ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Химия»

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой «Химия»

Профессор, д.х.н. Ю.Перелыгин

«____»______________ 2012 г.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ №

по дисциплине «Химия»

по специальности 200100 «Приборостроение»

Тема № . Основные закономерности протекания химических процессов

Занятие № . Химическая термодинамика

Текст лекции обсужден на заседании ПМК №__ кафедры «Химия» «___»____________ 2012 г., протокол №_____

г. Пенза

Содержание

Введение

1. Основные понятия химической термодинамики.

2. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Энтальпия.

3. Основы термохимии.

4. .Второй закон термодинамики. Энтропия.

5. Энергия Гиббса – движущая сила процесса (химической реакции).

Заключение.

Литература:

1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник. – М.: Высшая школа, 1998. – с. 116 -149.

Учебно – материальное обеспечение:

1. Мультимедийный проектор.

2. Плакат «Термодинамические характеристики некоторых веществ».

Цель занятия:

Знать: 1.Тепловой эффект химической реакции. Изменение энтальпии. Эндотермические и экзотермические реакции.

2.Энтропия и свободная энергия Гиббса. Определение направления протекания химических процессов.

Уметь: 1. Рассчитать: а)энтальпию, б)энтропию, в)энергию Гиббса химических реакций, а также температуру, при которой устанавливается химическое равновесие.

2. Определить по результатам проведенных расчетов: а)знак теплового эффекта химической реакции; б)рост или убывание беспорядка при протекании химической реакции; в) возможность или невозможность протекания химических процессов.

Организационно-методические указания:

1.Проверить наличие обучаемых и их готовность к занятиям, устранить недостатки.

2.Объявить тему и цель занятия, учебные вопросы, литературу.

3.Обосновать необходимость изучения данной темы на примерах применения первого и второго начала термодинамики в приборостроении.

4.Рассмотреть учебные вопросы с применением кадров презентации и таблицы «Термодинамические характеристики некоторых веществ».

5.По каждому учебному вопросу и в конце занятия подвести итоги.

6.В конце занятия выдать задание на самоподготовку.

Введение

Центральным в химии является учение о превращениях веществ, в том числе, об энергетике химических реакций. Усвоение этого учения позволит предсказывать возможность и направление химических и физико-химических процессов, рассчитывать энергетические эффекты и энергозатраты, а также предупреждать нежелательные реакции в тех или иных устройствах и приборах.

Термодинамика – это раздел химии, который изучает:

1) взаимные превращения энергии (химической, электрической, тепловой, световой и т. д) в ходе химических реакций;

2) тепловые эффекты химических реакций;

3) принципиальную возможность и направление самопроизвольного протекания химических реакций.

1. Основные понятия химической термодинамики

Для удобства изучения необходимо изолировать объекты исследования от окружающего пространства. Такая совокупность тел, выделенная из пространства, образует систему.

Система – это тело или группа тел, мысленно или реально изолированных от внешней среды.

Фазой называется часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.

Если в системе возможен массо- и теплообмен между всеми ее составными частями, то такая система называется термодинамической.

Гомогенной называется система, состоящая из одной фазы. Реакции, протекающие в гомогенной системе, называются гомогенными. Гомогенные реакции идут во всем объеме системы и протекают в растворах и между газами.

Гетерогенной называется система, состоящая из нескольких фаз. Реакции, протекающие в гетерогенной системе, называются гетерогенными. Гетерогенные реакции протекают на поверхности раздела фаз, образующих систему.

Изолированная система не может обмениваться с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

Открытая система может обмениваться с окружающей средой и веществом, и энергией.

Замкнутая система не может обмениваться с окружающей средой веществом, но может обмениваться энергией.

Состояние системы определяется ее свойствами или параметрами.

Термодинамические параметры – величины, которые характеризуют состояние фаз системы. Ими, в частности, являются температура Т, давление Р, объем V, количество вещества n. При помощи определенного числа термодинамических параметров однозначно устанавливается состояние фазы. Остальные параметры состояния в таком случае также определены и называются функциями состояния.

Функция состояния – это термодинамический параметр системы, значение которого определяется только конечным и начальным состоянием системы и не зависит от пути перехода системы из состояния (1) в состояние (2).

К функциям состояния относятся: внутренняя энергия U, энтальпия H, энтропия S, энергия Гиббса G (см. последующие разделы).

Всякое изменение, происходящее в системе и связанное с изменением термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом.

Термодинамические процессы различают:

1. Изобарные (P = const, ΔP = 0);

2. Изохорные (изохорические) (V = const; ΔV = 0);

3. Изотермические (T = const, ΔT = 0);

4. Адиабатические (Q = 0, обмен теплотой между системой и внешней

средой отсутствует);

5. Экзотермические ( +Q);

6. Эндотермические ( -Q)