4.Термохимия. Закон Гесса и следствия из закона г есса. Теплоты образования и теплоты сгорания. Расчёт тепловых эффектов физико-химических процессов.

Раздел химии и хим. ТД, занятый расчётами тепловых эффектов, наз-ся термохимией.

Термохимические уравнения:

аА + bB = cC + dD; H_p

ех: Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О(ж); ΔΗ˚₂₉₈ = -285,8 кДж,

Закон Гесса :

Тепловой эффект реакции (Н_р) не зависит от пути её протекания, а определяется только природой и физическим состоянием исходных веществ и конечных продуктов.

Qv=∆U; Qp =∆H

Следствия закона:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной, но с обратным знаком.

2. Изменение энтальпии химической реакции равно сумме энтальпий образующихся продуктов реакции за вычетом сумм энтальпии исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Энтальпия образования (∆H◦_f , кДж/моль)– тепловой эффект образования 1 моль в-ва из простых в-в в стандартных условиях.

3. Энтальпия реакции равна разности сумм энтальпий сгорания начальных и конечных реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов.

ΔH = ΣΔHсгор.нач – ΣΔHсгор.конечн

5.3Ависимость тепловых эффектов химических реакций от температуры. Закон Кирхгофа.

Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры определяется законом Кирхгофа.

=  =    ,   =  =    ,

т.е. влияние температуры на тепловой эффект реакции обусловлено разностью теплоемкостей продуктов реакции и исходных веществ c учетом стехиометрических коэффициентов: .

При P = const: .

Закон Кирхгофа:

Температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции.

б.Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Второе начало термодинамики. Теорема Карно-Клаузиуса. Принцип существования энтропии. Принцип возрастания энтропии.

К самопроизвольным относятся процессы, проходящие без затраты энергии извне. Может происходить обратимо или необратимо. Для осуществления несамопроизвольного процесса необходимо затратить внешнюю энергию в количестве, пропорциональном величине изменения состояния системы.

Второй закон ТД:

В любой системе два произвольно выбранных состояния отличаются тем, что переход из 1 во 2 самопроизвольный, а переход из 2 в 1 – с затратой энергии, поэтому должен существовать объективный критерий системы, позволяющий судить о направлении реакции.

Машина работает обратимо под цепью из 2 изотерм AB и CD, Т1=const, и 2 адиабат BC и DA. На участке AB рабочее тело изотермически при Т=Т1, претерпевая циклические изменения, рабочее тело возвращается в исходное состояние, при этом совершает работу А=Q1-Q2.

1.|AB|, T=T1=const (ΔU=Q-A)

A1=Q1=RT1lnV1/V2

2.|CD|, A3=Q3=RT₂lnV4/V3, где V_1-n=A-D.

Из уравнения адиабаты: VT^ᵞ-1=const

Для точек A и D →V4/V3=V1/V2. => A3=Q2=-RT₂lnV2/V1

3.|BC|

A2=Cv(T1-T2)

4.|DA|

A4=Cv(T2-T1)=-Cv(T1-T2)

Суммируем А на всех участках:

А=∑A=R(T1-T2)lnV2/V1

Принимая, что Q1=RT1lnV2/V1, найдём КПД машины:

Ƞ=A/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1

ВЫВОДЫ:

1.КПД тепловой машины, работающей обратимо по циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела, а лишь от температуры нагревателя и холодильника. Это теорема Карно-Клаузиуса.

2.Т.к.работа обратимого процесса является максимальной, то КПД машины, которая работает по необратимому циклу, меньше КПД по обратному циклу:

Ƞнеобрат. < Ƞобрат.

Принцип существования энтропии:

Для каждой ТД системы существует физическая величина энтропии, значение которой зависит от состояния системы и изменения которой происходит только под действием энергии, передаваемой в виде теплоты.

Q1/T1-Q2/T2=0, где Q/T-приведенная теплота.

Принцип возрастания энтропии:

Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов.

Q1/T1<Q2/T2 => ∆S>0 – условие самопроизвольного протекания процесса.