Первое начало термодинамики. Лекционный разбор задач №1

Содержание

Слайд 2

Первое начало термодинамики (разные формулировки) «Энергия в природе не уничтожается и

Первое начало термодинамики
(разные формулировки)
«Энергия в природе не уничтожается и не возникает

вновь, а переходит из одного вида в другой». (Гельмгольц)
«Теплота и работа являются различными формами <перехода> энергии; в любом процессе энергия может переходить из одной формы в другую, но она не создается из ничего и не исчезает бесследно» (Клаузиус)
«В любой жестко изолированной системе общий запас энергии остается постоянным» (Джоуль)
«Подводимая к закрытой системе теплота расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил»(Современная формулировка)
Q(к сист.) = ΔU + A; Q(к сист.) = –Q(во вне)
QV (к сист.) = ΔU; QP (к сист.) = ΔU + P⋅ΔV = ΔH
Слайд 3

Закон Гесса – следствие 1 начала термодинамики. Закон Гесса: тепловые эффекты

Закон Гесса – следствие 1 начала термодинамики.
Закон Гесса: тепловые эффекты химической

реакции QV и QP, (тепловые эффекты для изобарно-изотермических и изохорно-изотерми-ческих условий) определяются только природой исходных веществ (точнее – фаз) и продуктов, но не зависят от реакционного пути, т.е. от природы и числа промежуточных стадий.
Под теплотой образования (энтальпией для P = const) понимают тепловой эффект (измеренный при передаче теплоты от системы к внешним телам) реакции образования 1 моль вещества из таких модификаций простых веществ, которые наиболее устойчивы при данных условиях.
Слайд 4

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

в закрытых сосудах, в которых при термостатировании при +10 ºC и при атмосферном давлении вводятся следующие вещества (перечислены ниже)?
а) лед; б) вода (ж.); в) вода (ж.) + NaCl (тв.); г) H2 (газ) + O2 (газ).
Слайд 5

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

в закрытых сосудах, в которых при термостатировании при +10 ºC и при атмосферном давлении вводятся следующие вещества (перечислены ниже)?
а) лед; б) вода (ж.); в) вода (ж.) + NaCl (тв.); г) H2 (газ) + O2 (газ).
Как изменятся ответы, если сразу после введения указанных веществ в указанных условиях систему из открытой сделают изолированной?
Слайд 6

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

Задача 1-А. Предсказать, возможны ли самопроизвольные превращения (если да, то какие)

в закрытых сосудах, в которых при термостатировании при +10 ºC и при атмосферном давлении вводятся следующие вещества (перечислены ниже)?
а) лед; б) вода (ж.); в) вода (ж.) + NaCl (тв.); г) H2 (газ) + O2 (газ).
Как изменятся ответы, если систему оставят открытой, но термостатируют не при +10, а при 0 ºC?
Слайд 7

Задача №3-1. Согласно термохимическому уравнению реакции CH4 (газ)+ 2O2 (газ) =

Задача №3-1.
Согласно термохимическому уравнению реакции
CH4 (газ)+ 2O2 (газ) = CO2

(газ) +2H2O (жидк.) + 802 кДж
определите - количество теплоты, выделившейся при сжигании 24 г метана при атмосферном давлении; - значение стандартной энтальпии этой реакции.
Начальные и конечные величины P и T для системы, в которой протекает реакция, считать одинаковыми.
Слайд 8

Задача №3-1. Согласно термохимическому уравнению реакции CH4 (газ)+ 2O2 (газ) =

Задача №3-1.
Согласно термохимическому уравнению реакции
CH4 (газ)+ 2O2 (газ) = CO2

(газ) +2H2O (жидк.) + 802 кДж
определите - количество теплоты, выделившейся при сжигании 24 г метана при атмосферном давлении; - значение стандартной энтальпии этой реакции.
Решение. 24 г метана – это 24/16 = 1,5 моль. Очевидно, что выделяющаяся теплота составит 802.1,5 = +1203 кДж/моль.
Энтальпия реакции по определению относится к 1 моль, но показывает, насколько сама система обогатилась энергией. Очевидно, что в рассматриваемом случае система (CH4 + 2O2) потеряла энергию, передав ее внешним телам. По этой причине
Энтальпия сгорания метана составит –802 кДж/моль.
Слайд 9

Задача 3-2. Стандартная энтальпия реакции СаСO3(тв) = СаО(тв) + СO2(г), протекающей

Задача 3-2. Стандартная энтальпия реакции
СаСO3(тв) = СаО(тв) + СO2(г),
протекающей в открытом

сосуде при температуре 727 °C. равна 169 кДж/моль. Чему равна теплота этой реакции, протекающей при той же температуре, но в закрытом сосуде?
Слайд 10

Задача 3-2. Стандартная энтальпия реакции СаСO3(тв) = СаО(тв) + СO2(г), протекающей

Задача 3-2. Стандартная энтальпия реакции
СаСO3(тв) = СаО(тв) + СO2(г),
протекающей в открытом

сосуде при температуре 727 °C. равна 169 кДж/моль. Чему равна теплота этой реакции, протекающей при той же температуре, но в закрытом сосуде?
Решение:
ΔrH1000 K = ΔrU1000 K+ p⋅ΔV ≈ ΔrU1000 K + p⋅VCO2
ΔrH1000 K ≈ ΔrU1000 K + nCO2RT
ΔrU1000 K ≈ 169000 – 1⋅8,314⋅(727+273) ≈ 160700 Дж/моль = 160,7 кДж/моль.
Ответ: теплота, сообщаемая закрытому сосуду, составит +160,7 кДж/моль. Тепловыделение во вне составит – 160,7 кДж/моль, т.е. тепловой эффект имеет знак «–».
Слайд 11

Задача 3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298

Задача 3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298

К. если стандартная энтальпия его образования равна 49,0 кДж/моль.
Слайд 12

Задача 3-3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298

Задача 3-3. Рассчитайте стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298

К. если стандартная энтальпия его образования равна 49,0 кДж/моль.
Решение: 6Сграфит + 3H2 газ = C6H6 ж.
ΔfH298 К = ΔfU 298 К+ p⋅ΔV = ΔfU298 K+ p⋅(VC6H6 ж – VH2 газ – Vтв)
ΔfH298 К ≈ ΔfU298 K + p⋅(– VH2 газ ) ≈ ΔfU298 K – 3⋅nH2RT
ΔfU298 К ≈ 49000 + 3⋅8,314⋅298 ≈ 56432 Дж/моль = 56,43 кДж/моль.
Ответ: стандартную внутреннюю энергию образования жидкого бензола при 298 К равна +56,43 кДж/моль, реакция образования бензола при V = const или P = const –эндотермическая (теплота поглощается системой от внешних тел).
Слайд 13

Задача 3-8. Найдите ΔrH°298 К для реакции СН4 + Сl2 =

Задача 3-8. Найдите ΔrH°298 К для реакции
СН4 + Сl2 = СН3С1газ

+ НС1газ,
если известны следующие стандартные теплоты сгорания:
метана: (ΔrH1 = 890,6 кДж/моль),
водорода: (ΔrH4 = 285,8 кДж/моль),
хлорметана: (ΔrH2 = 689,8 кДж/моль),
и теплота образования НС1(газ): (ΔfHHCl = 92,3 кДж/моль).
Считать, что хлорметан сгорает до СО2, H2O и HCl.
Слайд 14

Задача 3-8. Найдите ΔrH°298 К для реакции СН4 + Сl2 =

Задача 3-8. Найдите ΔrH°298 К для реакции СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ,
если известны следующие стандартные теплоты сгорания:
метана: (ΔrH1 = 890,6 кДж/моль), водорода: (ΔrH4 = 285,8 кДж/моль),
хлорметана: (ΔrH2 = 689,8 кДж/моль), и ΔfHHCl = 92,3 кДж/моль.
Считать, что хлорметан сгорает до СО2, H2O и HCl.
Решение:
Слайд 15

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Слайд 16

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + 1/2O2 + H2O + CO2;
Слайд 17

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
Слайд 18

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
Слайд 19

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
Слайд 20

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
(6) CH4 + Cl2 + 3/2O2 = 2HCl + H2O + CO2;
Слайд 21

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
(6) CH4 + Cl2 + 3/2O2 = 2HCl + H2O + CO2; сложим эту сумму с (4):
Слайд 22

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
(6) CH4 + Cl2 + 3/2O2 = 2HCl + H2O + CO2; сложим эту сумму с (4):
(7) CH4+Cl2+3/2O2+ CO2+ H2O+HCl = 2HCl + H2O + CO2+ CH3Cl+3/2O2;
Слайд 23

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

№ 3-8. Решение. «II способ». Есть реакция: СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ.
Получим те же продукты, осуществляя последовательно превращения, «взяв взаймы» некоторые реагенты. Если сложение этих реакций даст исходную реакцию, то выбор реакций корректен.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; ΔrH1;
(2) H2O = H2 + 1/2O2; реакция, обратная сгоранию водорода, –ΔrH4;
(3) H2 + Cl2 = 2HCl; 2ΔfHHCl;
(4) CO2 + H2O + HCl = CH3Cl +3/2O2; обратно сгоранию СH3Cl; –ΔrH2;
Суммируем: (1) + (2).
(5′) CH4 + 2O2 + H2O = H2 + 1/2O2 + 2H2O + CO2; после сокращения:
(5) CH4 + 3/2O2 = H2 + H2O + CO2; сложим эту сумму (5) с (3):
(6′) CH4 + Cl2 + H2 + 3/2O2 = 2HCl + H2 + H2O + CO2; упрощаем:
(6) CH4 + Cl2 + 3/2O2 = 2HCl + H2O + CO2; сложим эту сумму с (4):
(7) CH4+Cl2+3/2O2+ CO2+ H2O+HCl = 2HCl + H2O + CO2+ CH3Cl+3/2O2;
После сокращения получаем исходную реакцию:
СН4 + Сl2 = СН3С1газ + НС1газ. Тогда
ΔrHx = ΔrH1 + (–ΔrH4) + 2ΔfHHCl + (–ΔrH2) = ΔrH1 – ΔrH4 + 2ΔfHHCl – ΔrH2.
Слайд 24

Задача 3-8*. Изменим последнюю строчку условия Найдите ΔrH°298 К для реакции

Задача 3-8*. Изменим последнюю строчку условия
Найдите ΔrH°298 К для реакции
СН4 +

Сl2 = СН3С1газ + НС1газ,
если известны следующие стандартные теплоты сгорания:
метана: (ΔrH1),
водорода: (ΔrH4),
хлорметана: (ΔrH2),
и теплота образования НС1(газ): (ΔfHHCl).
Считать, что хлорметан сгорает до СО2, H2O и Cl2.
Будет ли иметь решение задача в таком варианте?
Слайд 25

№ 3-8*. Найдите ΔrH°298 К для реакции СН4 + Сl2 =

№ 3-8*. Найдите ΔrH°298 К для реакции СН4 + Сl2 =

СН3С1газ + НС1газ,
если известны следующие стандартные теплоты сгорания:
метана: (ΔrH1), водорода: (ΔrH4), хлорметана: (ΔrH2), и теплота образования НС1(газ): (ΔfHHCl). Считать, что хлорметан сгорает до СО2, H2O и Cl2.
Будет ли иметь решение задача в таком варианте?
Решение.
- Предыдущая
Послевоенная система международных договоров
Следующая -
родительный и дательный падеж имен прилагательных

Похожие презентации

Гидравлический пресс
Первый закон термодинамики
Материалы к уроку по теме Механические волны
Механические колебания
Этапы проектирования цифровых фильтров
Николя Леонар Сади Карно
Параметры звукового поля
Агрегатные состояния вещества. 7 класс
Газы и их свойства
Newton’s Third Law of Motion
Коллоидты химия. Беттік керілу. Беттік керілу ұғымы. Беттік керілу, оны анықтау әдістері
Греет ли снег?
Наномеханика. Кривизна и неустойчивость тонких пленок
Квантовая радиофизика. Лекция 4. Спектроскопия ЯМР
Совет мудрецов
Управление колебаниями системы маятник-тележка с приводом методом скоростного биградиента
Гидравлический расчет малых мостов и труб
Радиофикация школы. Автор работы: Голунов Александр Викторович ученик 10
Схема гидравлического пресса
Презентация на тему «Глаз и зрение» 8 класс. Автор Васильева Е.Д.
Факторы, повышающие интенсивность химического процесса
Неравновесные процессы. Молекулярная физика и термодинамика
Давление в газах
Ядролык гамма резонанс. Мёссбауэр эффектісі
Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы
Звенья передачи: ведущее, ведомое. Передаточное отношение
Свободное падение тел
Перспективы развития и использования электроэнергетики в современном мире
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть