Изохорный и изобарный тепловые эффекты химических реакций и связь между ними

Тепловой эффект химической реакции (ТЭХР) рассматривается только для закрытых ТС при отсутствии работ и при фиксации двух параметров: T,V=const и T,p=const. При этих условиях мы фактически задаем состояние ТС, если система является равновесной.

Для простой, закрытой ТС уравнение 1-го закона термодинамики имеет вид:

 

, при Т,V=const: , (1)

 

, при Т,р=const: . (2)

 

Тепловой эффект ХР – это максимальная теплота процесса, выделяемая или поглощаемая ТС при T,V=const и Т,р=const и отнесенная к пробегу ХР, т.е.:

 

, [Дж/моль], (3)

 

, [Дж/моль], (4)

 

где QV – изохорный тепловой эффект ХР; Qp - изобарный тепловой эффект ХР; - пробег ХР. QV и Qp – функции состояния, т.е. они характеризуют термодинамическое состояние химически реагирующей ТС.

Таким образом, изохорный QV и изобарный Qp ТЭХР выражаются через изменение внутренней энергии и энтальпии соответственно и определяются только начальными и конечными состояниями ТС.

Тепловые эффекты ХР не зависят от промежуточных химических состояний, через которые проходит ТС (закон Гесса, 1840г.).

В соответствии с законом Гесса сумма тепловых эффектов промежуточных ХР есть величина постоянная, равная тепловому эффекту сложной реакции независимо от последовательности протекания реакций. Закон Гесса позволяет косвенным путем аналитически вычислить тепловые эффекты ХР, в том числе и таких, которые не поддаются эксперименту.

Для ТС, где протекает одна химическая реакция, внутренняя энергия и энтальпия определяются выражениями:

 

, (5)

 

, (6)

 

где , Дж/моль, молярные величины внутренней энергии и энтальпии i-го вещества при стандартном состоянии (р0=1 физ.атм); , моль, количество i-го вещества.

Соотношения (5) и (6) справедливы как для идеальных, так и для реальных газов и растворов. Для идеальных термодинамических систем величины являются функциями только температуры. Тогда получим связи:

 

, (7)

 

. (8)

 

После подстановки выражений (7) и (8) в формулы (3) и (4) и дифференцирования по пробегу ХР получим формулы для расчета изохорного и изобарного ТЭХР:

 

, Дж/моль, (9)

 

, Дж/моль (10)

 

По формулам (9) и (10) определяется тепловой эффект образования вещества. Тепловой эффект сгорания (теплота сгорания) равен теплоте образования с обратным знаком:

 

, (11)

 

. (12)

 

Рассмотрим пример: для ХР: 2Н2О-2Н22=0. Изобарный ТЭХР равен: , Дж/моль, т.е. из двух молекул Н2 и одной молекулы О2 образуется две молекулы воды. Если число элементарных реакций равно NA=6,022·1023, то суммарная теплота этих реакций является тепловым эффектом. Таким образом, моль – это набор из пяти частиц (2Н2, О2, 2Н2О) умноженный на число Авагадро.

Если зависят и от температуры и от состава ТС, то получим выражения:

 

, (13)

 

. (14)

 

Связь между изобарным и изохорным ТЭХР получим следующим образом. Запишем для 1 моля идеального газа выражение для энтальпии:

 

.

 

Тогда для смеси идеальных газов имеем:

 

, (15)

 

где ; .

После подстановки Qp и QV в выражение (15) имеем:

 

. (16)

 

Эта связь между Qp и QV для смеси идеальныхгазов получена, пренебрегая объемами жидких и твердых реагентов.

Зависимость определяется видом ХР:

- если то Qp > QV

- если то Qp = QV

- если то Qp < QV.

 

Для конденсированных веществ (растворов) .

 








Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 2830;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.