- •Способы расчета стандартной энтальпии химической реакции
- •Второй закон термодинамики (второе начало термодинамики):
- •Вероятностный смысл энтропии
- •Энтропия идеально построенного кристалла чистого вещества (без дефектов и примесей) при абсолютном нуле равна нулю.
- •Задачи для решения на занятии.
- •Интернет-экзамен: термодинамика. Химическое равновесие
Энтропия идеально построенного кристалла чистого вещества (без дефектов и примесей) при абсолютном нуле равна нулю.
Этот закон устанавливает нуль отсчета для энтропии, что позволяет рассчитывать её абсолютное значение, т.к.
В изолированной системе (U, V=const) в самопроизвольном процессе возрастает энтропия. В состоянии равновесия энтропия максимальна и постоянна.
В закрытой и открытой системе критерием самопроизвольного протекания процесса является уменьшение энергии Гиббса (G).
G=H-TS
H – энтальпия
T – температура
S – энтропия
Используя энергию Гиббса, второй закон термодинамики можно выразить так:
При постоянстве температуры и давления в системе самопроизвольно протекают только процессы, ведущие к уменьшению энергии Гиббса. В состоянии равновесия энергия Гиббса равна нулю.
∆G ≤0 (р, Т=const)
При ∆G<0 реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении;
∆G>0 в обратном направлении
∆G=0 реакция находится в состоянии равновесия.
Изменение энергии Гиббса определяется формулой
Первое слагаемое называют энтальпийным фактором, второе – энтропийным фактором. Уменьшению энергии Гиббса, а значит и самопроизвольному протеканию процесса, способствует уменьшение ∆Н (процессы с выделением тепла) и рост энтропии (процессы с ростом разупорядоченности в системе).
Стандартная энергия Гиббса химической реакции рассчитывается по формуле с использованием табличных данных:
или
,
где
Экзергонические процессы – химические реакции, в результате которых уменьшается энергия Гиббса и система совершает работу.
Эндергонические процессы – химические реакции, в результате которых возрастает энергия Гиббса и над системой совершается работа.
Например, окисление глюкозы в крови процесс экзергонический, поскольку, сопровождается уменьшением энергии Гиббса, а в результате этой реакции возможно осуществлять различные виды работ в организме.
Приложение 2: Вопросы для самоконтроля
-
Что изучает химическая термодинамика?
-
Что называют параметрами состояния?
-
Чем отличаются интенсивные и экстенсивные параметры?
-
Какую функцию можно назвать функцией состояния?
-
Дайте определения понятий внутренняя энергия, теплота, работа.
-
Какие типы термодинамических систем вам известны? Чем они отличаются?
-
Какие типы термодинамических процессов выделяют?
-
Сформулируйте первое начало термодинамики.
-
Дайте определения понятий энтальпия, стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества.
-
Что такое стандартная энтальпия реакции? Какие способы её расчёта известны?
-
Сформулируйте закон Гесса.
-
Сформулируйте второе начало термодинамики. Что оно позволяет спрогнозировать?
-
Обратимые и необратимые в термодинамическом смысле процессы.
-
Дайте определение понятия энтропия.
-
Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах; роль энтальпийного и энтропийного факторов.
-
Термодинамические условия равновесия.
-
Что такое стандартная энергия Гиббса образования вещества, стандартная энергия Гиббса биологического окисления вещества, стандартная энергия Гиббса реакции?
-
Поясните понятие экзергонических и эндергонических процессов, протекающих в организме, принцип энергетического сопряжения.
Приложение 3: Тренировочный тест
-
Термодинамика изучает:
а) взаимосвязь теплоты и энергии;
б) скорость протекания химических процессов;
в) свойства основных классов химических соединений;
-
Энтропия - это…
а) теплосодержание участников реакции;
б) способность совершать работу;
в) мера неупорядоченности в системе;
3) Первый закон термодинамики описывает:
а) энтропию термодинамической системы;
б) связь между внутренней энергией, теплотой и работой;
в) динамическую вязкость веществ.
4) Самопроизвольно протекают процессы, сопровождаемые:
а) уменьшением энергии;
б) уменьшением энтропии;
в) увеличением энтропии.
5) Закрытая система характеризуется:
а) отсутствием обмена веществом и энергией;
б) отсутствием обмена энергией;
в) отсутствием обмена веществом;
Ответы: 1а, 2в, 3б, 4в, 5в
Приложение 4: Ситуационные задачи
-
Вычислите тепловой эффект реакции
4 НСl(газ) + О2(газ) = 2 Н2О(газ) + 2 Сl2(газ)
при 298 К и ΔН0обр. НСl(газ) = -92,30 кДж/моль,
ΔН0обр. Н2О(газ) = -241,84 кДж/моль.
-
Вычислите тепловой эффект реакции
3 С2Н2 (газ) = С6Н6 (жид) при 298 К и
ΔН0сгор. С2Н2 (газ) = -1299,63 кДж/моль,
ΔН0сгор. С6Н6 (жид) = -3267,70 кДж/моль.
-
Вычислите изменение энтропии при 298 К (ΔS0298) для реакции
4 НСl(газ) +О2 (газ) = 2 Н2О(газ)+ 2Сl2(газ) ,
если S0298 (H2O(газ)) = 188,8 Дж/(моль·К);
S0298 (Сl2 (газ)) = 233,0 Дж/(моль·К);
S0298 (HCl(газ)) = 186,7 Дж/(моль·К);
S0298 (O2 (газ)) = 205,3 Дж/(моль·К).
прод -исх
-
Для химической реакции вычислить изменение энергии Гиббса ΔG0298, используя стандартные значения энергии Гиббса ΔG0f, 298 и используя ΔН0298 и ΔS0298.
или