4.Термохимия. Закон Гесса и следствия из закона г есса. Теплоты образования и теплоты сгорания. Расчёт тепловых эффектов физико-химических процессов.

Раздел химии и хим. ТД, занятый расчётами тепловых эффектов, наз-ся термохимией.

Термохимические уравнения:

аА + bB = cC + dD; H_p

ех: Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О(ж); ΔΗ˚₂₉₈ = -285,8 кДж,

Закон Гесса :

Тепловой эффект реакции (Н_р) не зависит от пути её протекания, а определяется только природой и физическим состоянием исходных веществ и конечных продуктов.

Qv=∆U; Qp =∆H

Следствия закона:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной, но с обратным знаком.

2. Изменение энтальпии химической реакции равно сумме энтальпий образующихся продуктов реакции за вычетом сумм энтальпии исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Энтальпия образования (∆H◦_f , кДж/моль)– тепловой эффект образования 1 моль в-ва из простых в-в в стандартных условиях.

3. Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий сгорания начальных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов.

ΔH = ΣΔHсгор.нач – ΣΔHсгор.конечн

5.3Ависимость тепловых эффектов химических реакций от температуры. Закон Кирхгофа.

Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры определяется законом Кирхгофа.

т.е. влияние температуры на тепловой эффект реакции обусловлено разностью теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ c учетом стехиометрических коэффициентов: .

При P = const: .

Закон Кирхгофа:

Температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции.

б.Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Второе начало термодинамики. Теорема Карно-Клаузиуса. Принцип существования энтропии. Принцип возрастания энтропии.

К самопроизвольным относятся процессы, проходящие без затраты энергии извне. Может происходить обратимо или необратимо. Для осуществления несамопроизвольного процесса необходимо затратить внешнюю энергию в количестве, пропорциональном величине изменения состояния системы.

Второй закон ТД:

В любой системе два произвольно выбранных состояния отличаются тем, что переход из 1 во 2 самопроизвольный, а переход из 2 в 1 – с затратой энергии, поэтому должен существовать объективный критерий системы, позволяющий судить о направлении реакции.

Машина работает обратимо под цепью из 2 изотерм AB и CD, Т1=const, и 2 адиабат BC и DA. На участке AB рабочее тело изотермически при Т=Т1, претерпевая циклические изменения, рабочее тело возвращается в исходное состояние, при этом совершает работу А=Q1-Q2.

1.|AB|, T=T1=const (ΔU=Q-A)

A1=Q1=RT1lnV1/V2

2.|CD|, A3=Q3=RT₂lnV4/V3, где V_1-n=A-D.

Из уравнения адиабаты: VT^ᵞ-1=const

Для точек A и D →V4/V3=V1/V2. => A3=Q2=-RT₂lnV2/V1

3.|BC|

A2=Cv(T1-T2)

4.|DA|

A4=Cv(T2-T1)=-Cv(T1-T2)

Суммируем А на всех участках:

А=∑A=R(T1-T2)lnV2/V1

Принимая, что Q1=RT1lnV2/V1, найдём КПД машины:

Ƞ=A/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1

ВЫВОДЫ:

1.КПД тепловой машины, работающей обратимо по циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела, а лишь от температуры нагревателя и холодильника. Это теорема Карно-Клаузиуса.

2.Т.к.работа обратимого процесса является максимальной, то КПД машины, которая работает по необратимому циклу, меньше КПД по обратному циклу:

Ƞнеобрат. < Ƞобрат.

Принцип существования энтропии:

Для каждой ТД системы существует физическая величина энтропии, значение которой зависит от состояния системы и изменения которой происходит только под действием энергии, передаваемой в виде теплоты.

Q1/T1-Q2/T2=0, где Q/T-приведенная теплота.

Принцип возрастания энтропии:

Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов.

Q1/T1<Q2/T2 => ∆S>0 – условие самопроизвольного протекания процесса.