9.2. Запитання для самостійної підготовки

1. Дайте означення поняттям: термодинамічна, закрита та ізольована системи, параметри і функції стану системи.

2. Що таке теплота, робота? Чи належать робота і теплота до функцій

стану системи?

3. Які процеси називають ізобарними, ізохорними, ізотермічними, адіабатичними? Які умови називають стандартними, нормальними?

4. Як формулюють і математично записують перше начало (закон) термодинаміки?

5. Що розуміють під поняттями внутрішня енергія, ентальпія? Який зв’язок між величинами Н та U хімічного процесу? Навести приклади реакцій, в яких U  H, U  H та U = H.

6. Що таке стандартна ентальпія утворення хімічної сполуки? Чому дорівнює стандартна ентальпія утворення простих речовин?

7. Які рівняння називають термохімічними? Назвіть їх особливості. Сформулюйте закон Гесса, його наслідки.

8. Які процеси називають термодинамічно оборотними та необоротними? Які формулювання другого начала термодинаміки вам відомі? Запишіть його

математичний вираз .

9. Що таке ентропія? У якому разі збільшення ентропії є критерієм само-вільного перебігу процесу?

10. Як визначити зміну ентропії у хімічній реакції та фізичному процесі? Чи можливий в ізольованій системі самовільний процес, який супроводжується зменшенням ентропії?

11. У чому полягає третє начало термодинаміки? Що таке стандартна ентропія речовини?

12. Що таке максимальна і максимальна корисна роботи процесу?

13. Що таке зміна стандартної енергії Гіббса (ізобарно-ізотермічного потенціалу) утворення хімічної сполуки? Які властивості сполук вона характеризує? Наведіть приклади.

14. Якими способами можна обчислити зміну вільної енергії Гіббса у хімічній реакції? Які висновки можна зробити, якщо вона відома?

15. Як впливають ентальпійний та ентропійний фактори на значення та знак вільної енергії Гіббса? Вплив температури на напрям самовільного перебігу процесу. Наведіть умову термодинамічної рівноваги у системі.

10. Приклади розв’язання типових задач

Задача 1. Напишіть термохімічне рівняння реакції взаємодії кристалів хлориду фосфору PCl₅ з парами води, внаслідок якої утворюється рідкий оксихлорид фосфору POCl₃ та газоподібний хлороводень HCl. Реакція взаємодії 1-го молю PCl₅ з водою супроводжується виділенням 111,4 кДж теплоти.

Розв’язання. Рівняння реакції, у якому біля символів хімічних сполук записують їх агрегатний стан або кристалічну модифікацію, а в правій частині додають значення теплового ефекту реакції, називають термохімічним рівнянням.

Якщо окремо не зазначено, в цих рівняннях вказують значення теплових ефектів за сталого тиску Н⁰_х.р. У термохімічних рівняннях можливі як цілі, так і дробові стехіометричні коефіцієнти, а теплові ефекти належать до тієї кількості вихідних речовин і продуктів реакції, які відповідають наведеному хімічному процесу.

Термохімічне рівняння заданої реакції

PCl_5(к) + H₂O_(г) = POCl_3(р) + 2HCl_(г) , H⁰_х.р = 111,4 кДж.

З термохімічного рівняння видно, що H⁰_х.р  0 (за умовою внаслідок цієї реакції виділяється теплота), тому цей процес є екзотермічним.

Задача 2. Реакція горіння етану відбувається за термохімічним рівнянням

C₂H_6(г) + 7/2 O_2(г) = 2CO_2(г) + 3H₂O_(р) , H⁰_х.р = 1559,87 кДж.

Обчисліть стандартну ентальпію утворення етану H⁰₂₉₈ (C₂H₆), якщо відомо стандартні ентальпії утворення решти речовин:

H⁰₂₉₈ (CO₂) = 393,51 кДж/моль; H⁰₂₉₈ (H₂O_(р)) = 285,84 кДж/моль.

Розв’язання. За законом Гесса (формула (9.1)):

H⁰_х.р = 2H⁰₂₉₈(CO_2(г)) + 3H⁰₂₉₈(H₂O_(р))  H⁰₂₉₈(C₂H_6(г))  H⁰₂₉₈ (O_2(г)).

У свою чергу, H⁰_х.р = 1559,87 кДж.

Тоді

H⁰₂₉₈(C₂H_6(г)) = 2H⁰₂₉₈(CO_2(г)) + 3H⁰₂₉₈(H₂O_(р))  H⁰_х.р  H⁰₂₉₈(O_2(г));

H⁰₂₉₈(C₂H_6(г))= 2(393,51) + 3(285,84) + 1559,87 – 0 = 84,67 (кДж/моль).

Звідси стандартна ентальпія утворення етану:

H⁰₂₉₈(C₂H_6(г)) = 84,67 кДж/моль,

а термохімічне рівняння утворення етану матиме вигляд

2C _графіт + 3H_2(г) = C₂H_6(г); H⁰_х.р = 84,67 кДж.

Задача 3. Яка кількість теплоти виділиться у процесі згоряння 10 г сірки, якщо стандартна ентальпія утворення сульфур (IV) оксиду

H⁰₂₉₈ (SO₂) = 296,9 кДж/моль.

Розв’язання. Оскільки стандартна ентальпія утворення H⁰₂₉₈ (SO₂) дорівнює тепловому ефекту H⁰_х.р. реакції утворення складної речовини SO₂ із простих речовин за означенням, то записуємо термохімічне рівняння реакції згоряння сірки:

S_(к) + O_{2 (г)} = SO_{2 (г)} , H⁰_х.р = 296,9 кДж.

Розраховуємо кількість теплоти, яка виділиться у процесі згоряння 10 г сірки