Энергетика химических реакций

превращениях различных видов энергии.

тепловую, электрическую и. т.д.
Каковы энергетические эффекты химических реакций
Возможность

совокупность веществ находящихся во взаимодействии, мысленно (или фактически) обособленная от

точках по составу и свойствам и отделенная от других частей

хотя бы одного параметра приводит к изменению состояния системы в

- энергия Гиббса

которая складывается из кинетической и потенциальной энергий молекул, атомов, атомных

энергии определить невозможно, однако можно измерить ее изменение ΔU при

полный запас энергии системы.
Изменение внутренней энергии не зависит от

одного из параметров системы во времени.

в другое в термодинамике различают следующие процессы:
изотермические Т-

другому, за счет разницы температур этих тел.

другому за счет перемещения масс под действием каких-либо сил.

и работой:
Q = ΔU +A
Т.е. теплота Q, подведенная

переходит из одной формы в другую в строго определенных, всегда

ΔU + P×ΔV

Для изохорного процесса
V=const , тогда ΔV=0

тепловой эффект химической реакции равен изменению энтальпии (Н).
Первый закон ТД:
Qр

системой после протекания химической реакции

H1
ΔH = H2 – H1> 0
реакция эндотермическая
Q = Δ H

образовании 1 моля сложного вещества из простых веществ.

при одинаковых стандартных условиях:
Т=298 К
Р=101,3 КПа, 1 атм.,

таблицах, необходимо обращать внимание на агрегатные состояния веществ

энтальпия образования равна нулю, а для газообразного йода не равна

тепловой эффект химической реакции и агрегатные состояния.

аморфное,
ж – жидкое,
г – газообразное,
р – растворимое

можно складывать, вычитать, умножать на любые коэффициенты вместе с тепловым

состояниями системы реагирующих веществ и не зависит от пути ее

1/2О2 = СО ΔН2
СО + 1/2О2 = СО2 ΔН3
ΔН1 = ΔН2 +

энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ.

кДж тепла.
Решение:
S + 3/2O2 = SO3

64 г S – 790 кДж
32 г S – Х кДж
Х

Н2 , если ΔН0 (NH3)= –46 кДж/моль.
Решение:
½N2 +3/2H2 =NH3
11,2 л N2 – –

невозможность их самопроизвольного протекания при данных условиях.
Самопроизвольно могут протекать

- энтропию

атомного и ионного беспорядка.

изолированная система предоставленная самой себе, изменяется в направлении состояния обладающего

протекает в прямом направлении,
если ΔS < 0, то процесс

от агрегатного состояния веществ.

, в данной реакции объем увеличивается, беспорядок системы возрастает ΔS>0.

реакции объем уменьшается, беспорядок системы уменьшается

в результате взаимного притяжения частиц, что приводит к их усложнению.

и общее направление реакции определяется влиянием преобладающего фактора.
В неизолированных

процесса.
ΔG0 прямая реакция невозможна

кДж
Возможна ли данная реакция при стандартных условиях, если ΔSх.р. =

=T ΔS
T = ΔH/ ΔS = 96,61/0,1387 =

реакции образования одного моля этого соединения находящегося в стандартных условиях,

направлении убыли энергии Гиббса.

вычислите реакции, протекающей по уравнению
СО (г) + Н2О (ж) = СО2 (г)

0, а скорость прямой реакции равна скорости обратной:

аА + вВ

Гиббса следующим соотношением:
Зная значения ΔG° для химической реакции можно

равновесия. Направление смещения химического равновесия при изменении внешних условий определяется

воздействия.

равновесие в сторону эндотермической реакции
Понижение температуры - смещает равновесие в

в сторону меньшего объема.
3Н2 + N2 → 2NH3
3 1

смещает равновесие в сторону продуктов реакции.
Повышение концентрации продуктов реакции

на смещение равновесия, но ускоряет процесс достижения равновесия.

при: 1) повышении температуры; 2) уменьшении давления; 3) увеличении давления?
Решение.
Все вещества в

+ 3S(т) + Q,
если : а) повысить

Решение: Исходя из уравнения реакции, константа химического равновесия .
Далее, из уравнения реакции следует, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода. Это значит, что изменение концентрации водорода и изменение концентрации азота связаны соотношением: Δ[Н2] = 3Δ[N2]. С другой стороны, из уравнения реакции следует, что 2Δ[N2] = [NH3] = 2 моль/л (по условию задачи). Откуда получаем: Δ[N2] = 1 моль/л, а Δ[Н2] = 3Δ[N2] = 3 моль/л. Выразим теперь исходные концентрации азота и водорода через равновесные и через изменения концентраций:
[H2]исх - Δ[Н2] = 4,5 моль/л; [N2]исх - Δ[N2] = 1,5 моль/л; Тогда: [Н2]исх = 4,5 моль/л + Δ[Н2] = 4,5 моль/л +3 моль/л = 7,5 моль/л; [N2]исх = 1,5 моль/л + Δ[N2] = 1,5 моль/л + 1 моль/л = 2,5 моль/л. Ответ: [Н2]исх = 7,5 моль/л; [N2]исх = 2,5 моль/л; K = 0,03.

концентрации СО и СО2, если начальные концентрации этих веществ составлялиС0(CO) =

Решение. Поскольку FeO и Fe – твердые вещества, их концентрации остаются постоянными и не входят в выражение константы равновесия:  . Выразим равновесные концентрации веществ через исходные и уменьшение концентрации СО к моменту наступления равновесия. Пусть х – это уменьшение концентрации СО. Тогда равновесная концентрация [CO] = С0(CO) – x = (0,05 – x) моль/л. Из уравнения реакции видно, что из одного моля СО образуется 1 моль СО2. Следовательно, равновесная концентрация [CO2] = С0(CO2) + x = (0,01 + x) моль/л. Для вычисления х подставим числовые значения равновесных концентраций в выражение константы равновесия: ; х = 0,01 моль/л. [CO2] = С0(CO2) + x = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль/л; [CO] = С0(CO) – x = 0,05 - 0,01 = 0,04 моль/л.

составляет 0,030, a DS0 составляет 119 Дж/К. Найти DН0 для

Решение. Зная константу равновесия, легко найти DG0 процесса
DG0 = -RT lnKравн = -RT ln0,030 = 8,7 кДж.
Затем по известному термодинамическому соотношению находим DH0этого процесса:
DG0 = DH0 - TDS0;
DH0 = DG0 + TDS0= 8,7 + 119·300/1000 = 44,4 кДж.

в системе если начальные концентрации составляли: [NO2]нач = 5 моль/л.;

Решение. Определим первоначально константу равновесия в указанной системе на основе соотношения
DG° = DG0обр N2O4 (г) – 2DG°o6p NO2 (г) = 98,4 – 2·51,6 =–4,8 кДж.
DG0 = -RT lnKравн= – 8,31·298,15 lnKравн
Пусть к моменту равновесия концентрация N2О4 (г) повысилась на Х моль/л по сравнению с исходной. Соответственно равновесные концентрации веществ составят: [N2O4] равн= (2+x) моль/л; [NO2] равн= (5–2x) моль/л.
Подставляем эти величины в выражение для константы равновесия:
Решением полученного уравнения будут корни x1=2,92 и x2=2,12. Условию задачи удовлетворяет только значение 2,12, таким образом, равновесная концентрация N2O4(г) составит 2 + 2,12 = 4,12 моль/л.