Файл: Контрольные вопросы для самопроверки знаний по разделу дисциплины физической химии Химическая термодинамика.doc

Пусть система переходит из состояния 1 в состояние 2. При этом система поглощает теплоту Q, которая расходуется на изменение внутренней энергии системы ∆U и совершение работы А.
Q = ∆U + A или Q = dU + A. (1.1)

Это математическое выражение первого закона термодинамики.

Рассмотрим изохорный процесс

(V = const): .

Если V = const, то dV= 0, тогда pdV= 0 и, следовательно,

или . (1.2)

Тепловой эффект реакции при изохорном процессе равен изменению внутренней энергии системы.

Рассмотрим изобарный процесс (р = const):

или ,

или

Так как - это энтальпия системы, тогда

или и

(1.3)

В изобарном процессе тепловой эффект реакции равен изменению энтальпии.

Заменим выражение на выражение

Согласно уравнению Клайперона-Менделева , тогда

(1.4)

где

---

- изменение числа молей газообразных веществ, участвующих в реакции.

Для конденсированных систем Q_р = Q_V.

Теплоёмкость – это количество тепла, необходимое для нагревания данного количества вещества на один градус. Удельная и молярная теплоёмкость – это отношение количества теплоты Q, поглощённое одним граммом (С_уд - удельная) или одним моль (С_м - молярная) вещества к повышению температуры (∆T = T₂ – T₁), которым сопровождается его нагревание.

Единицы измерения теплоемкости: [C_уд] = Дж/г·К, [C_м] =

Дж/моль·К.

Средняя теплоемкость определяется как

(1.5)

Истинная теплоемкость определяется как

(1.6)

При p = cons: ; при V = const: . (1.7, 1.8)

Разница между теплоемкостью при изобарных и теплоемкостью при изохорных условиях равна газовой постоянной Rи описывается уравнением Майера: C_р – C_V = R.

Теплоемкость зависит от температуры. Зависимость C = f(T) выражается эмпирическими уравнениями, найденными опытным путём. Они имеют вид:

или , (1.9, 1.10)

где - коэффициенты, получаемые после обработки экспериментальных данных; они приведены в справочниках.

Применение первого закона термодинамики рассмотрим на примерах расчетов работы и теплоты в термодинамических процессах. Выражения зависимости работы и теплоты от параметров р, V, T системы в конечном (индекс 2) и начальном (индекс 1) состояниях системы в четырех основных процессах с идеальным газом приведены в табл. 1.

---

Таблица 1

Расчеты величин работы и теплоты в процессах с идеальными газами

Процесс	Работа	Теплота	Уравнение состояния газа
Изотермный
Изохорный
Изобарный		*
Адиабатный

Примечание: * - Дж/моль· К.

Задача: СО₂ в количестве 100 г находится при 0 °С и давлении 1,013· 10⁵ Па. Определить Q, А, ∆U, ∆Н:

а) при изотермном расширении до объема 0,2 м³;

б) при изобарном расширении до того же объема;

в) при изохорном нагревании до достижения давления 2,026 ·10⁵ Па;

г) при адиабатном сжатии до 2,026· 10⁵ Па.

Принять, что СО₂ подчиняется законам идеальных газов, а истинная мольная теплоемкость СО₂ при постоянном давлении постоянна и равна 37,1 Дж/моль·К.

---

Решение:

а) Для изотермного расширения : .

Число молей СО₂ в 100 г составляет: моль.
Первоначальный объем определяем по уравнению

м³.

Количество теплоты равно

Дж.

б) Для изобарного процесса ,

так как ; .

Дж.

Работа расширения газа в изобарном процессе

Дж.

кДж.

в) Для изохорного процесса: .

Дж/моль·К.

Отсюда Дж.

.

кДж.

г) Для адиабатного сжатия



Коэффициент .

Дж.



Выражая конечный объем V₂ из уравнения адиабаты , получим

кДж.

Л е к ц и я 3

---

ТЕРМОХИМИЯ
План лекции: Термохимия. Закон Гесса. Основные следствия закона Гесса и использование их для расчета тепловых эффектов физико-химических процессов. Зависимость теплового эффекта от теплоемкости и температуры. Уравнение Кирхгофа. Развернутое уравнение Кирхгофа.
Термохимия – это раздел термодинамики, который изучает тепловые эффекты процессов. В термохимии под тепловым эффектом понимают теплоту, которая выделяется или поглощается в результате процесса, протекающего при постоянном р или V, причём температура исходных веществ и продуктов реакции одинакова, а полезная работа равна нулю ( = 0).

Закон Гесса – это основной закон термохимии. Формулировка закона: тепловой эффект процесса не зависит от числа и характера промежуточных стадий, а определяется только начальным и конечным состоянием системы.
0>

---