Подготовка к работе

Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:

▪ сущность понятий: термодинамические системы (изолированные и неизолированные, открытые и закрытые, гомогенные и гетерогенные); термодинамические параметры системы, термодинамические функции состояния – внутренняя энергия U, энтальпия H, энтропия S, энергия Гиббса G;

▪ первое начало термодинамики, тепловые эффекты химических реакций, закон Гесса и его следствия, расчет _rН при стандартных условиях, термохимические уравнения;

▪ второе начало термодинамики, энтропия и свободная энергия Гиббса как критерии направленности и равновесия процессов.

Типовая задача

Если в реакцию вступит 5,6 л аммиака, измеренных при нормальных условиях:

NH_{3 (газ)} + HCl _(газ) = NH₄Cl _{(кристалл.)} , то ____________ теплоты

о 1) поглотится 177 кДж о 2) выделится 177 кДж

о 3) поглотится 44,25 кДж о 4) выделится 44,25 кДж

Ответ подтвердите расчётом.

Вещество	NH3	HCl	NH4Cl
Δ f Н0, кДж / моль	– 46	– 92	–315

Решение. Вычислим тепловой эффект химической реакции в стандартных условиях по формуле (6.5):

_rН⁰ =  ∙_fН⁰ _{продуктов реакции} –  ∙_fН⁰ _{исходных веществ} ;

_rН⁰ = [1 моль _fН⁰ (NH₄Cl)] – [1 моль _fН⁰ (NH₃) + 1 моль _fН⁰ (HCl)] =

= [1 моль(–315) кДж/моль] – [1 моль(– 46) кДж/моль + 1 моль(– 92) кДж/моль] =

= –315 кДж + 46 кДж + 92 кДж = – 177 кДж.

Согласно уравнению реакции, в процессе участвует 1 моль аммиака, который при нормальных условиях занимает объём 22,4 л. Если в реакцию вступит 5,6 л аммиака, что в четыре раза меньше (22,4 : 5,6 = 4), то и теплоты выделится (_rН  0) в четыре раза меньше: 177 : 4 = 44,25. Правильный ответ: 4.

Рабочее задание

Задание 1. Термодинамический расчет изменения стандартной энтальпии

реакции нейтрализации и оценка возможности

самопроизвольного протекания процесса

Согласно теории электролитической диссоциации нейтрализация сильной кислоты сильным основанием в разбавленном растворе отвечает следующему уравнению:

Н⁺_{(раствор)} + ОН‾_{(раствор)} = Н₂О_{(жидкая)}.

Используя данные табл. 6.1, рассчитайте по формуле (6.5) стандартную энтальпию реакции нейтрализации Δ_rН⁰ и сравните полученное значение с экспериментальной теплотой нейтрализации.

По уравнению (6.6) рассчитайте изменение энтропии в ходе реакции нейтрализации при стандартных условиях Δ_rS⁰, а затем по уравнению (6.7) вычислите изменение энергии Гиббса Δ_rG⁰ в стандартных изобарно-изотермических условиях и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания данной реакции в неизолированных системах.

Таблица 6.1

Значения термодинамических функций

Термодинамическая функция	Н+(раствор)	ОН‾(раствор)	Н2О(жидкая)
ΔfН0298, кДж/моль	0	–230,0	–286,0
S0298, Дж/(моль∙К)	0	–10,5	70,0