23. Энергетика химических процессов: основные понятия термодинамики. Первое начало тд и его следствия. Энтальпия. Закон Гесса и его следствия.

Термодинамика – наука об энергетике различных процессов. Химическая ТД – наука об энергетике химических процессов, о превращении энергии химической реакции в работу, тепло и о законах этих превращений.

Тепловой эффект химической реакции (Q, кДж) – это количество выделившегося или поглощенного в результате реакции тепла

Экзотермическая реакция – реакция, протекающая с выделением тепла, при этом система расходует энергию, т.е. ее энергия уменьшается.

Эндотермическая реакция – протекает с поглощением тепла, при этом система получает дополнительную энергию, т.е. ее энергия возрастает.

Система – совокупность веществ, реально или условно выделенных из окружающей среды

Изолированная система – которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

Закрытая система – обменивается с окружающей средой только энергией.

Открытая с-ма – обменивается с окр-щей средой веществом и энергией.

Равновесная система – свойства или параметры которой одинаковы во всех ее точках и не изменяются самопроизвольно.

Процесс – переход системы из одного состояния в другое.

Изохорным наз-ся процесс, протекающий без изменения объема системы.

Изобарным наз-ся процесс, протекающий без изменения давления системы.

Изотермическим наз-ся процесс, протекающий без изменения темп-ры системы.

Состояние системы характеризуется набором ее параметров: химическим составом, объемом, темп-рой, давлением.

Стандартное состояние системы – наиболее устойчивое ее состояние в стандартных условиях (Р=1 атм., Т=298К, С=1 моль/л)

Функция состояния системы – определенный закон, описывающий поведение определенной системы в определенных условиях при изменении ее параметров.

Изменение функции состояния системы определяется начальным и конечным состояниями системы.

Внутренняя энергия – (U, кДж/моль) – ф-ция состояния системы, являющаяся совокупностью всех видов энергии составляющих ее частиц. Внутренняя эн-гия равновесной системы складывается из суммы кинетических энергий движения ее частиц (поступательное, вращательное, колебательное) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Полная энергия системы (например, физического тела) определяется его внутренней энергией и собственной энергией тела, связанной с его массой покоя.

Первое начало термодинамики

Энергия не возникает из ничего и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой»

Это начало постулирует невозможность вечного двигателя 1-го рода, т.е. осуществление работы без расхода энергии.

Следствия 1-го начала ТД:

1) в случае неизолированной системы изменения внутренней энергии=поглощенной теплоте минус совершенная работа: ΔU=Q-A => Q= ΔU+A – поглощенное системой тепло расходуется на увеличение внутренней энергии и совершение ею работы

2)внутренняя энергия изолированной системы постоянна, т.е. ΔU=0

Законы термохимии

Термохимия – раздел химии, в котором изучаются тепловые эффекты процессов

З-н Лавуазье-Лапласа: «Теплота, необходимая для разложений химического соединения=теплоте его образования»

Энтальпия (ΔН, кДж/моль) – величина, которая характеризует запас энергии системы. Для экзотермических реакций запас энергии в продуктах р-ции меньше, чем в исходных веществах, поэтому изменение энтальпии ΔН < 0, т.е. д.б. знак «-«. Для эндотермических реакций запасэнергии в продуктах реакции больше, чем в исходных веществах, поэтому ΔН > 0 (т.е. с «+»), т.о. знак ΔН противоположен знаку Q., т.е. – если экдотермическая р-я, имеем +Q, - ΔН, если экзотермическая - -Q, +ΔН.

Теплотой образования соединения (энтальпией) называется изменение энтальпии системы при образовании 1 моль этого соединения из простых в-в. Стандартная теплота (энтальпия) образования простого в-ва=0

З-н ГЕССА. «Тепловой эффект химич. р-ции при постоянном объеме или давлении зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от путей реакции» - ΔН˚х.р.= ΔН˚конечню - ΔН˚ нач.

Тепловой эффект химической реакции зависит от условий её протекания, поэтому ее определяют при постоянном давлении (1 атм. или 101.3 кПа) и постоянной т-ре (25˚С или 298 К) Эти условия называют стандартными. Если тепловой эффект р-ции определяют при стандартных условиях, то его выражают изменением энтальпии ΔН˚х.р

Следствия:

1)Тепловой эффект получения определенного количества вещества из данных исходных соединений не зависит от способа получения; например, получение углекислого газа СО2:

Q1

С+О2→СО2 Q1=Q2+Q3 , или ΔН˚1= ΔН˚2 + ΔН˚3

↓ Q2 Q3

СО угарный газ

2) Изменение стандартной энтальпии образования или стандартной теплоты образования (теплового эффекта хим-й р-ции) -

ΔН˚х.р.=∑ ΔН˚обр.пр-в.р-ции - =∑ ΔН˚ обр.исх.в-в

2СО+О2→2СО2 ΔН˚х.р.= 2 ΔН˚обр.(СО2) - (2 ΔН˚ обр.(СО) + ΔН˚ обр.(О2))