- •Министерство образования и науки
- •Предисловие авторов
- •Содержание
- •1 Химическая термодинамика
- •1.1 Первое начало термодинамики
- •1.1.1 Основные понятия и определения
- •1.1.2 Первое начало термодинамики
- •1.1.3 Теплоемкость
- •1.1.4 Работа и теплота термодинамических процессов
- •1.1.5 Типы тепловых эффектов
- •1.1.6 Способы определения тепловых эффектов при постоянной температуре
- •1.1.7 Зависимость теплового эффекта реакции от температуры
- •1.1.8 Примеры решения задач
- •1.1.9 Вопросы для самоконтроля
- •1.2 Второе начало термодинамики
- •1.2.1 Основные понятия и определения
- •1.2.2 Математическое выражение
- •1.2.3 Изменение энтропии как критерий обратимости и необратимости процессов
- •1.2.4 Критерии направленности процессов в реальных системах
- •1.2.5 Расчет изменения энтропии в различных процессах
- •1.2.6 Фугитивность и коэффициент фугитивности реальных газов
- •1.2.7 Химический потенциал идеального и реального газа
- •1.2.8 Примеры решения задач
- •1.2.9 Вопросы для самоконтроля
- •1.3 Химическое равновесие
- •1.3.1 Закон действующих масс
- •1.3.2 Способы выражения константы равновесия
- •1.3.3 Выражение состава равновесной смеси
- •1.3.4 Влияние различных факторов на смещение равновесия (на состав равновесной смеси)
- •1.3.5 Мера химического сродства. Направление самопроизвольного протекания химической реакции
- •1.3.6 Методы определения константы равновесия при различной температуре (из справочных данных)
- •1. Из термодинамических свойств веществ:
- •4. Из логарифмов констант равновесия реакций образования некоторых веществ, lgKaf.
- •1.3.7 Примеры решения задач
- •1.3.8 Вопросы для самоконтроля
- •2 Фазовые равновесия
- •2.1 Основные понятия и определения
- •2.2 Однокомпонентные системы
- •2.3 Примеры решения задач
- •2.4 Вопросы для самоконтроля
- •2.5 Двухкомпонентные системы
- •2.5.1 Термический анализ как часть физико-химического анализа
- •2.5.2 Равновесие раствор – кристаллический компонент
- •2.5.3 Кривые охлаждения
- •2.5.4 Диаграмма плавкости двухкомпонентной системы с простой эвтектикой
- •2.6 Диаграммы состояния с образованием химического соединения
- •2.6.1 Определение состава фаз и относительного количества фаз
- •2.6.2 Диаграмма состояния системы с устойчивым химическим соединением
- •2.6.3 Диаграмма состояния системы с неустойчивым химическим соединением (с перитектическим превращением)
- •2.7 Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью в жидком состоянии (с монотектическим превращением)
- •2.8 Твердые растворы
- •2.8.1 Диаграмма состояния с полной растворимостью в жидком и твердом состоянии
- •2.8.2 Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью в твердом виде
- •1. Диаграммы с эвтектическим превращением
- •2. Диаграмма с перитектическим превращением
- •2.8.3 Примеры разбора диаграмм
- •2.8.4 Вопросы для самоконтроля
- •Литература
1.3.8 Вопросы для самоконтроля
1. Записать закон действующих масс для реакции
Ств. + О2 СО2
2. Расположить оксиды в порядке возрастания химического сродства металла к кислороду, если
∆Gо(BaО) = - 526 кДж/моль; ∆Gо (CdО) = - 229 кДж/моль; ∆Gо (MnО) = -363 кДж/моль.
3. Получить соотношение Кри Кс для реакции Н2 + Сl2 2 НСl2
4. Записать уравнение изотермы химической реакции и уравнение нормального сродства для реакции
СО + ½ О2 СО2
5. Какая из констант, Кр или Кс, больше для реакции
СО + Сl2 СОСl2 ?
6. Как повлияет на выход аммиака добавление к системе инертного газа при постоянном давлении в ходе реакции
N2 + 3Н2 2 NН3
7. Как изменится степень окисления СО по реакции
СО + ½ О2 СО2
при повышении температуры?
8. Приведет ли повышение давления к увеличению выхода SО3?
2 SО2 + О2 2 SО3
9. Как графически определить средний тепловой эффект химической реакции, используя значения констант равновесия?
10. Для некоторой реакции зависимость константы равновесия от температуры можно выразить уравнением
lg Kp = - 6000/T+ 5,407
эндо- или экзотермической является эта реакция?
2 Фазовые равновесия
2.1 Основные понятия и определения
Фаза - совокупность однородных частей системы, обладающих в любом элементе объёма одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами и отделенных от других однородных частей поверхностями раздела.
Системы, содержащие одну фазу, называются гомогенными, две и более - гетерогенными.
Таблица 2.1 – Примеры различных систем
Система |
Фазы |
Составные части |
Компоненты |
Н2О(тв)+Н2О(ж)+Н2О(г) |
1тв+1ж+1г = 3 |
1 |
1 |
Р (белый) + Р (красный) |
2 тв. |
1 |
1 |
Раствор(NaCl+KNО3+H2О)+NaС1тв |
1ж +1тв = 2 |
5 |
4 |
Раствор (С6Н6+С6Н5СНз) |
1ж |
2 |
2 |
С6Н6(ж)+Н20(ж) |
2ж |
2 |
2 |
Составная часть системы - химически индивидуальное вещество, которое можно выделить из системы и которое может устойчиво существовать вне её. Так, в системе I составная часть одна; в системе 2 тоже одна (фосфор); в системе 3 можно выделить пять химически индивидуальных веществ: NaCl, KN03, NaN03, KCI, H20 - следовательно, здесь пять составных частей.
Независимые компоненты, или просто компоненты системы, - это химически индивидуальные вещества, наименьшее число которых достаточно для образования системы. Если в системе между составными частями нет химического взаимодействия, то число составных частей равно числу компонентов. Например, системы 4 и 5 имеют две составные части, два компонента. В системе 3 соли реагируют между собой по реакции:
и, следовательно, для составления системы 3, кроме Н20, достаточно взять три любые соли из четырех. Значит, эта система, имея пять составных частей, является четырехкомпонентной.
Число независимых компонентов равно разности между числом составных частей и числом химических реакций, протекающих между ними.
Термодинамические степени свободы - параметры системы, которые можно произвольно и независимо друг от друга менять, не вызывая изменения числа и природы фаз системы.
Число термодинамических степеней свободы (С), (так называемая вариантность системы) при равновесии связано с числом компонентов (К) и числом фаз (Ф ) закономерностью, которая называется правилом фаз Гиббса:
С = К - Ф + n. ,
где n - число внешних параметров; для однокомпонентной системы п = 2 (Р и Т), для двухкомпонентной системы n = 1 (Т, при Р = const). Если С = 0 -система инвариантна; С = 1 - моновариантна; С = 2 -дивариантна.