Презентации 2 Еремин
.pdf
Лекция 6
Термодинамическое описание химических реакций.
Первый закон термодинамики в химии
Физтех, 1 курс. Осень 2015
План лекции
1.Классификация химических реакций. Стехиометрическое описание химической реакции.
2.Энергетическая кривая элементарной химической
реакции. Прямая и обратная реакции.
3.Первый закон термодинамики и его применение к
химическим реакциям. Энтальпия. Теплота
химических реакций при постоянном объеме и при
постоянном давлении.
4.Термохимические уравнения реакций. Закон Гесса.
Стандартные состояния. Энтальпии образования, сгорания, растворения. Термохимические циклы.
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
2 |
Что такое химическая реакция
Это - превращение одних веществ (реагентов) в другие (продукты), происходящее за счет разрыва старых и/или образования новых химических связей.
Продукты отличаются от реагентов составом и/или строением.
При химических реакциях ядра атомов не изменяются, общее число атомов каждого вида остается неизменным.
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
3 |
Классификация химических реакций
По типу: соединения |
A + B P |
разложения |
A P + Q |
обмена (замещения) |
A + BC AB + C |
|
|
По характеру перенос протона (кисл.-осн. реакции) переносимой перенос электрона (ок.-восст. реакции)
частицы:
По тепловому экзотермические (теплота выдел.) эффекту: эндотермические (теплота погл.)
По обратимости: обратимые необратимые
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
4 |
Стехиометрические соотношения
Уравнение
реакции
Стехиометрический расчет
Химическая
переменная
Физтех, 1 курс. Осень 2015
|
|
i Ai |
= j B j |
|
|
||||||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
реагенты |
|
продукты |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
n Ai |
= |
n B j |
|
|
|
|
|||||||
|
|
i |
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
d |
= |
dn Ai |
|
= |
|
dn B j |
|||||||||
|
|
|
i |
|
|
|
|
j |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
n |
= n |
|
|
|
|
(реагенты) |
|
|||||||
|
i |
i,0 |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nj |
= n j ,0 |
j |
|
(продукты) |
|
|||||||||
5
Энергетическая кривая реакции
Сечение полной поверхности потенциальной энергии
ядер вдоль пути наименьшей энергии
Физтех, 1 курс. Осень 2015
Переходный
комплекс
Потенциальная энергия
Координата реакции
Переходный (активированный) комплекс – конфигурация ядер, соответствующая переходу от реагентов к продуктам. 6
Прямая и обратная реакции
Теоретически все реакции обратимы, практически – нет
Физтех, 1 курс. Осень 2015
Qобр = –Qпр |
|
Eобр = Eпр + Qпр |
|
|
|
|
7 |
||
|
|
|
|
|
Почему идут химические реакции
•Общий принцип – термодинамический:
самопроизвольные реакции увеличивают общую энтропию Вселенной
•Необходимое условие – кинетическое:
надо преодолеть энергетический барьер между реагентами и продуктами.
Способы:
а) нагревание; б) действие света;
в) использование катализатора; г) подбор растворителя.
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
8 |
Первый закон термодинамики
Все верят в него: математики думают, что это экспериментальный факт, а экспериментаторы – что это математическая теорема.
А. Пуанкаре, 1892
Постулирует существование функции состояния –
внутренней энергии
dU = Q W
U = Q W
В открытой системе
Эгоистический
принцип (положительно все, что увеличивает U)
dU = Q W i dni
i
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
|
9 |
Когда теплота – функция состояния?
V const : |
QV |
= dU , QV |
= U |
|
|
||
p const : |
Qp |
= dU pdV = d U pV = dH , |
Qp = H |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H = U pV |
|
энтальпия |
|
|
|
|
|
H = H (T ), |
|
H |
|
|
|
|
|
|
= Cp |
|
|
||
|
|
|
|
|
T p |
|
|
|
|
|
|
||||
|
H не имеет точки отсчета: H(0) не |
|
|
||||
|
определена |
|
|
|
|
||
|
Экстенсивная величина |
|
|
||||
Физтех, 1 курс. Осень 2015 |
|
10 |