Термохимия Тепловой эффект химической реакции

Термохимия
Тепловой эффект химической реакции – это
количество теплоты выделившееся или
поглотившееся в ходе реакции.
экзотермические реакции – выделение тепла
эндотермические реакции – поглощение тепла
A  B  C  D  Qр
2C  O2  CO  Qобр
Для простых веществ Qобр  0
C  O2  CO2  Qсгор ( углерода) или Qобр (СО2 )
1
Закон Гесса
Тепловой эффект реакции не зависит от пути перехода,
а зависит только от начального и конечного состояния
системы
Условия выполнения:
1. P=const или V=const
QP  H  H 2  H1
QV  U  U 2  U1
2. Т=const
3. Необратимый процесс
4. Теплота на 1 моль вещества
5. н.у.: Т=250С и Р=1 атм
2
H 2
H 1
H 4
A, B, C....
H 5
H 3
M , N , O....
H 6
H 4  H1  H 2  H 3  H 5  H 6
3
Следствия из закона Гесса
1.
H 1
H 2
H 3
AC  D  M
H AM  H1  H 2  H 3
2.
Исходные
вещества
H обр.исходных
H реакции
Продукты
Простые
вещества
H обр.продуктов
Н реакции   Нобр.прод.   Нобр.исход.
4
3.
A B
CD
H прямой  Н обратной
4.
С  О2
1
CО  О2  Н1
2
С  О2
1
СО  O2
2
CО2  Н 2
CО2  Н 3
Н 3  Н 2  Н1
5
5.
С( алмаз )  О2
CО2  Н1
С( графит )  О2
CО2  Н 2
С( алмаз )  С( графит )  Н 3
Н 3  Н1  Н 2
6.
a1 А1  a2 А2  a3 А3  a4 А4  Н Р
Н р   ai Нсгор (исх )   ai Нсгор ( прод)
6
С2 H5ОH  3O2  2CО2  3H 2O  H P
Н реакции   Нобр.прод.   Нобр.исход.
H P  (2H
Н
О2
обр
СО2
обр
 3H
Н2О
обр
)  (Н
С2 Н5ОН
обр
 3Н
О2
обр
0
H P  (2H
СО2
обр
 3H
Н 2О
обр
)  (Н
С2 Н5ОН
обр
)
7
)
Теплоемкость
Т  Q
Q
Т 
C
V=const
эксперимент
C  теплоемкость
P=const
H  QP
U  QV
 dU    Q 

 
  CV
 dT V  dT V
 dH    Q 

 
  CP
 dT  P  dT  P
СР  СV  nR  идеальный газ
8
Cсредняя
Q

T
Q  Cсредняя T  Cсредняя (T2  T1 )
Cистинная  lim dT 0
Q
dT
CP  a0  a1T  a2T  ...
1
2
9
Уравнение Кирхгоффа
А+В
С+D
Н реакции   Нобр.прод.   Нобр.исход.
С
D
А
В



dH обр dH обр
dH обр dH обр 
d (Н P )









dT
dT прод  dT
dT исх
 dT
d (Н P )
С
D
А
В
 (СР  СР ) прод  (СР  СР )исх
dT
d (Н P )
 СР
dT
10
Расчет теплового эффекта при различных Т.
Т
H
T
T1
  СР dT
Т1
Т
H (T )  H (T1 )   (a0  a1T  a2T  ...)dT
2
Т1
Т
H (T )  H
0
298
  (a0  a1T  a2T  ...)dT
2
Т1
11
Второй закон термодинамики
Самопроизв.
процесс
Несамопроизв.
процесс
Самопроизвольность – стремление материи и энергии к менее
упорядоченному состоянию
Определение:
Самопроизвольно тепло переходит от более
нагретого к менее нагретому телу
12
Работа тепловой машины
Нагреватель
Т1
Q1
Рабочее
тело
Q2 Холодильник
Т2
А
A  Q1  Q2
Q1  Q2 A
КПД   

Q1
Q1
13
Теорема Карно-Клаузиуса
• 1-2. Изотермическое
расширение (Т1=const)
Q1  A1  RT1 ln(V2 / V1 )
• 2-3. Адиабатическое
расширение (Q=0)
A2  U  CV (T2  T1 )
• 3-4. Изотермическое
сжатие (Т2=const)
Q2  A3  RT2 ln(V4 / V3 )
• 1-4. Адиабатическое сжатие (Q=0)
A4  CV (T1  T2 )
14
цикл Карно 
Aц
Q1
цикл Карно
Т2
 1
Т1
Теорема: КПД цикла Карно не зависит от рабочего тела
машины, а определяется однозначно только
температурой теплопередатчика и теплоприемника
цикл Карно
Q1  Q2 T1  Т 2


Q1
Т1
Q2 Т 2

Q1 Т1
цикл Карно
Q2
Т2
 1
 1
Q1
Т1
Q2 Q1

T2 Т1
15