∆ G =∆H-T∆S
advertisement
∆ G =∆H-T∆S ПЛАН Повторим экзотермические и эндотермические реакции, тепловой эффект реакции, закон Гесса Познакомимся с понятиями: 1)Энтропия 2)Энергия Гиббса Решим несколько заданий, используя полученные знания ТЕСТ 1. Уравнение химической реакции, в котором указано значение теплового эффекта, называется: 1) термодинамическим 2) кинетическим 3) термохимическим 2. Термодинамические системы, состоящие из 2-х и более фаз называются: 1) гомогенными 2) гетерогенными 3) гомолитическими 4) гетерохимические 3. Теплота, которая выделяется или поглощается в процессе химической реакции называется: 1) тепловой эффект 2) энтальпия 3) теплота образования 4. Для экзотермической реакции характерны следующие значения теплового эффекта и энтальпии: 1) Q<0, H>0 2) Q>0, H<0 3) Q>0, H>0 4) Q<0, H<0 5. Закон Гесса математически выражается: 1) Qр= ∑ Qобр прод - ∑Qобр реаг 2) Qобр прост в-в=0 3) ∆Нр= ∑H обр прод - ∑Hобр реаг Дым от костра струею сизой Струится в сумрак, в сумрак дня. Лишь бархат алый алой ризой, Лишь свет зари — покрыл меня. Александр Блок Почему дым «тает» в воздухе? ДВА СОСУДА, ОТКРЫВАЕМ КРАН… ЭНТРОПИЯ [ S ] Дж/К·моль Состояние системы, которое характеризуется обычными термодинамическими параметрами, например, давлением, температурой, объемом, концентрацией веществ, называется макросостоянием. Рудольф Клаузиус (1822 –1888) Каждому макросостоянию системы соответствует огромное число микросостояний. Если система находится в равновесии, то ее микросостояния меняются непрерывно, но так, что макросостояние в целом остаётся неизменным. Число микросостояний, с помощью которых осуществляется данное макросостояние системы, называют термодинамической вероятностью Энтропия мера термодинамической вероятности состояния веществ и систем. Основные положения: 1)При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает (Р. Клаузиус). 2)Состояние с максимальной энтропией является наиболее устойчивым состоянием для изолированной системы (Э. Ферми). 3) Каждый физический или химический процесс в природе происходит таким образом, чтобы увеличивалась сумма энтропии всех тел, которые принимают участие в этом процессе (М. Планк). Значения стандартной молярной энтропии некоторых веществ S(298 К) S(298 К) Твердые вещества Дж • моль–1• К–1 Жидкие вещества S(298 К) Дж • моль–1 • К–1 S(298 К) Газообраз Дж • ные моль–1 • вещества К–1 С (алмаз) 2,4 H2O 69,9 H2 131,0 Cu 33,1 Hg 76,0 CH4 186,2 CaO 38,1 Br2 156,6 O2 205,0 KCl 82,6 C2H5OH 160,7 CO2 213,6 CaCO3 88,0 C6H6 173,3 Cl2 233,0 KClO3 143,0 CHCl3 201,8 NO2 239,9 ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ЭНТРОПИЯ? Факторы Агрегатное состояние Состав вещества Температура Давление Молекулярная масса Плотность Изменение энтропии при увеличении значений фактора Меньше у твёрдых веществ Больше у сложных веществ Изменение энтропии при уменьшении значений фактора Больше у газов Меньше у простых веществ Увеличивается Уменьшается Уменьшается Увеличивается Увеличивается Уменьшается Уменьшается Увеличивается Перед физиками и химиками часто вставал вопрос. Могут ли проходить химические реакции между наиболее распространёнными компонентами земной атмосферы – между азотом, кислородом и водой, например: N2 + O2 =2NO N2 +2H2O = NH4NO3 2N2 + 5O2 + 2H2O = 4HNO3 Попробуйте и вы ответить на этот вопрос. ЭНЕРГИЯ ГИББСА G = H – T S Джозайя Гиббс (1839-1903) H G TΔS Для самопроизвольной реакции изменение свободной энергии G должно иметь отрицательное значение, G < 0 !!! Вычисление энергии Гиббса KClO3 (тв.) = KCl (тв.) + 1,5 O2 (г.) Термодинамические величины KClO3 (тв.) - 391,2 KCl (тв.) -435,9 O2 (г.) 0 S298, Дж/(моль· К) 142,9 82,5 205,0 G298, кДж/моль -289,9 -408,0 0 H298, кДж/моль H = (–435,8) – (391,2) = – 44,7 (кДж). S = (1,5 · 205,0) + 82,5 – 142,9 = 247,1 (Дж/К) G = – 44,7 – 298 · 0,2471 ≈ – 118,3 кДж. Значения энергии Гиббса образования некоторых веществ G298, Вещество кДж/моль G298, Вещество кДж/моль CH4 (г.) –50,8 HCl (г.) –95,2 CO2 (г.) –394,4 H2O (г.) –228,6 CaCO3 (тв.) –1127,7 H2O (ж.) –237,3 CuO (тв.) NH3 (г.) –16,7 –129,9 Определение самопроизвольных реакций Возможность протекания реакции Свойства реакции ∆Н ∆S - + - - Вероятно При низких t + - Не идёт самопроизвольно ----------------- + + Вероятно При высоких t Самопроизвольные При любых t ЗАДАНИЕ 1. ОПРЕДЕЛИТЕ ЭНЕРГИЮ ГИББСА ДЛЯ РЕАКЦИИ: Si + 2H2 ─? SiH4 Термодинами-ческие величины H298, кДж/моль S298, Дж/(моль · К) G298, кДж/моль G = 54,7 кДж/моль Si (тв.) H2 (г.) SiH4 (г.) 0 0 32,2 18,7 130,6 204,7 0 0 54,7 Задание 2. С повышением температуры равновесие реакции SO2(г)+½O2(г) = SO3(г) смещается веществ. энтальпии. в сторону образования исходных Сделайте вывод о знаке изменения Задание 3. Какие факторы (энтальпийный или энтропийный) способствуют осуществлению следующих реакций (при Т=298 К) а)BaO(к)+СО2(г)=ВаСО3(к) б)2Мg(к)+Si(к)=Мg2Si(к) в)СО(г)+0,5О2(г)=СО2(г) г)Fe2O3(к)+2Аl(к)=2Fe(к)+Al2O3(к)? Окрашивание тканей азотирование Окрашивание тканей азотирование Варка варения цементация цементация Применение энтропии и энергии Гиббса засолка Сварка Диффузионная металлов сварка вакууме Дыхание животных сахароварение Термодинамика – единственная физическая теория, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута. Альберт Эйнштейн Домашнее задание: 1. Определите значение теплового эффекта и знак энтропии в уравнении реакции: C(т) + 2S(т) → СS2 (ж); ∆H0 = +88 кДж 2. Определите самопроизвольные реакции: N2 + O2 =2NO N2 +2H2O = NH4NO3 2N2 + 5O2 + 2H2O = 4HNO3
