- •Часть I
- •Тема 3. Химическая термодинамика и кинетика.
- •Основные понятия и определения.
- •Первый закон термодинамики
- •Изменение энтальпии в различных химических и физико-химических процессах.
- •Второй закон термодинамики.
- •Абсолютная энтропия идеального кристалла при ок равна нулю.
- •Энергия Гиббса.
- •Анализ уравнения Гиббса.
- •Основные понятия.
- •Закон действия масс
- •Зависимость скорости от температуры.
- •2.3 Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз. Химическое равновесие.
- •Химическая кинетика. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна.
- •Фазовые равновесия.
- •Правило фаз.
- •Катализ Общие понятия.
- •Фотохимические реакции.
- •Тема 4. Растворы
- •Классификация дисперсных систем.
- •Общие свойства растворов.
- •Растворимость
- •Энергетика процесса растворения.
- •4.2Два вида электролитов: сильные и слабые электролиты. Электролитическая диссоциация в водных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Электролиты и неэлектролиты.
- •Водородный показатель, или pH раствора.
- •Тема 5. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы.
- •5.1.Электрохимические процессы. Равновесие на границе металл-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванический элемент. Электродвижущая сила.
- •Электроны от перешли к ионам восстановили их в свободный металл и в растворе остались ионы железа.
- •Термодинамика гальванического элемента
- •Уравнение Нернста для определения потенциала при любых условиях
- •5.2. Электрохимические источники тока.
- •Химические цепи.
- •Свинцовый аккумулятор
- •Щелочной аккумулятор:
- •Топливные элементы.
- •Тема 2. Строение вещества
- •Валентность.
- •Тема 6. Химическая идентификация и анализ вещества.
- •6.1 Химическая идентификация вещества. Идентификация катионов и анионов. Количественный анализ: гравиметрический, титриметрический анализ.
- •Химическая идентификация вещества
- •Количественный анализ.
- •6.2 Инструментальные методы анализа.
- •Тема 7.Свойства металлов и их соединений
- •7.1. Физические и химические свойства металлов. Получение металлов. Металлические сплавы и композиты.
- •Тема 8 Полимерные материалы и их применение
- •8.1 Методы получения полимеров: полимеризация, поликонденсация. Свойства полимеров. Применение полимеров и олигомеров.
- •Тема 9. Заключительная лекция.
- •9.1. Экологические проблемы общества. Охрана воздушного и водного бассейна. Предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в биосфере. Очистка сточных вод.
- •Классификация сточных вод и примесей в них.
- •Методы и оборудование для очистки сточных вод.
- •Биологическая очистка сточных вод.
- •Проверка воды на содержание газов. Дегазация.
- •Умягчение воды.
- •Методы опреснения воды
- •Электродиализ
- •Метод обратного осмоса
- •Опреснение воды вымораживанием
- •Метод опреснения воды основанный на явлении гидратации
- •Метод солнечной дистилляции
- •Список литературы
Первый закон термодинамики
В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная. Если к системе подведено некоторое количество теплоты Q, то оно может быть израсходовано на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой внешней работы А.
(1)
Под внутренней энергией системы U подразумевают ее общий запас, обусловленный всеми видами движений и взаимодействий состояний её молекул и атомов. В эту энергию включается поступательное, колебательное и вращательное движение молекул, атомов, ионов, энергии силового взаимодействия и все другие виды энергии, кроме кинетической (перемещение всей системы в целом) и потенциальной (взаимодействие с внешними силовыми полями).
В любом процессе приращение внутренней энергии равно:
(2)
Если происходит химическая реакция, то работа совершается против внешних сил (давления):
(3)
Подставим выражения 2 и 3 в формулу 1:
Выражение - энтальпия (H) или теплосодержание системы при
постоянном давлении.
Т.е.
- внутренняя энергия до реакции;
- внутренняя энергия после реакции;
- объём после реакции;
- объём до реакции;
- энтальпия системы после реакции;
- до реакции;
Н > 0 «+» - для эндотермических реакций (поглощение тепла).
Н < 0 «–» - для экзотермических (выделяется тепло).
Знак теплового эффекта определяется тем, с какой стороны рассматриваем процесс: со стороны окружающей среды, или изнутри химической системы. Если со стороны окружающей среды, то знак «+» соответствует экзотермическому процессу, когда среда получает тепло от химической системы. В дальнейшем мы будем пользоваться термодинамической системой знаков, то есть рассматривать процесс с точки зрения системы. Тогда экзотермической реакции будет соответствовать знак «–», поскольку система теряет энергию в виде тепла.
Экзотермический процесс ;
Эндотермический процесс ;
С помощью изменения характеризуется не только реакции, но и отдельные соединения. Для этого применяется понятие о стандартной энтальпии образования - это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании 1 моля cложного соединения из простых веществ ( элементов), причем и само соединение и элементы находятся в том агрегатном состоянии, в котором они устойчивы, в так называемых стандартных условиях (при давлении Па и при T= 298° К);
Измеряется в ккал/моль или кДж/моль;
Например: кДж/моль;
кДж/моль;
Обозначает, что при образовании 1 моля жидкой воды при стандартных условиях, выделяется -285,3 кДж тепла на каждый моль вещества.
Энтальпия простых веществ равна 0.
Экзотермические соединения более устойчивы, чем исходные простые вещества, так как при их образовании выделяется тепло.
Другим важным выражением закона сохранения энергии является закон Гесса.
Закон Гесса.
В 1841 году российский ученый Г. И. Гесс открыл закон.
Изменение энтальпии(или тепловой эффект процесса) зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода.
Рассмотрим это на примере реакции горения углерода:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это означает, что тепловой эффект окисления графита в будет одинаковым произойдет ли окисление непосредственно или через промежуточное образование. Алгебраическая сумма тепловых эффектов двух стадийравна тепловому эффекту прямого окисления.
+
кДж/моль
кДж/моль
кДж/моль
1. Тепловой эффект прямой реакции равен по величине и противоположен по знаку обратной реакции.
(кДж/моль
кДж/моль)
2. Суммарный тепловой эффект обратимого процесса равен нулю;
3. Тепловой эффект реакции равен разности сумм стандартных энтальпий образования продуктов реакции и сумм стандартных энтальпий образования исходных веществ.