0. Upang gawin ito, gamit ang kaugnayan (3.21), nakita natin ang temperatura kung saan ang ΔG=0. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy at entropy ng reaksyon:

Ang enthalpy component ay pinapaboran, at ang entropy component ay sumasalungat sa reaksyon, na nangangahulugan na sa isang tiyak na temperatura posible na baguhin ang tanda ng enerhiya ng Gibbs, i.e. baguhin ang direksyon ng reaksyon.

Ang kondisyon ng ekwilibriyo ay isusulat tulad ng sumusunod:

∆G = ∆H –T∆S,

o, pinapalitan ang mga numerical na halaga, nakukuha namin

0 \u003d - 92.38 - T (-198.3) 10 -3.

Samakatuwid, ang reaksyon ay nasa ekwilibriyo sa isang temperatura

SA.

Sa ibaba ng temperaturang ito, ang reaksyon ay magpapatuloy sa pasulong na direksyon, at sa itaas ng temperatura na ito, sa tapat na direksyon.

Halimbawa 3.11. Sa isang tiyak na temperatura T, ang endothermic na reaksyong A®B ay halos matatapos. Tukuyin: a) ang tanda D r S ng reaksyon; b) lagdaan ang DG ng reaksyon B ® A sa temperatura T; c) ang posibilidad ng reaksyon B ® A sa mababang temperatura.

Solusyon. a) Ang kusang paglitaw ng reaksyon A ® B ay nagpapahiwatig na ang DG<0. Поскольку DН>0, pagkatapos ay mula sa equation
DG = DH - Ipinahihiwatig ng TDS na DS>0; para sa baligtad na reaksyon B ® A DS<0.

b) Para sa reaksyon A ® B DG<0. Следовательно, для обратной реакции при той же температуре DG>0.

c) Ang reaksyon A ® B ay endothermic (DH<0), следовательно, обратная реакция В ® А экзотермическая. При низких температурах абсолютная величина члена TDS мала, так что знак DG определяется знаком DН. Следовательно, при достаточно низких температурах протекание реакции В ® А возможно.

Halimbawa 3.12. Kalkulahin ang halaga ng enerhiya ng Gibbs at tukuyin kung ang reaksyon CO + Cl 2 ÛCOCl 2 ay posible sa temperatura na 700 K, kung ang equilibrium constant ng reaksyon sa temperatura na ito ay 10.83 atm -1 at ang mga partial pressure ng lahat ng mga bahagi ay pareho at katumbas ng isa.

Solusyon. Ang relasyon D r G 0 at K r ng reaksyon A + B Û C + D ay ibinibigay ng isotherm equation (3.22)

Sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon, kapag ang bahagyang presyon ng bawat reactant ay 1 atm, ang ratio na ito ay kukuha ng anyo

Dahil dito, ang reaksyon sa T=700 K ay maaaring kusang magpatuloy sa pasulong na direksyon.

Mga tanong at gawain para sa sariling pag-aaral

1. Ibigay ang mga numerical na halaga ng presyon at temperatura sa internasyonal na sistema ng mga yunit, gayundin sa mga atmospheres, millimeters ng mercury at degrees Celsius, na naaayon sa pamantayan at normal na mga kondisyon.

2. Anong kondisyon ang natutugunan ng mga tungkulin ng estado? Ano ang tumutukoy sa pagbabago sa halaga ng function ng estado sa proseso?

3. Ang katatagan ng anong mga parameter ang nagpapakilala sa mga prosesong isobaric-isothermal at isochoric-isothermal?

4. Bumuo ng unang batas ng thermodynamics.

5. Sa ilalim ng anong mga kondisyon ang magiging thermal effect ng proseso: a) katumbas ng pagbabago sa enthalpy ng prosesong ito; b) ay katumbas ng pagbabago sa panloob na enerhiya ng proseso?

6. Ang kemikal na reaksyon ay nagaganap sa isang selyadong reaktor. Ang pagbabago sa kung aling function ng estado ang tutukuyin ang thermal effect ng reaksyon?

7. Sa panahon ng isang kemikal na reaksyon, ang temperatura ng sistema ay tumataas. Exothermic ba o endothermic ang prosesong ito? Anong sign (+) o (-) ang mayroon ang enthalpy change ng prosesong ito?

8. Bumuo ng batas ni Hess.

9. Tukuyin ang terminong "karaniwang enthalpy ng pagbuo ng isang sangkap."

10. Ano ang mga karaniwang enthalpies ng pagbuo ng molecular chlorine at stable sa temperatura na 298 K modification ng iron α-Fe?

11. Ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng puting posporus ay zero, at pula - (-18.41) kJ / mol. Alin sa mga allotropic modification ang mas matatag sa temperaturang 25 o C?

12. Bumuo ng 1st corollary ng batas ni Hess.

13. Tukuyin ang konsepto ng "karaniwang enthalpy ng pagkasunog ng isang sangkap."

14. Paano matatag ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng carbon dioxide at ang karaniwang enthalpy ng combustion sa T = 298 K na pagbabago ng carbon - graphite?

15. Magbigay ng 3 halimbawa ng kusang proseso ng kemikal.

16. Ilista ang mga palatandaan ng kemikal (tunay) na ekwilibriyo.

17. Magbigay ng mga halimbawa ng mga proseso na sinamahan ng: a) pagtaas ng entropy; b) isang pagbawas sa entropy.

18. Anong palatandaan ang dapat magkaroon ng pagbabago sa entropy ng isang kusang nagaganap na reaksyon kung Δ r Н=0?

19. Anong palatandaan ang dapat magkaroon ng pagbabago sa entropy ng reaksyon ng thermal decomposition ng calcium carbonate? Bakit? Isulat ang equation ng reaksyon.

20. Anong mga thermodynamic na katangian ng mga kalahok sa reaksyon ang kailangan mong malaman upang malutas ang isyu ng posibilidad ng isang reaksyon?

21. Ang isang exothermic na reaksyon sa pagitan ng mga gas ay sinamahan ng pagtaas ng volume. Ano ang masasabi tungkol sa posibilidad ng gayong reaksyon?

22. Sa alin sa mga sumusunod na kaso posible na baguhin ang direksyon ng reaksyon na may pagbabago sa temperatura: a) DH<0, DS<0; б) DH>0, DS>0; c) DH<0, DS>0; d) DH>0, DS<0?

23. Hanapin ang karaniwang enthalpy para sa oksihenasyon ng gaseous sulfur(IV) oxide na may oxygen sa gaseous sulfur(VI) oxide. Mga karaniwang enthalpies ng pagbuo SO 2 - (-297 kJ / mol) at SO 3 - (-395 kJ / mol).

Sagot: -196 kJ.

24. Ipahiwatig ang tanda ng pagbabago sa entropy sa mga sumusunod na reaksyon:

a) CO (G) + H 2 (G) \u003d C (T) + H 2 O (G);

b) CO 2 (G) + C (T) \u003d 2CO (G);

c) FeO (T) + CO (G) \u003d Fe (T) + CO 2 (G);

d) H 2 O (W) \u003d H 2 O (G);

Sagot: a) (-); b) (+); c)(~0); d) (+); e) (-).

25. Hanapin ang karaniwang entropy ng reaksyon ng oksihenasyon ng gaseous sulfur(IV) oxide na may oxygen sa gaseous sulfur(VI) oxide. Karaniwang entropy ng pagbuo ng SO 2 - (248 J / (mol K), SO 3 - (256 J / (mol K)), O 2 - (205 J / (mol K)).

Sagot: -189 J/K.

26. Hanapin ang enthalpy ng reaksyon para sa synthesis ng benzene mula sa acetylene, kung ang enthalpy ng combustion ng benzene ay (-3302 kJ / mol), at acetylene - (-1300 kJ / mol).

Sagot: - 598 kJ.

27. Hanapin ang karaniwang Gibbs energy ng decomposition reaction ng sodium bikarbonate. Posible bang kusang magpatuloy ang reaksyon sa ilalim ng mga kundisyong ito?

Sagot: 30.88 kJ.

28. Hanapin ang karaniwang enerhiya ng Gibbs ng reaksyon 2Fe (T) + 3H 2 O (G) \u003d Fe 2 O 3 (T) + 3H 2 (G) (mga reaksyon ng kaagnasan ng carbon steel na may singaw ng tubig). Posible bang kusang magpatuloy ang reaksyon sa ilalim ng mga kundisyong ito?

Sagot: -54.45 kJ.

29. Sa anong temperatura magaganap ang ekwilibriyong kemikal sa sistemang 2NO (g) + O 2 (g) Û 2NO 2 (g)?

Sagot: 777 K.

30. Hanapin ang thermal effect ng proseso ng evaporation ng 1 g ng tubig (specific heat of evaporation) sa temperatura na 298 K, kung ang standard enthalpy of formation ng H 2 O (l) ay (-285.84 kJ / mol), at puno ng gas - (-241.84 kJ /mol).

Sagot: 2.44 kJ / g.

3.4 Mga gawain para sa kasalukuyan at intermediate na mga kontrol

Seksyon I

1. Ang proseso ng pagbuo ng carbon dioxide sa panahon ng pagkasunog ng graphite sa oxygen ay maaaring magpatuloy sa dalawang paraan:

I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g); 2CO (g) + O 2 \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ.

II. C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), D r H ° \u003d -393 kJ.

Hanapin ang D f H°(CO).

Sagot: -110 kJ / mol.

2. Kalkulahin ang enthalpy ng pagbuo at enthalpy ng pagkasunog ng carbon monoxide (CO) batay sa mga sumusunod na reaksyon:

I. 2C (g) + O 2 (g) \u003d 2CO (g), D r H ° \u003d -220 kJ.

II. 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), D r H ° \u003d -566 kJ.

Sagot: -110 kJ/mol; -283 kJ/mol.

3. Hanapin ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng sodium sulfite mula sa thermochemical equation

4Na 2 SO 3 (cr) \u003d 3Na 2 SO 3 (cr) + Na 2 S (cr) - 181.1 kJ,

kung kJ/mol at kJ/mol.

Sagot: -1090 kJ / mol.

4. Hanapin ang karaniwang enthalpy ng pagkasunog ng mitein batay sa reaksyon CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g), D r H ° \u003d -802 kJ.

Sagot: -802 kJ / mol.

5. Hulaan kung ito ay magiging positibo o negatibo

pagbabago sa entropy ng system sa mga reaksyon:

a) H 2 O (g) ® H 2 O (g) (sa temperatura na 25 ° C);

b) CaCO 3 (t) ® CaO (t) + CO 2 (g);

c) N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g);

d) N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g);

e) Ag + (solusyon) + Cl - (solusyon) = AgCl (t).

Magbigay ng mga paliwanag nang hindi gumagawa ng mga kalkulasyon.

Sagot: a) +; b) +; sa) -; d) ~0; e) -.

6. Hulaan ang tanda ng DS system sa bawat isa sa mga sumusunod

mga proseso:

a) pagsingaw ng 1 mol CCl 4(g);

b) Br 2(g) → Br 2(g);

c) pag-ulan ng AgCl(t) sa pamamagitan ng paghahalo ng NaCl(aq.) at AgNO 3 (aq.).

Magbigay ng mga paliwanag.

Sagot: a) +; b) -; sa)-.

7. Gamit ang mga tabular na halaga ng mga ganap na halaga ng mga entropie ng mga sangkap sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon (S °), ihambing ang mga halaga ng mga ganap na entropies ng mga sangkap sa temperatura na 298 K sa bawat isa sa mga sumusunod na pares :

a) O 2 (g) at O ​​3 (g);

b) C (brilyante) at C (grapayt);

c) NaCl (t) at MgCl 2(t).

Ipaliwanag ang dahilan ng pagkakaiba sa S° sa bawat kaso.

8. Kalkulahin ang D r S° para sa mga reaksyon

a) N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g); b) 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g),

gamit ang mga tabular na halaga ng ganap na entropies ng mga sangkap sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon.

Sagot: a) -197.74 J/K; b) -188.06 J/K.

9. Gamit ang tabular values ​​ng absolute en-

tropium (S°), kalkulahin ang D r S° para sa mga sumusunod na proseso:

a) CO (g) + 2H 2 (g) \u003d CH 3 OH (g);

b) 2HCl (g) + Br 2 (g) \u003d 2HBr (g) + Cl 2 (g);

c) 2NO 2 (g) = N 2 O 4 (g).

Sumasang-ayon ba ang tanda ng D r S° sa bawat kaso na dapat asahan batay sa mga representasyong husay? Ipaliwanag ang mga sagot.

Sagot: a) -218.83 J/K; b) 94.15 J/K; c) -175.77 J/K.

10. Ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng CO (g) ay -110.5 kJ/mol. Ang pagkasunog ng 2 mol CO (g) ay naglabas ng 566 kJ ng init. Kalkulahin

Sagot: -393.5 kJ / mol.

11. Tukuyin ang dami ng init na inilabas kapag pinapatay ang 100 kg ng dayap na may tubig: CaO (k) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (k), kung ang standard heats ng formation CaO (k), H 2 O (l) , Ca(OH) 2(k) ay ayon sa pagkakabanggit -635.14; -285.84; -986.2 kJ/mol.

Sagot: -1165357.2 kJ.

12. Tukuyin ang enthalpy ng decomposition ng hydrogen peroxide (H 2 O 2) sa tubig at oxygen gamit ang data sa ibaba:

SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + H 2 O 2 (p) \u003d SnCl 4 (p) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -393.3 kJ;

SnCl 2 (p) + 2HCl (p) + 1 / 2O 2 (g) \u003d SnCl 4 (p) + H 2 O (l), D r H ° \u003d -296.6 kJ.

Sagot: - 96.7 kJ.

13. Kalkulahin ang dami ng init na inilalabas sa paggawa ng 10 6 kg ng ammonia kada araw, kung

Sagot: -2.7. 10 9 kJ.

14. Tukuyin batay sa sumusunod na datos:

P 4 (cr) + 6Cl 2 (g) \u003d 4PCl 3 (l), D r H ° \u003d -1272.0 kJ;

PCl 3 (g) + Cl 2 (g) \u003d PCl 5 (cr), D r H ° \u003d -137.2 kJ.

Sagot: -455.2 kJ / mol.

15. Kalkulahin ang pagbabago sa enthalpy ng reaksyon sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon: H 2 (g) + 1 / 3O 3 (g) \u003d H 2 O (g), batay sa sumusunod na data:

2O 3 (g) \u003d 3O 2 (g), D r H ° \u003d -288.9 kJ,

kJ/mol.

Sagot: -289.95 kJ.

16. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy ng PbO formation reaction gamit ang sumusunod na data:

1) 2Pb (cr) + O 2 (g) \u003d 2PbO 2 (cr) - 553.2 kJ;

2) 2PbO 2 (cr) \u003d 2PbO (cr)) + O 2 (g) + 117.48 kJ.

Sagot: -217.86 kJ / mol.

17. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy ng reaksyon ng pagbuo ng CuCl gamit ang sumusunod na data:

1) CuCl 2 (cr) + Cu (cr) = 2 CuCl (cr) - 63.5 kJ;

2) Cu (cr) + Cl 2 (g) = CuCl 2 (cr) - 205.9 kJ.

Sagot: 134.7 kJ / mol.

18. Kalkulahin ang Δ f H° ng methyl alcohol sa likidong estado, alam ang sumusunod na data:

H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g), D r H ° \u003d -285.8 kJ;

C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), D r H ° \u003d -393.7 kJ;

CH 3 OH (l) + 3 / 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (l), D r H ° \u003d -715.0 kJ.

Sagot: -250.3 kJ / mol.

19. Ang mga karaniwang enthalpies ng pagkasunog ng benzene at acetylene ay -3270 at -1302 kJ / mol, ayon sa pagkakabanggit. Tukuyin ang D r H ° ng conversion ng acetylene sa benzene: 3C 2 H 2 (g) \u003d C 6 H 6 (g).

Sagot: -636 kJ.

20. Tukuyin ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng iron oxide (III), kung 146.8 kJ ng init ang pinakawalan sa panahon ng oksihenasyon ng 20 g ng bakal.

Sagot: -822 kJ / mol.

21. Kalkulahin ang dami ng init na inilabas kapag tumatanggap ng 22.4 litro ng ammonia (n.o.) kung

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g), D r H ° \u003d -92 kJ.

Sagot: -46 kJ.

22. Tukuyin ang Δ f H° ng ethylene gamit ang sumusunod na data.

C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g) -1323 kJ;

C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) -393.7 kJ;

H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g) -241.8 kJ.

Sagot: 52 kJ / mol.

23. Kalkulahin ang enthalpy ng reaksyon F (g) + Li (g) \u003d F - (g) + Li + (g),

kung F (g) + e \u003d F - (g) -322 kJ / mol;

Li (g) \u003d Li + (g) + e + 520 kJ / mol.

Sagot: 198 kJ.

24. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng Hg 2 Br 2 gamit ang sumusunod na data:

1) HgBr 2 (cr) + Hg (g) = Hg 2 Br 2 (cr) - 37.32 kJ;

2) HgBr 2 (cr) \u003d Hg (l) + Br 2 (l) + 169.45 kJ.

Sagot: -206.77 kJ / mol.

25. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy ng sodium bikarbonate formation gamit ang sumusunod na data:

2NaHCO 3 (cr) \u003d Na 2 CO 3 (cr) + CO 2 (g) + H 2 O (g) + 130.3 kJ,

kung kJ/mol;

C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) - 393.7 kJ; H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) \u003d H 2 O (g) -241.8 kJ.

Sagot: -947.4 kJ / mol.

26. Kalkulahin ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng CaCO 3 (cr) gamit ang sumusunod na data:

Ca (OH) 2 (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (cr) + 173.9 kJ;

C (gr) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) - 393.7 kJ;

kJ/mol.

Sagot: -1206 kJ / mol.

27. Tukuyin ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng iron oxide (III), kung sa panahon ng reaksyon

2Fe + Al 2 O 3 \u003d Fe 2 O 3 + 2Al

para sa bawat 80 g ng Fe 2 O 3, 426.5 kJ ng init ang nasisipsip, kJ/mol.

Sagot: -823 kJ / mol.

28. Gaano karaming init ang dapat gastusin upang makakuha ng 11.2 kg ng bakal, kung, alinsunod sa thermochemical equation, FeO (t) + H 2 (g) \u003d Fe (t) + H 2 O (g) + 23 kJ .

Sagot: 4600 kJ.

29. Hanapin ang init ng pagkasunog ng brilyante kung ang karaniwang init ng pagkasunog ng grapayt ay -393.51 kJ / mol, at ang init ay

at ang phase transition С(graphite) ® С(diamond) ay

1.88 kJ/mol.

Sagot: -395.39 kJ / mol.

30. Gaano karaming init ang inilalabas kapag ang 1 kg ng pulang posporus ay na-convert sa itim na posporus, kung alam,

na ang mga karaniwang enthalpies ng pagbuo ng pula at itim na posporus ay -18.41 at -43.20 kJ/mol, ayon sa pagkakabanggit.

Sagot: -800 kJ.

Seksyon II

Kalkulahin ang karaniwang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura na 25 °C mula sa mga halaga ng karaniwang mga enthalpies ng pagbuo at ganap na entropies ng mga kemikal na compound at itatag ang posibilidad ng isang kusang reaksyon:

1. 4NH 3g + 5O 2g = 4NO g + 6H 2 O g.

Sagot: -955.24 kJ; posible ang reaksyon.

2. SO 2g + 2H 2 S g \u003d 3S to + 2H 2 O well.

Sagot: -107.25 kJ; posible ang reaksyon.

3. 2H 2 S g + 3O 2g = 2H 2 O g + 2SO 2g.

Sagot: -990.48 kJ; posible ang reaksyon.

4. 2NO g + O 3g + H 2 O well \u003d 2HNO 3g.

Sagot: - 260.94 kJ; posible ang reaksyon.

5. 3Fe 2 O 3k + CO g \u003d 2Fe 3 O 4k + CO 2g.

Sagot: - 64.51 kJ; posible ang reaksyon.

6. 2CH 3 OH w + 3O 2g \u003d 4H 2 Og + 2CO 2g.

Sagot: - 1370.46 kJ; posible ang reaksyon.

7. CH 4g + 3CO 2g \u003d 4CO g + 2H 2 O g.

Sagot: 228.13 kJ; hindi posible ang reaksyon.

8. Fe 2 O 3k + 3CO g \u003d 2Fe k + 3CO 2g.

Sagot: -31.3 kJ; posible ang reaksyon.

9. C 2 H 4g + 3O 2g \u003d 2CO 2g + 2H 2 O g.

Sagot: -1313.9 kJ; posible ang reaksyon.

10. 4NH 3g + 3O 2g = 6H 2 O g + 2N 2g.

Sagot: -1305.69 kJ; posible ang reaksyon.

11. 4NO 2g + O 2g + 2H 2 O x = 4HNO 3g.

Sagot: -55.08 kJ; posible ang reaksyon.

12. 2HNO 3l + NO g = 3NO 2g + H 2 O l.

Sagot: -7.71 kJ; posible ang reaksyon.

13. 2C 2 H 2g + 5O 2g \u003d 4CO 2g + 2H 2 O g.

Sagot: -2452.81 kJ; posible ang reaksyon.

14. Fe 3 O 4k + 4H 2g \u003d 3Fe hanggang + 4H 2 O g.

Sagot: 99.7 kJ; hindi posible ang reaksyon.

15. 2Fe 2 O 3k + 3C k \u003d 4Fe k + 3CO 2g.

Sagot: 297.7 kJ; hindi posible ang reaksyon.

16. Fe 3 O 4k + 4CO g \u003d 3Fe k + 4CO 2g.

Sagot: -14.88 kJ; posible ang reaksyon.

17. 2H 2 S g + O 2g \u003d 2H 2 O well + 2S c.

Sagot: -407.4 kJ; posible ang reaksyon.

18. Fe 2 O 3k + 3H 2g \u003d 2Fe hanggang + 3H 2 O g.

Sagot: 54.47 kJ; hindi posible ang reaksyon.

Kalkulahin ang karaniwang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura na 25 °C mula sa mga halaga ng mga karaniwang entalpie ng pagbuo at ganap na entropies ng mga kemikal na compound at tukuyin kung anong equilibrium ng temperatura ang magaganap sa system.

19. 4HCl g + O 2g ↔ 2Cl 2g + 2H 2 O f.

Sagot: -93.1 kJ; ~552 K.

20. Cl 2g + 2HI g ↔ I 2c + 2HCl g.

Sagot: -194.0 kJ; ~1632 K.

21. SO 2g + 2CO g ↔ 2CO 2g + S c.

Sagot: -214.24 kJ; ~1462 K.

22. CH 4g + 2H 2 Og ↔ CO 2g + 4H 2g.

Sagot: 113.8 kJ; ~959 K.

23. CO g + 3H 2g ↔ CH 4g + H 2 O g.

Sagot: -142.36 kJ; ~ 963 K.

Kalkulahin ang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura na 350 °C mula sa karaniwang mga entalpi ng pagbuo at ganap na mga entropi ng mga kemikal na compound. Huwag pansinin ang pagdepende sa temperatura ng D f H° at S°. Itakda ang posibilidad ng mga kusang reaksyon:

24. 2РН 3g + 4O 2g \u003d P 2 O 5k + 3H 2 O g.

Sagot: 1910.47 kJ; posible ang reaksyon.

25. Cl 2 g + SO 2 g + 2H 2 O w = H 2 SO 4 w + 2HCl g.

Sagot: -80.0 kJ; posible ang reaksyon.

26. P 2 O 5k + 5C k \u003d 2P k + 5CO g.

Sagot: 860.0 kJ; hindi posible ang reaksyon.

27. 2CO g + SO 2g \u003d S hanggang + 2CO 2g.

Sagot: -154.4 kJ; posible ang reaksyon.

28. CO 2g + 4H 2g \u003d CH 4g + 2H 2 O g.

Sagot: -57.9 kJ; posible ang reaksyon.

29. NO g + O 3 g = O 2 g + NO 2 g.

Sagot: -196.83 kJ; posible ang reaksyon.

30. CH 4g + 2O 2g \u003d CO 2g + 2H 2 O g.

Sagot: -798.8 kJ; posible ang reaksyon.

Ang posibilidad ng isang kusang reaksyon;

Entropy;

Isobaric - isothermal potensyal o Gibbs libreng enerhiya.

Kusang-loob Tinatawag ang mga proseso, bilang isang resulta kung saan maaaring makuha ang kapaki-pakinabang na trabaho, hindi kusang ay ang mga prosesong kailangang gumastos ng trabaho.

Isaalang-alang ang dalawang kusang proseso - ang paglusaw ng sodium hydroxide at ang paglusaw ng ammonium nitrate:

Ang mga ito ay kusang mga proseso, ngunit ang isa sa mga ito ay sinamahan ng pagpapalabas ng init, at ang isa ay sa pamamagitan ng pagsipsip ng init. Tulad ng nakikita natin, ang tanda ng thermal effect ng proseso (enthalpy factor) ay hindi malinaw na tinutukoy ang posibilidad ng isang kusang proseso. Mayroong pangalawang kadahilanan sa spontaneity ng proseso - entropy factor.

Ano ang entropy?

Ang estado ng anumang sistema ay maaaring ilarawan, sa isang banda, sa pamamagitan ng halaga ng mga sinusukat na parameter ng system (macrostates ng system), sa kabilang banda, ang estado ng system ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng isang hanay ng mga instant microstates. , na tumutugma sa iba't ibang antas ng enerhiya ng mga microparticle na bumubuo sa aming system.

Ang bilang ng mga microstate na tumutugma sa isang ibinigay na macrostate ng matter ay tinatawag thermodynamic na posibilidad ang mga estado nito (W), ibig sabihin, ang W ay ang bilang ng mga paraan kung saan maaaring maipamahagi ang mga molekula sa iba't ibang antas ng enerhiya.

Kaugnay ng thermodynamic state probability ay ang state function ng system, na tinatawag na entropy(S) .

S = k ln W, kung saan ang k ay ang Boltzmann constant, k ≈ 1.38∙10 -23 J/K,

Ang W ay ang thermodynamic na posibilidad ng estado ng system.

Para sa 1 mole ng isang substance:

S = R ln W, kung saan ang R ay ang unibersal na gas constant, dito ang S ay sinusukat sa .

Probability ng Estado maximum sa pinakamataas na kaguluhan ng system, ibig sabihin, ang entropy ay pinakamataas kapag ang sistema ay nasa pinaka-gulong estado. Ito ang kusang sinisikap ng sistema.

Anumang sistema ay may posibilidad na lumipat sa estado ng pinakamalaking kaguluhan, iyon ay, kusang, anumang sistema ay may posibilidad na tumaas ang entropy. At entropy ay isang sukatan ng kaguluhan sa sistema. Nagdaragdag ito sa mga pisikal na proseso tulad ng pagtunaw, pagkulo, pagpapalawak ng mga gas. Sa mga proseso ng kemikal, tumataas ang entropy kung ang mga produktong reaksyon ng gas ay nakuha mula sa mga paunang sangkap na kinuha sa solid o likidong estado, o kung ang bilang ng mga molekula ay tumataas sa panahon ng reaksyon.

Iyon ay, lumalaki ang entropy, dahil ang bilang ng mga gumagalaw na particle ay tumataas.

D.S.< 0 , - энтропия уменьшается т. к. уменьшается количество частиц (из 3-х в 2) и система переходит из газообразного состояния в жидкое.

Isaalang-alang ang pagbabago sa entropy sa system sa panahon ng paglipat mula sa isang estado na nailalarawan sa dami ng V 1 patungo sa isa pa - na may dami ng V 2:

Kung V 2 > V 1, pagkatapos ay DS > 0, kung V 2< V 1 , то DS < 0, т.е. при увеличении объема энтропия увеличивается.

Ang entropy ng isang perpektong kristal sa absolute zero ay zero, kaya maaari mong kalkulahin ang absolute value ng entropy para sa bawat substance. Ipinapakita ng mga talahanayan ang karaniwang halaga ng entropy (S°) sa ilalim ng mga karaniwang kundisyon.

Entropy ay isang function ng estado ng bagay, na nangangahulugan na hindi ito nakasalalay sa landas ng paglipat ng system mula sa isang estado patungo sa isa pa. Para sa nababaligtad na mga prosesong isothermal ( mga phase transition), ang pagbabago sa entropy ay katumbas ng pagbabago sa enthalpy na hinati sa temperatura:

Ang entropy ay depende sa temperatura:

Kung saan ang C P ay ang kapasidad ng init ng molar sa pare-parehong presyon.

Teoretikal na impormasyon

Ang proseso ng kemikal ay maaaring ituring na unang hakbang sa pag-akyat mula sa mga bagay na kemikal - elektron, proton, atom - patungo sa isang buhay na sistema.

Ang doktrina ng mga proseso ng kemikal- ito ang larangan ng agham kung saan mayroong pinakamalalim na interpenetration ng physics, chemistry, biology. Ang teoryang ito ay batay sa chemical thermodynamics at kinetics.

Ang kakayahan ng isang sangkap na sumailalim sa mga pagbabagong kemikal ay tinutukoy ng kanilang reaktibiti, i.e. ang likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap - ang komposisyon, istraktura, likas na katangian ng bono ng kemikal; mga kadahilanan ng enerhiya na tumutukoy sa posibilidad ng proseso at mga kadahilanan ng kinetic na tumutukoy sa bilis ng kurso nito.

Halos lahat ng mga proseso ng kemikal ay sinamahan ng pagpapalabas o pagsipsip ng enerhiya, kadalasan sa anyo ng init at trabaho.

init - isang quantitative measure ng random, magulong paggalaw ng mga particle na bumubuo ng isang ibinigay na sistema.

Trabaho - isang quantitative measure ng ordered motion ng mga particle sa isang directed force field.

Ang seksyon ng kimika na nag-aaral ng mga transisyon ng enerhiya mula sa isang anyo patungo sa isa pa sa panahon ng mga reaksiyong kemikal at nagtatatag ng direksyon at mga limitasyon ng kanilang kusang daloy sa ilalim ng mga partikular na kondisyon ay tinatawag kemikal na thermodynamics .

Ang object ng pag-aaral ng chemical thermodynamics ay isang kemikal na sistema.

Sistema - ito ay ang katawan na pinag-aaralan o isang grupo ng mga katawan na nakikipag-ugnayan sa isa't isa at sa isip o aktwal na nahiwalay sa kapaligiran sa pamamagitan ng mga hangganan na nagsasagawa o hindi nagsasagawa ng init.

Depende sa likas na katangian ng pakikipag-ugnayan ng sistema sa kapaligiran, mayroong bukas, sarado at insulated mga sistema.

bukas na mga sistema maaaring makipagpalitan ng enerhiya at bagay sa kapaligiran. Halimbawa, isang may tubig na solusyon ng sodium chloride sa isang bukas na sisidlan. Kapag ang tubig ay sumingaw mula sa solusyon at sa panahon ng pagpapalitan ng init, ang masa ng sistema at ang temperatura nito ay magbabago, at, dahil dito, ang enerhiya.

Mga saradong sistema huwag ipagpalit ang bagay sa kapaligiran. Halimbawa, isang solusyon ng sodium chloride sa isang saradong sisidlan. Kung ang solusyon at ang kapaligiran ay may iba't ibang temperatura, pagkatapos ay ang solusyon ay pinainit o pinalamig, at, dahil dito, ang enerhiya nito ay magbabago.

Mga nakahiwalay na sistema hindi maaaring makipagpalitan ng bagay o enerhiya sa kapaligiran. Ang isang nakahiwalay na sistema ay isang idealisasyon. Walang ganoong sistema sa kalikasan. Ngunit, sa kabila ng imposibilidad ng praktikal na pagpapatupad, ginagawang posible ng mga nakahiwalay na sistema na matukoy ang pinakamataas na pagkakaiba sa teoretikal na enerhiya sa pagitan ng system at ng kapaligiran nito.

Ang estado ng system ay tinutukoy ng isang hanay ng mga katangian at nailalarawan sa pamamagitan ng thermodynamic na mga parameter : temperatura (), pressure (), volume (), density (), dami ng substance (), trabaho tapos (), init (). Ang isang pagbabago sa hindi bababa sa isang thermodynamic parameter ay humahantong sa isang pagbabago sa estado ng system sa kabuuan. Kung ang lahat ng mga parameter ay pare-pareho sa oras at espasyo, kung gayon ang estado na ito ng system ay tinatawag punto ng balanse .

Sa thermodynamics, ang mga katangian ng isang sistema ay isinasaalang-alang sa mga estado ng ekwilibriyo nito: inisyal at pangwakas, anuman ang landas ng paglipat ng system mula sa isang estado patungo sa isa pa. Ang paglipat ng system mula sa isang estado patungo sa isa pa sa , = const tinawag isobaric-isothermal, sa , = const– isochoric-isothermal.

Ang pinakamahalagang gawain ng chemical thermodynamics ay upang ipaliwanag ang posibilidad o imposibilidad ng isang kusang proseso ng isang partikular na kemikal na reaksyon sa ilalim ng ibinigay na mga kondisyon at sa isang partikular na direksyon; pagtatakda ng halaga ng mga thermodynamic na parameter kung saan nakamit ang maximum na output ng proseso; pagpapasiya ng mga katangian ng pagbabago ng enerhiya na nagaganap sa system. Hanapin ito gamit ang thermodynamic function ().

Nailalarawan ang function ng estado panloob na enerhiya ng system – ang kabuuan ng potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng lahat ng mga particle ng katawan sa bawat isa at ang kinetic energy ng kanilang paggalaw. Depende ito sa estado ng bagay - uri, masa, estado ng pagsasama-sama. Ang ganap na halaga ng panloob na enerhiya ay hindi masusukat. Upang pag-aralan ang mga proseso ng kemikal, mahalagang malaman lamang ang pagbabago sa panloob na enerhiya sa panahon ng paglipat ng isang sistema mula sa isang estado patungo sa isa pa.

(27)

Kung saan ang panloob na enerhiya ng sistema ay bumababa kapag - nadadagdagan. Ang lahat ng mga pagbabago sa panloob na enerhiya ay nangyayari dahil sa magulong banggaan ng mga molekula (ang sukat ng enerhiya na inilipat sa ganitong paraan ay init) at ang paggalaw ng mga masa na binubuo ng isang malaking bilang ng mga particle sa ilalim ng pagkilos ng anumang pwersa (ang sukat ng enerhiya na inilipat sa ang paraang ito ay trabaho). Kaya, ang paglipat ng panloob na enerhiya ay maaaring isagawa nang bahagya sa anyo ng init at bahagyang sa anyo ng trabaho:

(28)

Ang equation sa itaas ay isang mathematical expression I batas ng thermodynamics : Kung ang init ay ibinibigay sa system, kung gayon ang ibinibigay na init ay ginugol sa pagtaas ng panloob na enerhiya ng system at sa paggawa ng trabaho para dito.

Sa prosesong isochoric-isothermal, ang lahat ng init na ibinibigay sa system ay ginugugol sa pagbabago ng panloob na enerhiya:

(29)

Sa isang prosesong isobaric-isothermal, ang tanging uri ng gawaing ginagawa ng system ay ang gawaing pagpapalawak:

(30)

kung saan ang presyon sa sistema, ay ang pagbabago sa dami

Pagkatapos ay ang mathematical expression ng unang batas ng thermodynamics ay tumatagal ng anyo: (31)

Nagpapahiwatig , nakukuha namin

System state function H - enthalpy ay ang kabuuang reserbang enerhiya ng system, i.e. ay ang nilalaman ng enerhiya ng system. Ang enthalpy ng system ay mas malaki kaysa sa panloob na enerhiya sa pamamagitan ng dami ng trabaho.

Upang makilala ang mga pagpapakita ng enerhiya sa kurso ng isang reaksyon, ang konsepto thermal effect.

thermal effect- ito ang dami ng init na inilabas o hinihigop sa panahon ng hindi maibabalik na kurso ng reaksyon, kapag ang tanging gawain ay ang gawain ng pagpapalawak. Sa kasong ito, ang mga temperatura ng mga panimulang materyales at mga produkto ng reaksyon ay dapat na pareho. thermal effect endothermic na reaksyon(dumaloy na may pagsipsip ng init) ay magiging positibo: , . thermal effect exothermic na reaksyon(dumaloy kasama ang paglabas ng init) ay magiging negatibo: , .

Ang sangay ng kimika na nakatuon sa pag-aaral ng mga thermal effect ng mga reaksiyong kemikal ay tinatawag thermochemistry .

Ang anumang reaksiyong kemikal ay sinamahan ng mga pagbabago sa reserbang enerhiya ng mga tumutugong sangkap. Ang mas maraming enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng isang kemikal na tambalan, mas matatag ang tambalang ito, at, sa kabaligtaran, ang sangkap na nakuha bilang resulta ng isang endothermic na reaksyon ay hindi matatag.

Sa mga kemikal na equation kung saan ang init ng reaksyon ay ipinahiwatig, ang mga ito ay tinatawag thermochemical. Ang mga ito ay pinagsama-sama batay sa mga batas ng konserbasyon ng masa at enerhiya.

Upang ihambing ang mga thermal effect ng iba't ibang mga proseso, ang mga kondisyon para sa kanilang paglitaw ay na-standardize. Mga karaniwang kondisyon - T 0 \u003d 298 K, p 0 \u003d 101.313 kPa, n - 1 mol ng purong sangkap, pagbabago ng enthalpy ( ) ay tumutukoy sa dami ng yunit ng sangkap, kJ/mol. Ang lahat ng karaniwang thermodynamic function ay mga halaga ng talahanayan, na nakasalalay sa estado ng pagsasama-sama ng sangkap.

Ang mga quantitative laws ng thermochemistry ay sumusunod sa I law of thermodynamics.

Batas ng Lavoisier-Laplace(1780 - 1784) - para sa bawat compound ng kemikal, ang init ng pagkabulok ay katumbas ng init ng pagbuo nito, ngunit may kabaligtaran na tanda.

Batas G.I. Hess(1840) - ang thermal effect ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa kalikasan at pisikal na estado ng mga paunang sangkap at panghuling produkto, ngunit hindi nakasalalay sa kalikasan at landas ng reaksyon, i.e. mula sa pagkakasunud-sunod ng mga indibidwal na intermediate na yugto. Ang batas na ito ay ang teoretikal na batayan ng thermochemistry. Ang ilang mga kahihinatnan ay sumusunod mula dito:

Sa mga kalkulasyon ng thermochemical, ang init ng pagbuo (enthalpy) ng mga simpleng sangkap sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon ay ipinapalagay na zero.

(isang simpleng sangkap) = 0

Ang dami ng enerhiya na inilabas o hinihigop sa panahon ng pagbuo ng 1 mol ng isang kumplikadong sangkap mula sa mga simple sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon ay tinatawag na karaniwang enthalpy ng pagbuo ( , kJ/mol).

Ang dami ng enerhiya na inilalabas o hinihigop ng 1 mole ng organikong bagay na nabubulok sa carbon dioxide at tubig sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon ay tinatawag na standard enthalpy of combustion ( , kJ/mol).

Ang thermal effect ng isang kemikal na reaksyon ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng kabuuan ng mga heats ng pagbuo ng mga produkto ng reaksyon at ang kabuuan ng mga heats ng pagbuo ng mga paunang sangkap, na isinasaalang-alang ang stoichiometric coefficients:

nasaan ang thermal effect ng isang kemikal na reaksyon sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon;
- ang kabuuan ng karaniwang mga init ng pagbuo ng mga produkto ng reaksyon;
- ang kabuuan ng karaniwang mga init ng pagbuo ng mga panimulang sangkap; , - stoichiometric coefficients, ayon sa pagkakabanggit, ng mga produkto ng reaksyon at panimulang materyales.

Ang batas ni Hess ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang mga thermal effect ng iba't ibang mga reaksyon. Ngunit ang tanda at magnitude ng thermal effect ay hindi nagpapahintulot sa isa na hatulan ang kakayahan ng mga proseso na magpatuloy nang kusang at hindi naglalaman ng impormasyon tungkol sa direksyon at pagkakumpleto ng mga proseso.

Mga kusang proseso(natural o positibo) - daloy sa system nang walang panghihimasok mula sa panlabas na kapaligiran at sinamahan ng pagbawas sa panloob na enerhiya ng system at ang paglipat ng enerhiya sa kapaligiran sa anyo ng init at trabaho. Ang mga endothermic na kusang proseso ay hindi sumasalungat sa kahulugan na ito, dahil maaari silang maganap sa isang hindi nakahiwalay na sistema at makagawa ng trabaho dahil sa init ng kapaligiran.

Ang mga prosesong hindi maaaring maganap sa kanilang sarili (nang walang panlabas na impluwensya) ay tinatawag hindi kusang , hindi natural o negatibo. Ang ganitong mga proseso ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglilipat ng enerhiya mula sa panlabas na kapaligiran patungo sa sistema sa anyo ng init o trabaho.

Ayon sa pangalawang batas ng thermodynamics, ang mga kusang proseso ay napupunta sa direksyon ng pagbawas ng stock ng panloob na enerhiya o ang enthalpy ng system. Gayunpaman, ang mga naturang proseso ay kilala na kusang nagpapatuloy nang hindi binabago ang panloob na enerhiya ng system. Ang puwersang nagtutulak ng naturang mga proseso ay ang entropy ng system.

Entropy(nakatali na enerhiya) ( S) - ito ay isang sukatan ng hindi maibabalik na proseso, isang sukatan ng paglipat ng enerhiya sa isang anyo kung saan hindi ito maaaring mag-isa sa isa pang enerhiya. Ang entropy ay nagpapakilala sa kaguluhan sa sistema, mas mataas ang kaguluhan, mas mataas ang entropy. Tumataas ito sa pagtaas ng paggalaw ng butil. Sa mga sistemang nakahiwalay sa panlabas na kapaligiran, ang mga proseso ay kusang nagpapatuloy sa direksyon ng pagtaas ng entropy (). Mga proseso kung saan bumababa ang entropy ( ) ay hindi magagawa sa mga nakahiwalay na sistema. Kung ang proseso ay posible sa pasulong at pabalik na mga direksyon, pagkatapos ay sa isang nakahiwalay na sistema ito ay magpapatuloy sa direksyon ng pagtaas ng entropy. Ang kurso ng isang kusang proseso sa isang nakahiwalay na sistema ay nagtatapos sa isang estado ng ekwilibriyo. Samakatuwid, sa ekwilibriyo entropy ng sistema maximum .

Nakuha ni Boltzmann ang isang equation ayon sa kung saan

(34) kung saan ang Boltzmann constant, ang W ay ang posibilidad ng isang estado, tinutukoy ang bilang ng mga microstate na tumutugma sa isang naibigay na microstate.

Ang kaugnayang ito ay nagpapakita na ang entropy ay maaaring tingnan bilang isang sukatan ng molecular disorder ng isang system.

Ayon sa II batas ng thermodynamics para sa isang isothermal na proseso, ang pagbabago sa entropy ay:

; [J/(mol K] (35)

Ang entropy ng mga simpleng sangkap ay hindi katumbas ng zero. Hindi tulad ng enthalpy, ang ganap na halaga ng entropy ay maaaring masukat. "Sa ganap na zero, ang entropy ng isang perpektong kristal ay zero" - ang postulate na ito ni M. Planck (1911) ay tinatawag III batas ng thermodynamics.

Ang pagbabago sa entropy ng isang proseso ng kemikal ay tinutukoy ng equation ng balanse:

Ang anumang sistema ay nailalarawan sa pamamagitan ng kaayusan () at kaguluhan (). Tinutukoy ng kanilang ratio ang direksyon ng reaksyon.

Kaya, sa panahon ng kusang paggalaw ng system sa isang matatag na estado, lumilitaw ang dalawang tendensya: isang pagbawas sa enthalpy. at pagtaas ng entropy. Ang pinagsamang epekto ng dalawang uso sa pare-parehong temperatura at presyon ay sumasalamin isobaric-isothermal potential o Gibbs energy () .

Pag-andar ng estado nagpapakilala sa pangkalahatang puwersa ng pagmamaneho ng proseso, ang pinakamataas na posibleng kapaki-pakinabang na gawain ("libreng enerhiya") na isinagawa ng system; - bahagi ng enerhiya na hindi maaaring ma-convert sa kapaki-pakinabang na gawain ("nakagapos na enerhiya").

Ang mga reaksyon ng kemikal ay nagpapatuloy sa isang bukas na sisidlan na may pagbabago sa dami, kaya ang posibilidad (spontaneity) at ang direksyon ng proseso ay nagpapakilala sa function na tinutukoy ng equation ng balanse sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon:

; (38)

Ang kusang kurso ng proseso ay tumutugma sa pagbaba sa enerhiya ng Gibbs, . Kung mas bumababa ito, mas hindi maibabalik ang proseso patungo sa pagbuo ng mga huling produkto ng reaksyon. Pagtaas ng potensyal na isobaric ay isang palatandaan ng hindi praktikal na proseso sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon. Ibig sabihin nagpapakilala sa estado ng ekwilibriyo, i.e. isang estado kung saan ang sistema ay hindi gumagawa ng kapaki-pakinabang na gawain.

Ang isang pagsusuri ng mga halaga at sa Gibbs equation ay nagpakita na ang posibilidad ng isang mababalik na proseso ay dahil sa parehong mga palatandaan at . Sa isang tiyak na temperatura, ang mga halaga at maging pantay. Samakatuwid, mula sa Gibbs equation, matutukoy ng isa ang "equilibrium" na temperatura o ang temperatura ng simula ng proseso ():

; = 0 ; ; (39)

Kaya, ang mga reaksyon ay kusang nagpapatuloy kung saan ang pagbabago sa libreng enerhiya ay negatibo. mga reaksyon kung saan , daloy lamang sa ilalim ng kondisyon na ang trabaho ay ginagawa sa system sa pamamagitan ng mga panlabas na pwersa o enerhiya ay inililipat sa system mula sa labas. Ang mga kondisyon para sa kusang daloy ng proseso ay ipinapakita sa fig. 3.

Mga reaksiyong kemikal, Mga reaksyong kemikal,

kusang umaagos hindi kusang umaagos

mga reaksyong exothermic, mga reaksyong exothermic,

kasamang kasama

pagtaas sa entropy pagbaba sa entropy

sa anuman temperatura sa mataas mga temperatura

mga endothermic na reaksyon

sinamahan

pagtaas ng entropy

sa mababa mga temperatura

kanin. 3. Mga kondisyon para sa kusang daloy ng proseso.

3.2. Kontrolin ang mga tanong at gawain

1. Ano ang tinatawag na sistema? Ano ang mga parameter ng system?

2. Ilarawan ang panloob na enerhiya ng system, ang konsepto ng isochoric at isobaric na proseso.

3. Ano ang tinatawag na enthalpy?

4. Ilarawan ang enthalpy ng pagbuo ng mga compound, karaniwang enthalpy ng combustion at pagbuo ng mga substance.

5. Batas ni Hess at ang mga kahihinatnan nito, ang paggamit nito sa mga kalkulasyon ng thermochemical.

6. Pagpapasiya ng heats (enthalpies) ng neutralisasyon, paglusaw, hydration.

7. Entropy. Boltzmann equation. Paano nagbabago ang entropy sa temperatura?

8. Gibbs enerhiya. Pamantayan para sa kusang daloy ng proseso.

9. Gamit ang reference data sa Appendix 3, kalkulahin ang pagbabago sa karaniwang enthalpy ng reaksyon ():

10. Gamit ang reference data sa Appendix 3, kalkulahin ang pagbabago sa karaniwang entropy ng reaksyon ( ):

11. Kalkulahin ang mga reaksyon sa 846 0 С, kung = 230 kJ, = 593 J/K.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

Halimbawa 1 Ang reaksyon ng pagkasunog ng ethyl alcohol ay ipinahayag ng thermochemical equation C 2 H 5 OH (L) + 3O 2 (G) \u003d 2CO 2 (G) + 3H 2 O (L). Kalkulahin ang thermal effect ng reaksyon kung alam na ang molar heat ng vaporization ng C 2 H 5 OH (L) ay +42.36 kJ, at ang init ng pagbuo ng C 2 H 5 OH (G) = -235.31 kJ, CO 2 (G) \u003d -393.51 kJ, H 2 O (L) \u003d -285.84 kJ.

Solusyon. Upang matukoy ang ΔΗ ng reaksyon, kailangang malaman ang init ng pagbuo C 2 H 5 OH (L). Nahanap namin ang huli mula sa data:

C 2 H 5 OH (F) \u003d C 2 H 5 OH (G); ΔΗ = +42.36 kJ

42.36 \u003d -235.31 - ΔΗ (C 2 H 5 OH (W))

ΔΗ (C 2 H 5 OH (W)) \u003d -235.31-42.36 \u003d -277.67 kJ

Kinakalkula namin ang ΔΗ ng reaksyon, inilalapat ang mga kahihinatnan mula sa batas ng Hess:

ΔΗ H.R. \u003d 2 (-393.51) + 3 (-285.84) + 277.67 \u003d -1366.87 kJ.

Ang thermal effect ng reaksyon ay 1366.87 kJ.

a) Fe 2 O 3 (K) + 3H 2 (G) \u003d 2Fe (K) + 3H 2 O (G)

b) Fe 2 O 3 (K) + 3CO (G) \u003d 2Fe (K) + 3CO 2 (G)

Aling proseso ang nangangailangan ng mas maraming enerhiya?

Solusyon. Upang kalkulahin ang ΔΗ XP, ginagamit namin ang formula ng kahihinatnan mula sa batas ng Hess at ang mga karaniwang enthalpies ng pagbuo ng bawat sangkap [Appendix 3]:

a) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (H 2 O) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (H 2)) \u003d 2 (0) + 3 (-241.8) - ((-822) .2) + 3(0)) = -725.4 + 822.2 = 96.8 kJ.

b) ΔΗ XP \u003d 2ΔΗ (Fe) + 3ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (Fe 2 O 3) + 3ΔΗ (CO)) \u003d 2 (0) + 3 (-393.5) - ((-822.2 ) + 3(-110.5)) = -1180.5 + 822.2 + 331.5 = -26.5 kJ.

Ayon sa mga kalkulasyon, proseso a) - ang pagbawas ng iron oxide (III) na may hydrogen, ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya kaysa sa proseso b). Sa proseso b), ang reaksyon ay kahit na exothermic (ang enerhiya ay inilabas sa anyo ng init).

Halimbawa 3 Ang water gas ay isang pinaghalong pantay na dami ng hydrogen at carbon monoxide (II). Hanapin ang dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng 112 liters ng water gas, (n.o.).

Solusyon. Buuin natin ang thermochemical equation ng proseso:

H 2 (G) + CO (G) + O 2 (G) \u003d H 2 O (G) + CO 2 (G) ΔΗ XP \u003d - Q.

Kalkulahin natin ang ΔΗ XP kapag nasunog ang 2 mol ng water gas (1 mol ng H 2 at 1 mol ng CO), i.e. 22.4 l / mol 2 mol \u003d 44.8 l. Ang pagkalkula ay isinasagawa ayon sa pormula ng kinahinatnan ng batas ng Hess at ang mga karaniwang enthalpies ng pagbuo ng bawat sangkap [Idagdag. 3]:

ΔΗ XP \u003d ΔΗ (H 2 O) + ΔΗ (CO 2) - (ΔΗ (H 2) + ΔΗ (CO) + ΔΗ (O 2)) \u003d -241.8 - 393.5 - (0 - 110.5 + 0) = - 635.3 + 110.5 = - 524.8 kJ

Gumagawa kami ng isang proporsyon:

44.8 liters ng water gas burns - 524.8 kJ ng init ang pinakawalan

112 l - X kJ

X \u003d 112 524.8 / 44.8 \u003d 1312 kJ

Kapag nasusunog ang 112 litro ng gas ng tubig, 1312 kJ ng init ang pinakawalan.

Halimbawa 4 Magbigay ng thermodynamic na katangian ng proseso Ga + HCl) ↔ GaCl 3 (t) + H 2 (g) ayon sa plano:

1. Isulat ang stoichiometric equation.

2. Isulat ang thermodynamic function ng mga sangkap na kasangkot.

3. Kalkulahin ang pagbabago sa karaniwang enthalpy ng isang kemikal na reaksyon at i-plot ang enthalpy diagram.

4. Tukuyin kung ang reaksyon ay exothermic o endothermic; tumataas o bumababa ang temperatura sa sistema bilang resulta ng reaksyong ito.

5. Kalkulahin ang pagbabago sa karaniwang entropy ng reaksyon, ipaliwanag ang pagbabago sa entropy sa panahon ng reaksyon.

6. Kalkulahin ang karaniwang pagbabago sa Gibbs energy mula sa balanse equation at Gibbs equation. Magbigay ng pagsusuri sa mga nakuhang datos.

7. Itugma ang mga palatandaan ng mga dami . at Ipagpalagay na ang reaksyon ay nababaligtad.

8. Para sa isang reversible reaction, kalkulahin ang equilibrium temperature ayon sa Gibbs equation, sa pag-aakalang ang maximum allowable temperature ay 3000 K. Gumawa ng konklusyon: Tp - realizable o hindi realizable.

9. Kalkulahin ang halaga sa tatlong temperatura (500, 1000 at 1500 K). Plot Graphical Dependency ..

10. Gumawa ng konklusyon tungkol sa spontaneity ng chemical reaction. Tukuyin ang mga kondisyon kung saan posible ang reaksyon

Solusyon.

1 Isulat ang stoichiometric equation.

2. Isinulat namin ang mga karaniwang thermodynamic function para sa pagbuo ng mga bahagi ng reaksyon (Talahanayan 21) (mga thermodynamic na parameter ng mga sangkap mula sa [Appendix 3]).

• Mga aktibidad at pedagogical na pananaw ni Jan Amos Comenius
• Ang rate constant ay kinakalkula ng formula Rate constant value
• Phase diagram ng dalawang bahagi na sistema "polymer - solvent" Phase diagram ng dalawang bahagi na sistema "polymer - solvent"
• Fine at hyperfine na istraktura ng optical spectra
• Paano matuto ng kimika sa iyong sarili mula sa simula: epektibong paraan
• Mga katangian at katangian ng mga alkenes
• Mga katangian ng isang mag-aaral mula sa lugar ng internship
• Mga katangian para sa isang mag-aaral na nagkaroon ng internship sa isang negosyo: mga panuntunan sa pagsusulat
• Talambuhay ni Faraday. Mahusay na mga siyentipiko. Michael Faraday. pagtuklas ng electromagnetic rotation
• Mga makabagong pagbabago sa edukasyon

• Ang mga substituent sa benzene ring ay nahahati sa dalawang grupo Mga reaksyon ng benzene ring
• Mga uri ng mga reaksiyong kemikal sa organikong kimika Mga reaksyon sa pagdaragdag ng electrophilic
• Mga pamamaraan para sa paghihiwalay ng mga heterogenous mixtures
• Polymethacrylic acid
• Pangkalahatang katangian ng mga elemento ng VI A subgroup Mga Elemento 6a ng subgroup
• Teoretikal na pundasyon ng pisika
• Teorya ng graph sa kimika. teorya ng graph. Mga pangunahing kahulugan at teorema ng teorya ng graph
• Algebra at pagkakaisa sa mga aplikasyon ng kemikal
• Mga pagsusulit sa kursong "Ekolohiya at pamamahala ng kalikasan
• Direktor ng WWF Russia na si Igor Chestin: Ang Yakutia ay kabilang sa mga pinunong alam kong madalas kang bumiyahe... Bakit kailangan mo ito