Термохімія 6-1 Термінологія 6-2 Тепло 6-3 Реакційне тепло, калориметрія 6-4 Робота 6-5 Перший закон термодинаміки 6-6 Реакційне тепло: U і H 6-7 Непряме визначення H: теорема Гесса 6-8 Стандартна ентальпія пласта 6-9 Паливо як джерела енергії Термохімія Діа 1/55

термохімія

6-1 Термінологічна система Відкрите закрите ізольоване середовище Термохімія Dia 2/55

Термінологія Енергія, U Здатність системи працювати. Робота Добуток сили та переміщення в її напрямку (у разі впорядкованого руху). Кінетична енергія Енергія від руху. Термохімія Dia 3/55

Енергія Кінетична енергія E k = 1 2 м v 2 [E k] = кг м2 с 2 = J Робота W = F s [Ш] = кг м с 2 м = J Термохімія Dia 4/55

Енергія Потенційна енергія Енергія, що виникає внаслідок стану, ситуації, складу. Це пов’язано з притяганням і відштовхуванням між тілами. Енергія може трансформуватися з потенційної в кінетичну і навпаки. Термохімія Dia 5/55

Енергія та тепло Теплова енергія Енергія, пов’язана із випадковим рухом молекул системи. Зазвичай він пропорційний температурі. Інтенсивна функція. Тепло і робота Q і W. Під їх впливом змінюється внутрішня енергія. Великі кількості. Термохімія Dia 6/55

Теплова енергія, яка передається між системою та навколишнім середовищем через різницю температур. Тепло надходить від більш теплої системи до більш холодної. Температура може змінюватися. Фаза може змінюватися (ізотермічний процес). Термохімія Dia 7/55

Ілюстрація теплового потоку Термохімія Dia 8/55

Одиниці тепла Калорії (кал) Кількість тепла, необхідна для зміни температури 1 граму води на 1 градус Цельсія. Джоуль (J) одиниця SI 1 кал = 4184 Дж Термохімія Dia 9/55

Теплоємність Кількість тепла, необхідна для зміни температури системи на 1 градус Цельсія. Молярна теплоємність Система становить 1 моль матеріалу. Питома теплоємність, c Система складає 1 грам матеріалу. Теплоємність, С Маса питомого тепла. Q = mc T Q = C T Термохімія Dia 10/55

Енергозбереження Під час взаємодії системи та навколишнього середовища енергія залишається незмінною, енергія не генерується і не руйнується. Система Q + середовище Q = 0 Система Q = -Q середовище Термохімія Dia 11/55

Визначення питомої теплоти Термохімія Dia 12/55

Приклад 6-1 Визначення питомої теплоти за експериментальними даними Використовуйте дані, показані на попередньому слайді, для визначення питомої теплоти свинцю. Q відведення = -Q води Q води = mc T = (50,0 г) (4,184 Дж/г C) (28,8-22,0) CQ води = 1423 JQ відведення = -1423 J = mc T = (150,0 г) (c ) (28,8-100,0) C c відведення = 0,1332 Jg -1 C -1 Термохімія Dia 13/55

6-3 Реакція Тепло і калориметрія Хімічна енергія Частина внутрішньої енергії системи. Тепло реакції, реакція Q Кількість теплоти, що обмінюється системою та її середовищем під час хімічної реакції при постійній температурі (Т = постійна). Термохімія Dia 14/55

Вимірювання теплоти реакції Екзотермічна реакція виробляє тепло, реакція Q 0. Ba (OH) 2 8 H 2 O + 2 NH 4 Cl (s) BaCl 2 (s) + 2 NH 3 (aq) + 8 H 2 O (l) Термохімія Dia 15/55

Q-реакція калориметра бомби = -Q калориметра Q кал. = Q-бомба + Q-вода + Q-провід + необхідна теплоємність калориметра: Q-кал. = S m i c i T = C T i нагрівання Термохімія Діа 16/55

Приклад 6-2 Визначення реакційного тепла за допомогою бомбової калориметрії 1,010 г цукру спалювали в бомбовому калориметрі, підвищуючи сумісну температуру калориметра та зразка з 24,92 ° С до 28,33 ° С. Теплоємність калориметра становить 4,90 кДж/С. (а) Яка теплота згоряння цукру C 12 H 22 O 11 в кДж/моль? (b) Переконайтеся, що одна чайна ложка цукру (4,8 г) містить лише 19 калорій. Термохімія Dia 17/55

Приклад Приклад 6-27-3 Обчислити: Q калориметр Q кал. = C T = (4,90 кДж/C) (28,33-24,92) C = (4,90) (3,41) kj = 16,7 кдж Обчислити: Q реакція Q реакція = -Q кал. = -16,7 кДж на 1,010 г Термохімія Dia 18/55

Приклад Приклад 6-27-3 Q-реакція на 1 моль: Q-реакція = -Q каль. = -16,7 кДж -1,010 г = -16,5 кДж/г Q-реакція = -16,5 кДж/г 343,3 г 1,00 моль = -5,679 10 3 кДж/моль (а) Q-реакція 1 чайна ложка (ч. Ложка): Q-реакція = (-16,5 кдж/г) (4,8 г 1 ч. л. 1,00 кал.) () = -19 ккал/ч. л. 4,184 Дж (б) Термохімія Dia 19/55

Калориметр ізоляційного скла Простий калориметр скла Добре ізольований, отже, ізольований. Виміряйте зміну температури. Реакція Q = -Q калориметр Обчислюється подібно до прикладу 6-2. Калібрування: визначення теплоємності. Термохімія Dia 20/55

6-4 Робота Хімічні реакції також можуть допомогти. W = p (- V): обсяг роботи. p: тиск газу в рівновазі з тиском повітря. В: зміна гучності. Термохімія Dia 21/55

Об'єм роботи W = -F зовнішній h = - (p зовнішній A) h Об'єм негативний у разі збільшення, позитивний у разі зменшення. = -p зовнішній (кінець V - початок V) W = -p зовнішній V Термохімія Dia 22/55

Приклад Приклад 6-37-3 Обчислення об’ємної роботи 0,100 Моль Він 298 К. Скільки роботи ви робите в Джоулі, виходячи з попереднього малюнка? (p початок = 243,18 кпа, p кінець = 131,72 kpa) Припустимо, що це ідеальний газ і обчисліть зміну обсягу! V початок = nrt/p початок = 1,02 л V кінець = nrt/p кінець = 1,88 л V = 1,88-1,02 л = 0,86 л R = 8,3145 Дж/моль K Термохімія Dia 23/55

Приклад Приклад 6-37-3 Робота системи: W = -p кінець V = - (131,72 кпа) (0,86 л) = -113,6 Дж. Хитрість: тиск у кпа, об'єм в літрах (л), ми отримуємо Джоулів за енергію. Термохімія Dia 24/55

6-5 Перший закон термодинаміки Внутрішня енергія, U Загальна енергія системи (потенційна та кінетична) Розширений рух. Обертання молекули. Вібрація в’язання. Міжмолекулярне тяжіння. Хімічний зв’язок. Електрони. Термохімія Dia 25/55

Розподіл швидкості Максвелла M = 50 г/моль Термохімія Dia 26/55

Перший закон термодинаміки Система має лише внутрішню енергію. У системі немає роботи або тепла. Робота або теплообмін змінюють внутрішню енергію. U = Q + W Закон енергозбереження: енергія ізольованої системи постійна. Термохімія Dia 27/55

Перший закон термодинаміки Термохімія Dia 28/55

Функція стану Величина, що визначається значеннями показників стану. Його зміна залежить лише від початкових і кінцевих значень показників стану і не залежить від значень, які пережили показники стану під час зміни. Вода: T = 293,15 K і p = 1,00 атм. Його щільність d = 0,99820 г/мл. Ця щільність є функцією стану. Це не залежить від того, як ми ставимо воду в такий стан. Термохімія Dia 29/55

Функція внутрішнього енергетичного стану Функція внутрішнього енергетичного стану: U (p, V, T). U Його значення залежить від еталонної бази. Легко виміряти. Термохімія Dia 30/55

Дорожні функції Тепло і робота - це дорожні функції. Розглянемо приклад 6-3, Вт = -113,6 Дж. Зовнішній тиск газу за один крок коливається від 2,40 до 1,30 атм. Перейдіть у два кроки спочатку з 2,40 до 1,80 і, нарешті, до 1,30 атм. Тиск: 243,18 кпа, 182,39 кпа і 131,72 кпа Ш = 182,39 (1,36-1,02) 131,72 (1,88-1,36) [кпа L] = -130, 8 Дж Термохімія Dia 31/55

p (кпа) Об'єм роботи 0,1 моль He газу, 3 кроки np (kpa) V (l) 1 243,18 1,019 2 182,39 1,359 3 151,99 1,630 4 131,72 1,881 Вт (J) Кроки -113, 6 -p 4 * (V 4 -V 1) -130,8 -p 3 * (V 3 -V 1) -p 4 * (V 4 -V 3) -136,3-p 2 * (V 2 -V 1) -p 3 * (V 3 -V 2) -p 4 * (V 4 -V 3) W - VV кінець запуску p зовнішній (V) dv 250 200 150 100 50 pv Робота, He, 298 K 0 1,0 1,5 2,0 V (l) Об'ємна робота - це функція шляху . Термохімія Dia 32/55

6-6 Тепло реакції: реактиви U та H Продукти U початок U кінець U = U кінець - U початок U = реакція Q + W Для системи з постійним об'ємом: реакція U = Q + 0 = реакція Q = QV Але ми живемо в світ постійного тиску! Як співвідносяться Q p і Q V? Термохімія Діа 33/55

Ізостерична та ізобарна теплота реакції Термохімія Dia 34/55

Тепло реакції ентальпії, p = стоїть. Q V = Q p + W W = -p V і U = Q V, отже: U = Q p - p V Q p = U + p V Праворуч знаходяться функції стану, оскільки об’ємна робота при постійному тиску є функцією стану. Нехай H = U + p V Тоді H = H кінець H початок = U + (p V) При постійному тиску теплота реакції є функцією стану: H = U + p V = Q p Термохімія Dia 35/55

Порівняння теплоти реакції (T = 300 K) 2 CO (g) + O 2 (g) = 2 CO 2 (g) QV = U = -563,5 кДж W = -p V = -p (V кінець V старт) = -RT (n кінець n початок) = 2,5 кДж Q p = H = UW = -566 кДж Термохімія Dia 36/55

Зміна стану Молярна ентальпія випаровування (p = 1 атм): H 2 O (l) H 2 O (g) H = 44,0 кДж, T = 298 K Молярна ентальпія замерзання (p = 1 атм): H 2 O (с ) H 2 O (l) H = 6,01 кДж, T = 273,15 K Термохімія Dia 37/55

Приклад Приклад 6-77-3 Зміна ентальпії фазового переходу Розрахуйте H, якщо 50,0 г води при 10,0 C перетворюється на пару при 25,0 C. Розділіть на два етапи: нагрійте воду, а потім випаруйте. Загальна зміна ентальпії буде сумою двох змін ентальпії. Напишіть рівняння: Q p = mc H 2 O T + n H пара = (50,0 г) (4,184 Дж/г С) (25,0-10,0) С + 50,0 г 18,0 г/моль = 3,14 кДж + 122 кДж = 125 кДж 44,0 кДж/моль Термохімія Dia 38/55

Стандартні стани та стандартні зміни ентальпії Визначте даний стан як стандарт. Стандартна реакційна ентальпія, Н Зміна реакційної ентальпії, коли всі реагенти та продукти перебувають у стандартному стані. Стандартний стан - це тиск 1 атм, 1 моль або одна речовина активності при певній температурі. Термохімія Dia 39/55

Діаграми ентальпії 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Термохімія Dia 40/55

6-7 Непряме визначення H: теорема Гесса H велика властивість. Зміна ентальпії прямо пропорційна кількості матеріалу в системі. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) H = +180,50 кдж ½ N 2 (g) + ½ O 2 (g) NO (g) H = +90,25 kj H, якщо реакція записана в протилежний напрямок: NO (g) ½ N 2 (g) + ½ O 2 (g) H = -90,25 кдж Термохімія Dia 41/55

Теорема Гесса Підсумовування ентальпії: Отримана ентальпія реакції - це сума ентальпій реакцій, за якими можна розбити валову реакцію. ½ N 2 (g) + ½ O 2 (g) NO (g) NO (g) + ½ O 2 (g) NO 2 (g) H 1 = +90,25 kj H 2 = -57,07 kj ½ N 2 (g ) + O 2 (g) NO 2 (g) H загальна = +33,18 кДж Термохімія Dia 42/55

Теорема Гесса про діаграму ентальпії Термохімія Dia 43/55

6-8 Ентальпія стандартного утворення Зміна ентальпії, яка відбувається під час утворення H f 1 моль речовини стандартного стану з її елементів стабільного стану. Ентальпія утворення елементів у еталонному стані дорівнює 0. Під еталонним станом мається на увазі найбільш стабільна задана структура, що існує при заданій температурі та тиску 10 5 Па. 298 K: C (графіт), O 2 (g), Br 2 (l) Термохімія Dia 44/55

Стандартна ентальпія утворення HCHO (g) (298 K) Термохімія Dia 45/55

Ентальпії стандартних пластів (298 К) Термохімія Dia 46/55

2 C (графіт) + 3 H 2 (g) + ½ O 2 (g) C 2 H 5 OH (l) Термохімія Dia 47/55

H 2 O (g) та (l) 298 K 1 атм Термохімія Dia 48/55

C (графіт) + O 2 (g) = CO 2 (g) 298 K 1 атм Термохімія Dia 49/55

Реакція з використанням ентальпії теореми Гесса H реакція = H f продукти - H f реагенти

Стандартна реакційна ентальпія 2 NaHCO 3 (s) = Na 2 CO 3 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (g) H загальна = -2 H f NaHCO 3 + H f Na2CO3 + H f CO2 + H f H2O Термохімія Dia 51/55