ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, Термодинамический метод рассмотрения химических процессов - Основы химии
Термодинамический метод рассмотрения химических процессов
Термодинамический подход заключается в рассмотрении начального и конечного состояний взаимодействующих веществ, при этом не учитываются механизм и скорость процесса.
Для описания систем используют набор термодинамических функций, основными из которых являются Н - энтальпия, S - энтропия, G - энергия Гиббса. В справочных таблицах приводят стандартные: энтальпии образования веществ, кДж/моль, энтропии веществ, Дж/(мольК) (табл. П.1), энергии Гиббса образования веществ, кДж/моль. Стандартные условия:
Т = 298 К; Р = 1,013105 Па; вещества - химически чистые.
Энтальпийный эффект химической реакции определяют по закону Гесса и следствию из него. Следствие из закона Гесса: Изменение энтальпии химической реакции равно разности сумм энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрических Коэффициентов:
= (N) - (M),
Где N, M - стехиометрические коэффициенты.
Аналогичным образом можно рассчитывать изменение и других функций - энтропии (), энергии Гиббса ().
В системах, находящихся при постоянных температуре и давлении, самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (G < 0). Если G > 0 , реакция протекает в обратном направлении, а при G = 0 система находится в состоянии химического равновесия.
Пример. Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в реакции CO2(г) + С (графит) = 2CO(г). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении.
Решение.
- Рассчитать стандартное изменение энтальпии реакции:
= (N ) - (M )= 2- ( + )=
= 2(-110,5) - (-393,5 + 0) = 172,5 кДж.
>0 - Эндотермическая реакция.
- Рассчитать стандартное изменение энтропии реакции:
= (N ) - (M )= - (+) =
=2-197,5 - (213,7 + 5,7) = 175,6 Дж/К = 175,610-3 КДж/К.
- Рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса реакции:
= - = 172,5 -298175,610-3 = 120,2 кДж.
> 0, При Т = 298 К прямая реакция невозможна.
- Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие.
Если пренебречь зависимостями и S от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т: G = Н - ТS - = - = 0 Т = =
- Построить график зависимости от Т.
Из графика видно, что в интервале температур 0 - 982 К G > 0, следовательно, прямая реакция невозможна; выше 982 К G < 0, т. е. самопроизвольно протекает прямая реакция.
Задания к подразделу 2.1
Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в соответствующей реакции (,в табл. П.1). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении (из расчетных либо графических данных).
Номер задания |
Уравнение реакции |
21 |
2Mg(к) + CO2 (г) = 2MgO(к) + C (графит) |
22 |
3CH4(г) + CO2(г) + 2H2O(ж) = 4CO(г) + 8H2(г) |
23 |
4HCl (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2Cl2 (г) |
24 |
2Н2 S (г) + SO2(г) = 3S (ромб) + 2H2O(ж) |
25 |
2Сu2О(т) + Сu2S (т) = 6Сu (к) + SO2(г) |
26 |
2H2O (г) + 2Cl2 (г) = 4HCl (г) + O2 (г) |
27 |
3Fe2O3(т) + Н2(г) = Н2O(г) + 2Fe3O4(т) |
28 |
CaO (т) + CO2 (г) = CaCO3 (т) |
29 |
С (гр.) + СO2( г) = 2СО(г) |
30 |
2ZnS(т) + 3О2(г) = 2ZnO(т) + 2SO2(г) |
31 |
СаСО3(т) = СаО(т) + СО2(г) |
32 |
ВaO(т) + CO2 (г) = ВaCO3 (т) |
33 |
2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г) |
34 |
N2O4 (г) = 2NO2 (г) |
35 |
Al2O3 (т) + 3SO3 (г) = Al2(SO4) 3 (т) |
36 |
CaO (т) + Н2O (ж) = Ca(ОН)2 (т) |
37 |
FeO(т)+ H2(г ) = Fe(т) +Н2О(г) |
38 |
CuO(т) + C(т) = Cu(к) + CO(г) |
39 |
CaO (т) +Fе2O3(т) = Ca(FеO2)2(т) |
40 |
CaO (т) + SO3 (г) = CaSO4 (т) |
Похожие статьи
-
В термодинамике понятие "энтропия" было введено Р. Клаузиусом (1865), который показал, что процесс превращения теплоты в работу следует общей физической...
-
Химическим равновесием называется такое состояние химической системы, при котором количества исходных веществ и продуктов не меняются со временем. 1....
-
Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики Термодинамические системы и термодинамические параметры. Функции состояния. Парциальные...
-
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье - Основы химии
Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на...
-
Расчет равновесия по термодинамическим данным - Химические процессы и реакторы
Расчет константы равновесия и изменения энергии Гиббса позволяет определить равновесный состав реакционной смеси, а также и максимально возможное...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Способы смещения равновесия - Химические процессы и реакторы
Положение равновесия всегда зависит от внешних условий, а так как внешние условия не могут сохраняться неизменными, то равновесие рано или поздно...
-
Равновесие химических реакций - Химические процессы и реакторы
Под воздействием подвода или отвода энергии в форме теплоты или работы происходит изменение состояния термодинамической системы (значений...
-
Химическое равновесие - Скорость химических процессов. Химическое равновесие, принцип Ле-Шателье
Химическое равновесие и его признаки. Равновесие истинное и заторможенное (ложное). Принцип Ле-Шателье. Константа равновесия и ее связь с...
-
Термодинамика - наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально...
-
Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решетке в результате действия между атомами электрических сил притяжения....
-
Теоретические основы процесса Реакторы смешения - это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом. Человечество давно пользуется...
-
Задачи и методы количественного анализа - Основы аналитической химии
Количественный анализ - это совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих...
-
Первичная переработка нефти путем атмосферной или вакуумной перегонки позволяет получать нефтепродукты с весьма небольшим выходом. Так, выход бензиновой...
-
В современной химии известно большое число различных химических реакций. Многие из них осуществляются в промышленных химических реакторах и,...
-
Задачи и методы качественного анализа - Основы аналитической химии
Обнаружение или, как иногда говорят, "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ - это задачи качественного анализа. Качественный...
-
Химические и физические процессы в строительстве, Виды материалов - Химия в строительстве
Химический процесс подразумевает соединение нескольких веществ с целью получения нового вещества, по своим химическим свойствам отличного из химических...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Естественные и научные основы строительства, Химические основы строительства - Химия в строительстве
Современное строительство использует великое множество самых разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных...
-
Энтропия. Движущее начало химических процессов - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Убедившись в полезности знания тепловых эффектов химических превращений, мы, тем не менее, не смогли ответить на вопрос: "Почему одни химические реакции...
-
Общие сведения Термодинамика - наука о превращениях энергии в различных процессах, как физических, так и химических, и о направлении процессов, о...
-
ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, Общие представления о катализе - Химические процессы и реакторы
Явления ускорения химических превращений в результате присутствия веществ, не принимающих видимого участия в реакции, были открыты уже на ранних этапах...
-
Термодинамика. Химическая термодинамика. Термодинамические системы. Энергия. Внутренняя энергия Термодинамика изучает взаимное превращение теплоты,...
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Энтропия. Самопроизвольный процесс - Химическая термодинамика и ее процессы
Самопроизвольный процесс - процесс, который может протекать без затраты работы извне, причем в результате может быть получена работа в количестве,...
-
ТЕПЛОПЕРЕНОС В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХ - Химические процессы и реакторы
Характер распределения температуры в химическом реакторе чрезвычайно важен при анализе протекающих в нем процессов, так как температура - один из...
-
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа : При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций...
-
Ниже рассматривается наиболее важный изобарно-изотермический случай. Если реакция идет в изохорно-изотермических условиях, то вместо энергии Гиббса нужно...
-
Третье начало термодинамики - Физическая химия
Третий закон термодинамики (постулат Планка). Термодинамические потенциалы. Энергия Гельмгольца и энергия Гиббса как критерии направленности и предела...
-
Химическое равновесие, Обратимость реакций - Скорость химических реакций. Химическое равновесие
Обратимость реакций Химическая реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении, если ее энергия Гиббса AG<0, и в обратном направлении, если...
-
Система усовершенствованных моделей позволяет удовлетворительно воспроизводить кинетику СО-токсичности ДВС при изменении нагрузки, цикловой подачи...
-
Способы получения и химические свойства оксидов - Основы химии
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, со степенью окисления -2. Окисление кислородом простых...
-
Прототипом разработанной автором системы моделей служит "точечная" модель [1], представляющая собой пространственно осредненный вариант уравнений горения...
-
ВИДНЫЕ ДЕЯТЕЛИ ХИМИИ О КАТАЛИЗЕ - Процесс катализа
И. Берцелиус (1837): "Известные вещества оказывают при соприкосновении с другими веществами такое влияние на последние, что возникает химическое...
-
ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, Общие особенности - Химические процессы и реакторы
Большинство химических реакций, используемых в химико-технологических процессах, протекает с участием веществ, находящихся в разных фазах. В зависимости...
-
Структура математической модели химического реактора - Химические процессы и реакторы
Математические модели высоких уровней иерархии включают в себя, как правило, несколько уравнений, как конечных, не содержащих операторов...
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
Общие понятия и определения. Термодинамический и кинетический критерий реакционной способности химической системы. Скорость химической реакции. Факторы,...
-
Электрохимические процессы, Электродный потенциал - Систематика химических элементов
Электродный потенциал Электрохимические процессы - Это процессы взаимного превращения химической и электрической форм энергии. Их можно разделить на две...
-
Критерии самопроизвольного протекания процессов - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
А) В изолированной системе самопроизвольно идут только процессы с увеличением энтропии. S > 0 - процесс возможен, S Одновременно действуют обе тенденции...
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, Термодинамический метод рассмотрения химических процессов - Основы химии