- •1Теоретические основы
- •1.1Химическая термодинамика
- •1.1.1Закон Гесса. Закон Кирхгофа. Теплоемкость
- •1.1.2Изменение энтропии при нагревании системы
- •1.1.3Термодинамические потенциалы
- •1.2Химическое равновесие
- •1.2.1Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары реакции
- •1.2.2Интегральная форма зависимости изменения энергии Гиббса и константы равновесия от температуры
- •1.3.1 Основные понятия и определения
- •1.3.2Основные уравнения.
- •1.3Фазовые равновесия однокомпонентной системы
- •1.4 Фазовое равновесие двухкомпонентных систем
- •1.4.1Теоретические основы
- •1.4.2Правило соединительной прямой и правило рычага
- •1.5Химическая кинетика
- •1.5.1Основные кинетические уравнения химических реакций различных порядков
- •1.5.2Методы определения порядка химических реакций
- •2Задание по контрольным работам
- •2.1Контрольная работа 1 "Химическая термодинамика и химическое равновесие"
- •2.2Контрольная работа 2 "Кинетика химической реакции. Фазовое равновесие"
- •3Варианты заданий на контрольные работы
- •4Литература
- •4.1Список основной литературы
- •4.2Дополнительная литература
- •3 57108, Г. Невинномысск, ул. Гагарина, 1
1.1.2Изменение энтропии при нагревании системы
В исследуемом интервале температур от Т1 до Т1 + dT законно принять ее практически постоянной и равной Т1, тогда
|
(1.24) |
Определяя согласно уравнению (1.24) и суммируя все изменения бесконечно малого изменения энтропии dS в системе и заменяя сумму в пределе определенным интегралом, получаем
|
(1.25) |
Если нагревание системы проводилось при постоянном давлении, то
|
(1.26) |
1.1.3Термодинамические потенциалы
Для квазистатического процесса в закрытой системе при постоянном давлении и температуре изменение энергии Гиббса:
|
(1.27) |
1.2Химическое равновесие
1.2.1Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары реакции
Рассмотрим в общем виде газовую химическую реакцию
n1A + n2B = n3C + n4D. |
|
Согласно закону действующих масс
|
|
где
– относительное парциальное давление
i-го
компонента системы при равновесии.
Константа равновесия для реакции в
смеси идеальных газов зависит только
от температуры и не зависит от давления.
Для определения зависимости K0
от температуры
в дифференциальной форме воспользуемся
уравнением Гиббса-Гельмгольца,
которое для стандартных условий запишем
в виде
|
(2.1) |
Комбинируя уравнения, получаем
|
(2.2) |
Уравнение (2.2) можно также записать в виде
|
(2.3) |
Уравнение (2.3)
полезно при вычислении теплового
эффекта реакции [rH°(Т)]
графическим путем, если температурную
зависимость константы равновесия
представить в координатах lnK0
– 1/Т. Это уравнение называется уравнением
Вант-Гоффа или уравнением изобары
реакции (процесс осуществляется при Р
= const).
Согласно которому влияние температуры
на константу равновесия обусловливается
знаком теплового эффекта. Если DrH°(Т)
> 0 (эндотермический процесс), то первая
производная положительна,
.
Следовательно, для эндотермической
реакции с повышением температуры
константа равновесия будет увеличиваться,
т.е. химическое равновесие будет
смещаться в сторону продуктов реакции.
При DrH°(Т)
< 0
(экзотермическая реакция) первая
производная отрицательна
.
При этом с повышением температуры
константа равновесия будет уменьшаться
и химическое равновесие будет уменьшаться
в сторону исходных веществ. Если DrH°(Т)
= 0, то константа равновесия не зависит
от температуры.
1.2.2Интегральная форма зависимости изменения энергии Гиббса и константы равновесия от температуры
С использованием
DrH
и DrS
уравнение
для зависимости константы равновесия
от температуры примет вид
|
(2.4) |
или
|
(2.5) |
где
|
(2.6) |
Согласно уравнению (2.5) зависимость lgK° от обратной температуры выражается прямой линией, тангенс угла наклона которой равен А; отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, –В. Отсюда
DrH = –2,303RA, a DrS = 2,303RB.
Этот метод
вычисления теплового эффекта реакции
называется расчетом DrH
,
по второму
закону термодинамики.
Этот метод обычно используется, если непосредственное определение теплового эффекта (или вычисление по закону Гесса) затруднено.
На рисунке 2.1 приведена зависимость логарифма стандартной константы равновесия K° от обратной температуры.
Рисунок 2.1 – Зависимость логарифма константы равновесия реакции 1,5Н2 + 0,5N2 = NH3 от температуры
Уравнение (2.5) для синтеза аммиака после обработки результатов по способу наименьших квадратов принимает вид
|
|
Используя полученные значения коэффициентов А и В в уравнении для синтеза аммиака, вычислим DrH и DrS по уравнению (2.6) для интервала температур 600–1500 К:
|
|
|
|
Метод расчета DH и DS по температурной зависимости констант равновесия (расчет по второму закону термодинамики) широко используется в термохимии и термодинамике.

.
.
,