|
|
Термодинамический метод рассмотрения химических процессов
Термодинамический подход заключается в рассмотрении начального и конечного состояний взаимодействующих веществ, при этом не учитываются механизм и скорость процесса. Для описания систем используют набор термодинамических функций, основными из которых являются Н – энтальпия, S – энтропия, G – энергия Гиббса. В справочных таблицах приводят стандартные: энтальпии образования веществ Т = 298 К; Р = 1,013×105 Па; вещества –химически чистые. Энтальпийный эффект химической реакции определяют по закону Гесса и следствию из него. Следствие из закона Гесса: изменение энтальпии химической реакции равно разности сумм энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ с учетом стехиометрическихкоэффициентов:
где n, m – стехиометрические коэффициенты. Аналогичным образом можно рассчитывать изменение и других функций – энтропии ( В системах, находящихся при постоянных температуре и давлении, самопроизвольно могут протекать только те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса (D G < 0). Если D G > 0, реакция протекает в обратном направлении, а при D G = 0 система находится в состоянии химического равновесия. Пример. Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в реакции CO2(г) + С (графит) = 2CO(г). Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции в прямом направлении. Решение. · Рассчитать стандартное изменение энтальпии реакции:
= 2×(–110,5) – (–393,5 + 0) = 172,5 кДж.
· Рассчитать стандартное изменение энтропии реакции:
=2·197,5 – (213,7 + 5,7) = 175,6 Дж/К = 175,6×10-3 кДж/К. · Рассчитать стандартное изменение энергии Гиббса реакции:
· Определить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие. Если пренебречь зависимостями · Построить график зависимости
Из графика видно, что в интервале температур 0 – 982 К D G > 0, следовательно, прямая реакция невозможна; выше 982 К D G < 0, т.е. самопроизвольно протекает прямая реакция.
Задания к подразделу 2.1
Вычислить стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса в соответствующей реакции (
Скорость химических процессов
Для полного описания химической реакции необходимо знать не только принципиальную возможность ее осуществления (решается термодинамически), но и закономерности протекания во времени, т.е. ее скорость и механизм. Химические реакции могут проходить в гомогенных и гетерогенных системах. Гомогенной называют систему, однородную по составу и свойствам. Гетерогенной называют систему, состоящую из двух или более однородных частей, отделенных друг от друга поверхностью раздела. Скорость гомогенной химической реакции определяется изменением кон-центрации одного из исходных веществ или продуктов реакции в единицу времени при неизменном объеме системы.
где В гетерогенных системах реакции идут на поверхности раздела отдель- ных частей системы. Скорость гетерогенной реакции определяют изменением количества вещества, вступившего в реакцию или образующегося в реакции в единицу времени на единице поверхности.
где S – площадь поверхности раздела, м2. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации, температуры, присутствия катализаторов.
  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
, кДж/моль, энтропии веществ 
, Дж/(моль×К) (табл. П.1), энергии Гиббса образования веществ 
, кДж/моль. Стандартные условия:
= å(n 
) – å (m 
),
), энергии Гиббса (
).
= å (n 
) – å (m 
)= 2 
– (
+ 
)=
) – å (m 
)= 
– (
+ 
) =
= 
= 172,5 –298×175,6×10-3 = 120,2 кДж.
> 0, при Т = 298 К прямая реакция невозможна.
и D S от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т: D G = D Н – Т× D S » 
= 
– скорость химической реакции, моль/(л×с); C 1 – первоначальная концентрация вещества (в момент времени τ1), моль/л; C 2 – концентрация вещества в момент времени τ2 > τ1, моль/л; Δ С – изменение концентрации вещества за время Δτ = τ2 – τ1; τ1,– исходный момент времени, с; τ2 – текущий момент времени, с; (τ2 > τ1).
– изменение количества вещества, моль за промежуток времени Δτ, с;