Теплоёмкость. Зависимость энтальпии и энтропии вещества от температуры. Зависимость энтальпии и энтропии химической реакции от температуры.

Теплоемкость – теплота, которую нужно затратить, чтобы нагреть систему на 1 градус.

Q=C_pΔT

При постоянном давлении поглощенная теплота идет на увеличение энтальпии системы. Т.е.

ΔH_i(T₂)- ΔH_i(T₁)=C_{p i}(T₂-T₁)

Для равновесного (обратимого) процесса нагревания выполняется равенство

ΔS=Q/T

Т.е. мы можем рассчитать энтропию процесса нагревания:

S_i(T₂)-S_i(T₁)=C_{p i}ln(T₂/T₁)

[ пример расчета энтальпии и энтропии химической реакции при температуре, отличной от 298К – см. разбор задач ]

 

Бонусное:

Теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме

Зависимость теплоемкости от температуры

Вывод зависимости энтропии от температуры

 

Дополнительная литература для подготовки:

Эт – 5.4

Яр – 1.4, 2.4

Ер – Г1 §15, Г2 §5

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b7977-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_8.swf

 

 

 

Критерии самопроизвольного протекания процесса и равновесия в изолированной системе. Критерии самопроизвольного протекания процесса и равновесия в закрытой системе при постоянном давлении и объеме.

 

Система	Критерий равновесия	Критерий самопроизвольного протекания
Изолированная	ΔS=0, максимум S	ΔS>0
V= const	ΔU-TΔS=0 минимум F	ΔU-TΔS<0
P=const	ΔH-TΔS=0 минимум G	ΔH-TΔS<0

Критерий самопроизвольного протекания процесса при постоянном давлении – свободная энергия Гиббса (ΔG) – часть внутренней энергии, которую можно превратить в работу при постоянном давлении.

G=H-TS

При постоянном объеме в качестве аналогичного критерия выступает свободная энергия Гельмгольца (ΔF)

F=U-TS

 

Бонусное:

Вывод критерия для замкнутой системы

Пример расчета для любой реакции

Оценка возможности протекания процесса по табличным данным

 

Дополнительная литература для подготовки:

Эт – 6.1

Яр – 3.1

Ер – Г2 §4,9,10

Ле – Ч1 §7

 

 

9.  Энергии Гиббса и Гельмгольца. Максимальная полезная работа. Зависимость энергии Гиббса от температуры. Химический потенциал. Химический потенциал идеального газа. Стандартное состояние и стандартный химический потенциал вещества в газовой фазе Стандартные состояния и стандартный химический потенциал вещества в растворах.

Свободная энергия Гиббса – часть внутренней энергии, которую можно превратить в работу при постоянном давлении.

G=H-TS

При постоянном объеме в качестве аналогичного критерия выступает свободная энергия Гельмгольца

F=U-TS

Химический потенциал – мольная энергия Гиббса, может быть выражен через стандартный потенциал и давление/концентрацию/мольную долю компонента

μ_i = μ_i°+RT lnp_i

μ_i = μ_i*+RT lnс_i

μ_i = μ_i’+RT lnx_i

[ хотя бы одно из выражений ]

Стандартный потенциал для газа – мольная энергия Гиббса системы, в которой данный газ находится при давлении 1 атм.

В растворах – при концентрации 1 моль/л.

Бонусное:

Вывод зависимости химического потенциала от давления/ концентрации/мольной доли.

Расчет ΔG° при заданной температуре (по табличным данным)

Расчет ΔG системы с заданными парциальными давлениями компонентов.

Дополнительная литература для подготовки:

Эт – 6.2

Яр – 3.2, 3.3

Ер – Г2 §15

 

 

Зависимость энергии Гиббса и энергии Гельмгольца от парциальных давлений/концентраций/мольных долей при постоянных температуре и давлении/объёме. Условие химического равновесия в закрытых системах. Различные формы записи констант равновесия и связь между ними. Зависимость констант равновесия от температуры.

Химический потенциал – мольная энергия Гиббса, может быть выражен через стандартный потенциал и давление/концентрацию/мольную долю компонента

μ_i = μ_i°+RT lnp_i

μ_i = μ_i*+RT lnс_i

μ_i = μ_i’+RT lnx_i

Условие равновесия – ΔG=0. Возьмем газовую реакцию:

aA + bB = dD + eE

При равновесии

Бонусное:

Аналогичные выкладки для энергии Гельмгольца (***)

Вывод связи между K_p, K_c и K_x для какой-нибудь реакции

График зависимости ln(K) от 1000/T при разных знаках ΔH и ΔS

Расчет ΔG системы с заданными парциальными давлениями компонентов.

Дополнительная литература для подготовки:

Эт – 9.1

Яр – 3.4, 3.5

Ер – Г3 §1-4