Закон Гесса. Лекция 4

Лекция 3.
Теплота, работа и изменение внутренней энергии для
различных процессов в идеальном газе
Энтальпия. Вычисление изменений внутренней энергии
и энтальпии из опытных данных.
Теплоты реакций QV и Qp.
Стандартные энтальпии химических реакций.

1 балл
Первый закон термодинамики утверждает, что внутренняя энергия
постоянна
1. В любой системе. 2. В закрытой системе 3. В открытой системе
4. В изолированной системе 5. Систем с постоянной энергией не
существует.
Может быть несколько правильных ответов. Указать все!

1 балл
Выражение δQ+δW=dU
1) Это первый закон термодинамики для изолированных систем
2) В закрытой системе сумма δQ+δW совпадает с полным
дифференциалом.
3) Интеграл всегда больше нуля
4) Интеграл по любому замкнутому контуру равен нулю
Может быть несколько правильных ответов. Указать все!

ПЕРВЫЙ ЗАКОН и ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
«Состояние 1, Т1;р1»
«Состояние 2,Т1;р1»
«Состояние 1» - реагенты реакции;
«Состояние 2» - продукты реакции.
Q+W

ЭНТАЛЬПИЯ.
У любой системы существует функция состояния, называемая
энтальпией, H.

ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ QV и Qр

QV = U(2)-U(1)=ΔU
T,pвнут , pвнеш, - var;
V = const !
Т1; р1 (1), Реаг.
Т1 ;р1
(2),
Прод.
Тепловой эффект QV
V = const !
QV = U(II)
ΔU(I)=ΔU(II)=ΔU(III)
QV (II) ≠Q (I) ≠Q (III)

Qp = H(2)-H(1)=ΔH
T,pвнут , V, - var;
pвнеш = const !
Тепловой эффект Qp
рвнеш.
Т1; р1 (1)
Т1 ;р1
(2),Прод.
р1 =р1=pвнеш
pвнеш = const !
I
II
III
,Реаг.
Qp = ΔH(II)
ΔH(I)=ΔH(II)=ΔH(III)
Qp (II)≠ Q(I) ≠Q (III)

Обычный «путь» в калориметрии

Связь ∆Н и ∆U химической реакции.
Для идеальных газов: pV = nRT
Для твердых и жидких: pV ≈0
∆n = n (продукты, газы) - n (реагенты газы)

Энтальпии реакций. Закон Гесса.

N2+2O2
2NO2
2NO + O2
Закон Гесса
(1)
(2)
(3)

Что такое закон Гесса ?
Энтальпия химической реакции не зависит от способа её
проведения.
2. Теплота химической реакции не зависит от способа её
проведения.
3. Тепловые эффекты химической реакции, QV и Qp ,
не зависят от способа ее проведения.
3 балла

Реакция….
3K(тв) + Al(тв) + 3F2 = K3AlF6(тв)
….образования
FeF3 =FeF2 +F
……разрыва связи
СH4 + 2О2 = СО2 + 2 Н2О (ж)
…..сгорания
-3347.0
367
-890
Энтальпии реакций,

ЭНТАЛЬПИИ ОБРАЗОВАНИЯ
Это энтальпии образования химических соединений из простых
веществ:
Простые вещества (элементы в своем естественном состоянии!):

Энтальпии образования простых веществ равны нулю:
Энтальпия любой реакции равна разности энтальпий образования
продуктов и реагентов

Вещество
H2O (ж)
C60 (тв)
С6H6 (ж)
-286.0
2334
49.0
Энтальпии образования,

1 балл

С60
С70
Научные основы

Фуллерен (1985)
Молекула, d = 0.7 нм. Сфера, полая внутри
Образует обычный кристалл
Наноматериал в растворах
С60
Кристалл С60

ЭНТАЛЬПИЯ ОБРАЗОВАНИЯ С60

Точность квантовомеханического расчета:
Изодесмическая реакция
СН3 – СН2 – ОН + СН4 =
СН3 – СН3 + СН3 – ОН
9 связей C - H, 1 связь C-O, O-H, C-C
Точность эксперимента: 0.5-1 % от величины Δ Н
Точность расчета: 1-3 % от величины Δ Н

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭНТАЛЬПИЙ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ср?

Теплоемкость, ср
T,K
cp
800
cV+R = 5/2 R
cp = a + a1T+ a2T2+……

Температурная зависимость энтальпий реакций (1) и (2)
Закон Кирхгофа.

ΔН0
Т
Температурная зависимость энтальпий реакций (1) и (2)

ΔН0
Т
Температурная зависимость энтальпий реакций (3)

1) Соответствует реакции, протекающей при постоянной температуре T;
2) Растет с увеличением температуры Т;
3) Если реакция проходит при постоянном внешнем давлении - равна теплоте реакции;
4) Только при постоянном внешнем давлении не зависит от способа проведения реакции.
5) Равна ∆U + ∆nRT, где ∆n – разница числа молей продуктов и реагентов.
2 балл
Какие из этих утверждений – правильные ?

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
«Состояние 1»
«Состояние 2»
∆U1
∆U2
∆U1 =- ∆U2
?

Т1 > T2
pвнут > pвнеш = p2
Самопроизвольные процессы
Т1
T2
δQ
Время

pвнут = pвнеш = p, T = const
Т1 = Т2 , V = const
Квазистатические процессы
рвнеш
рвнут
Т2
Т1

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
«Состояние 1»
«Состояние 2»
Q1
Q2

КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ, ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
∆U = 0 ; dU = δQ + δW ; δW =- δQ
δW = -pdV

A ? B

КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ, ИЗОХОРИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
dU = δQ + δW ; δQ = cVdT

3 ? 2

КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ, ИЗОБАРИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
dU = δQ + δW ; δQ = cрdT

1 ? 3

1 ? 2
1 ?3? 2
3 ? 2
1 ? 3