Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Tema_5_Termodinamika.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
31.03.2015
Размер:
355.84 Кб
Скачать

Энтальпийный и энтропийный факторы изобарно-изотермического процесса

►стремление к образованию прочных связей, возникновением более сложных веществ, понижение энергии системы; H, кДж/моль

►стремление к разъединению частиц, к беспорядку, возрастанию энтропии; ТS Дж/моль

Направление химических процессов.

Cистема - закрытая, обменивается теплотой с окружающей средой, Р,T = const, процессы обратимые.

1-ый закон: U = QAпол - PV (1)

H = U + PV (2)

Подставим (2) в (1):

H - PV = QAпол - PV H = QAпол

по 2-ому закону ΔS = Q/T Q = Т ΔS

Aпол = -(H - Т ΔS)

система может совершать работу химического процесса (Апол0), если (H - Т ΔS) 0

G = H - Т ΔS

G – свободная энергия или изобарно-изотермический потенциал или энергия Гиббса

Aпол = -G – «свободная энергия», та часть теплового эффекта, которую можно превратить в работу.

По мере превращения система теряет способность производить работу и к равновесию к «0».

Т ΔS «связанная энергия», та часть теплового эффекта, которая рассеивается в окружающую среду.

Чем меньше G (больше Aпол ), тем полнее протекает процесс

Критерий самопроизвольного протекания процесса:

В любой закрытой системе при Р,Т = const, возможен такой самопроизвольный процесс, который ведет к уменьшению G

▼rG < 0 самопроизвольный процесс – реакция в прямом направлении;

▼rG > 0 - самопроизвольный процесс – реакция в обратном направлении;

▼rG = 0 – система в равновесном состоянии.

Направление протекания процесса зависит от соотношения энтальпийного ∆rН и энтропийного ТrS факторов реакции.

rG = rH - Т Δr S

знак

Принципиальная возможность и условия протекания прямой реакции

rН

rS

rG

1

-

+

-

Возможна при любой температуре

2

+

-

+

Невозможна. Возможна в обратном направлении

3

-

-

- +

Возможна при низких температурах

4

+

+

+ -

Возможна при высоких температурах

Энергия Гиббса образования веществаfG:

энергия Гиббса реакции образования 1 моля вещества из простых веществ, устойчивых в данных условиях

fG (простых веществ) = 0

fG0- стандартная энергия Гиббса образования вещества (вещества находятся в стандартном состоянии)

fG0298, - табулирована кДж/моль

rG рассчитывают:

1-й способ по закону Гесса:

ΔrGT = ∑νiΔfGT,i продуктов - ∑νjΔfGT,j исх веществ

ΔrG0298=∑νiΔfG0298,i продуктов-∑νjΔfG 0298,jисх веществ

2-й способ по уравнению:

ΔrGT = ∆rHT - TrST

ΔrG0298 = ∆rH0298 - TrS0298

3-й способ изотерма Вант Гоффа, 1886г. (связь между ΔrGT и rG0T): для реакции aAг + bBг + dDк = eEг + fFг

ΔrGТ = rG0Т + RTln

относительные парциальные давления газообразных веществ.

rG0Т = ∆rH0Т - TrS0Т =

= ∆rH0298 + rС0pdTrS0298- Т dT

Для приближения rС0p =0:

rН0Т = ∆rН0298

rS0T = ∆rS0298

rG0Т = ∆rH0298 - TrS0298

Задача. Определите возможности самопроизвольного протекания реакции

С(к) + СО2(г) = 2СО(г)

при 298К и 1000К и стандартных состояниях всех компонентов (∆rН0Т и ∆rS0T - не зависят от температуры).

Решение. Возможность самопроизвольного протекания реакции определяется: rG0T<0

rG0Т = ∆rH0Т - TrS0Т = ∆rH0298 - TrS0298

rG0298 = 172,5 – 298.175,66.10-3 = 120,15 кДж > 0 - в прямом направлении невозможна (энтальпийный фактор не способствует самопроизвольному протеканию прямой реакции).

rG01000 = 172,5 – 1000.175,66.10-3 = -3,16 кДж <0 - в прямом направлении возможна (энтропийный фактор способствует самопроизвольному протеканию прямой реакции).

Задача. При каком соотношении парциальных давлений газообразных компонентов реакции и 298К

С(к) + СО2(г) = 2СО(г)

возможно ее протекание в прямом направлении?

Решение. Возможность самопроизвольного протекания реакции: ΔrG298<0

По уравнению изотермы Вант-Гоффа:

ΔrG298=[rG0298 + RTln] < 0.

120,15 + 8,31.10-3.298 ln<0

ln < -48,5 <10-21

Задача. Определить температурную область самопроизвольного протекания реакции

Ск + СО2(г) = 2СО(г)

при стандартных состояниях компонентов.

Решение. Реакция протекает самопроизвольно при стандартных состояниях компонентов, если:

rG0Т=rH0298+rС0pdTrS0298+ТrС0p/T)dT<0

Если ∆rH0 и ∆rS0 не зависят от температуры:

rG0Т = ∆rH0298 - TrS0298 < 0.

(172,5 – Т.175,66.10-3) < 0

Т > 982 К

Из справочных данных:

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]