chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 131

!i

Тепловые эффекты фазовых и полиморфных превращений обычно существенно меньше тепловых эффектов химических реак­ций (см. табл. 5.3 и приложение 2).

Вопросы и задачи для самоконтроля

10. Приведите два пути окисления серы до SO₃. Составьте энталышйную диа­ грамму процесса.

11. Газовые выбросы тепловых станций и двигателей внутреннего сгорания содержат оксиды азота. Реакции их образования очень сложны, но в наиболее про­ стом виде их можно представить уравнениями:

а) ¹/₂Ыг + Ч&г = N0

б) NO + 'AOj = NO₂

Определите стандартные тепловые эффекты этих реакций при 298 К и укажите, какая из них — эндотермическая, какая — экзотермическая.

5.12. Передачу теплоты, например от атомного реактора, можно обеспечить че­ рез химическую реакцию. Для этого теплота того или иного источника превращает­ ся в химическую энергию продуктов эндотермической реакции, например:

СН,0Н(ж) = СО + 2Н₂, ДЯ°_2Я = 128,1 кДж.

Газообразные продукты поступают по трубопроводам к потребителю теплоты, у которых реакция проводится в обратном направлении:

СО + 2Н₂ = СН,0Н(ж), ДЯ°_2И = - 128,1 кДж.

Рассчитайте массу метанола, необходимую для аккумулирования тепловой энер­гии реактора мощностью 1000 МВт (10⁹ Дж/с) в течении 10 ч, принимая КПД пре­образования 100%. Предложите другие химические реакции для этой цели и рассчи­тайте их тепловые эффекты. Целесообразно ли для этой цели использовать тепло­вые эффекты фазовых переходов?

13. Термитная смесь состоит из порошка алюминия и ЪйгОъ. Запишите урав­ нение реакции между этими веществами и рассчитайте энтальпию этой реакции.

14. Рассчитайте энергию химической связи в молекуле HF, принимая ДЯ° _F,= 158 кДж/моль.

15. Рассчитайте энергию кристаллической решетки КС1, используя данные приложения 2, величины ДЯ°_Д и ДЯ°_ср приведены в этом параграфе, а энергия ато- мизации калия ДЯ°_а = 90 кДж/моль и ионизации калия ДЯ⁰,, = 418 кДж/моль. Напи­ шите все уравнения получения КС1 по двум путям.

16. При сгорании ацетилена развивается очень высокая температура, что обу­ словлено высокой теплотой сгорания ацетилена. На этом основана ацетилено-ки- слородная сварка черных металлов. Рассчитайте стандартную теплоту и удельную теплоту сгорания ацетилена.

17. Определите количество выделившейся при реакции теплоты, если в кало­ риметре, содержащем 2 кг воды, температура поднялась на 70 К. (Для упрощения теплоемкостью сосуда калориметра пренебрегаем.)

18. Рассчитайте время, в течение которого израсходуется энергия, полученная человеком от яиц массой 100 г, если он находился в режиме сидения.

19. Определите, какие из следующих процессов экзотермические: а) переход кристаллического теллура в аморфный; б) переход карбина в графит; в) испарение брома; г) испарение духов с поверхности тела.

130

§ 5.3. ЭНТРОПИЯ И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Самопроизвольные процессы. Многие процессы протекают гз подвода энергии от внешнего источника. Такие процессы называются самопроизвольными. Примерами самопроизволь-*ых процессов могут служить падение камня с высоты, течение роды под уклон, переход теплоты от более нагретого тела к ме-|ее нагретому. Человеческий опыт показал, что самопроизволь­ные процессы в обратном направлении не могут протекать са­мопроизвольно, т.е. самопроизвольно не потечет вода в гору, (Самень не полетит вверх, а теплота не перейдет от холодного ела к нагретому.

Многие химические реакции также протекают самопроизволь­но, например, образование ржавчины на металлах, реакция натрия водой, растворение соли в воде и пр.

Чтобы понимать химические процессы и управлять ими, необ-одимо знать ответ на вопрос: каковы движущие силы и критерии амопроизвольных химических процессов?

Одной из движущих сил химической реакции является рассмот-енное нами ранее уменьшение энтальпии системы, т.е. экзотер-1еский тепловой эффект реакции. Как показывает опыт, боль­шинство экзотермических реакций (АН < 0) протекают самопроиз-иьно. Однако условие АН < 0 не может быть критерием самопро-звольного течения химических реакций, так как существуют са-Юпроизвольные эндотермические химические реакции, у которых ^г> 0, например, взаимодействие метана с водяным паром при лсокой температуре.

Следовательно, кроме уменьшения энтальпии системы (энталь-гаого фактора) имеется другая движущая сила самопроизволь-0го процесса. Такой силой является стремление частиц (молекул, рнов, атомов) к хаотичному движению, а системы — к переходу от нее упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Напри-если два сосуда с индивидуальными жидкостями соединить с другом через отверстие, то через некоторое время произой-смешение жидкостей (рис. 5.2), система из более упорядочен-состояния (индивидуальная жидкость) перейдет в менее упо-Цоченное (смесь жидкостей).

Изменение энтропии в химической реакции. Мерой неупорядочен-пи состояния системы служит термодинамическая функция, по­чившая название энтропии.

131