- •Методические указания
- •1. Химическая термодинамика
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •2 Фазовые равновесия
- •Контрольные задания
- •3. Химическая кинетика
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •4. Электрохимия
- •4.1. Электропроводность растворов
- •4.2. Гальванические элементы
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •Коллоидная химия
- •5. Адсорбция
- •Контрольные задания
- •6. Специфические особенности дисперсных систем
- •6.1. Дисперсное состояние вещества.
- •Контрольные задания
- •6.2. Состав и строение коллоидных систем
- •Контрольные задания
- •6.2. Свойства коллоидных систем
- •Контрольные задания
- •7. Устойчивость дисперсных систем
- •Контрольные задания
- •8. Микрогетерогенные системы
- •8.1 Суспензии
- •8.2 Эмульсии
- •8.3 Пены
- •8.4 Аэрозоли
- •8.5 Порошки
- •Литература
1. Химическая термодинамика
Химическая термодинамика является наукой об энергетических эффектах химических реакций, их направлении и равновесии. Изучает применение законов термодинамики к химическим и физико-химическим процессам.
Термодинамический метод полезен тем, что позволяет:
- установить взаимосвязь между параметрами равновесной системы, что дает возможность вычислить неизвестный параметр системы по другим известным параметрам;
- оценить величину изменения параметров системы при осуществлении какого-либо процесса в ней;
- определить параметры системы после перехода ее их одного состояния в другое термодинамическое состояние или из одного технологического режима в другой режим проведения процесса;
- определить принципиальную возможность протекания процесса в нужном направлении;
- оценить глубину протекания процесса в зависимости от условий.
До выполнения задания по химической термодинамике следует проработать лекционный материал соответствующего раздела. По учебнику [1] изучить теоретический материал и разобрать решения типовых задач по задачнику [2].
При определении параметров простейших термодинамических процессов идеальных газов советуем воспользоваться формулами, приведенными в таблицах 1.1 и 1.2. Необходимо обратить особое внимание на правильное применение соответствующих размерностей параметров. Используйте следующие значения универсальной газовой постоянной: R = 8,31 Дж/(моль·К) = 1,98 кал/(моль·К) = 0,082(л·атм)/(моль·К).
Тепловой эффект реакций при стандартных условиях определяется по формуле
(1.1)
Соответствующие значения компонентов приведены в таблице 1.4.
При расчете тепловых эффектов при других температурах необходимо опираться на закон Кирхгофа и на вытекающее из него уравнение
, (1.2)
в котором - разность суммы теплоемкостей продуктов и исходных реагентов
, (1.3)
где индекс i – стехиометрические коэффициенты соответствующих исходных реагентов;
j – стехиометрические коэффициенты соответствующих продуктов реакции.
При этом можно сделать следующие допущения:
1. . Тогда.
2. . Тогда определяется по значениям теплоемкости компонентов реакционной системы при стандартных условиях (таблица 1.4) и значение вычисляют по формуле
. (1.4)
3. . При этом допущении необходимо учитывать температурную зависимость теплоемкости компонентов реакционной системы
, (1.5)
из которой следует
, (1.6)
где . Параметрырассчитываются аналогичным образом. Значенияа,b, c, c/ компонентов реакции приведены в таблице 1.4.
Изменение энтропии реакции при стандартных условиях определяются исходя из значений S0 (таблица 1.4) по формуле:
. (1.7)
При определении необходимо учитывать температурную зависимость теплоемкости компонентов от температуры:
. (1.8)
Вычисление проводят по формуле
. (1.9)
Значение определяют по аналогичной формуле
. (1.10)
По знаку величин и определяют возможное направление протекания реакции при стандартных условиях и при температуре Т.
Если: G < 0 – самопроизвольное протекание химической реакции возможно;
G > 0 – самопроизвольное протекание химической реакции невозможно;
G = 0 – система находится в равновесии.
Литература: [1], с.59 – 105; [2], с.23 – 25, 32 – 34, 43 – 46, 57 – 59.
Таблица 1.1 Связь между основными параметрами состояния в изопроцессах и определение их функции перехода для n молей вещества ()
Процесс |
Уравнение процесса |
Связь между параметрами состояния |
Работа в процессе |
Количество теплоты, сообщенное в процессе |
Изобарный | ||||
Изотерми- ческий | ||||
Изохорный | ||||
Адиабатный |
Таблица 1.2 Изменение функций состояния системы в изопроцессах (n - количество вещества, )
Процесс |
ΔH |
ΔU |
ΔS |
Молярная теплоемкость |
Изобарный |
ΔН=ΔU+W=Q |
ΔU=ncv(T2 – T1) | ||
Изотерми-ческий |
ΔН = 0 |
ΔU = 0 | ||
Изохорный |
ΔН= nсp(T2 –T1) |
ΔU= ncv(T2 – T1 | ||
Адиабатный |
сад = 0 |