Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия






(10000 Символов)


студент гр. ВАУ-227

Гранкина Н.В.


ст. педагог

Галицына Т.А.



The energy of a body may be defined broadly as its capacity for doing work Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия. This energy may take various forms, such as kinetic energy of a body in motion, potential energy due to position, heat energy as measured by the temperature, electrical energy, chemical energy, etc. Chemical and physical processes are almost invariably accompanied by energy changes, and results of considerable importance Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия have been obtained studying the laws underlying these changes. It is this study of energy transformation which constitutes the subject matter of thermodynamics. Although thermodynamics may appear to be somewhat theoretical in nature, the two laws have led to results of fundamental importance to chemistry, as well as to physics Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия.

Conservation of Energy: The First Law of Thermodynamics.

Many attempts have been мейд from time to time to realize "perpetual motion", that is, the continuous production of mechanical work without supplying an equivalent amount of energy from another source. The failure of all such efforts has led to Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия the universal acceptance of the principle of conservation of energy. This principle has been stated in many forms, but essentially they amount to the fact that although energy can be converted from one form to another, it cannot be created or destroyed or, alternatively, whenever a quantity of one kind of energy Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия is produced, an exactly equivalent amount of other kinds must disappear. It is evident that perpetual motion, in the generally accepted sense of the term, would be contrary to this principle, for it would involve the creation of energy. Further, the exact equivalence of mechanical or electrical work Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия and heat, as found by Joule and others, is a necessary consequence of the same principle.

The law of conservation of energy is purely the result of experience, no exception to it having as yet been found. The assumption that it is of universal applicability is the basis of Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия the first law of thermodynamics. This law can be stated in any of the ways given above for the principle of the conservation of energy, or else it may be put in the following form. The total energy of a system and its surroundings must remain constant, although it may Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия be changed from one form, to another.

Heat Changes in Chemical Reactions.

The subject of thermochemistry deals with the heat changes accompanying chemical reactions. As will be seen shortly the laws of thermochemistry are based-largely on the principle of the conservation of energy or the first law of Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия thermodynamics. Different substances have different amounts of internal (chemical) energy, and so the total energy of the products of a reaction is generally different from that of the reactants; hence, the chemical change will be accompanied by the liberation or absorption of energy, which may appear Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия in the form of heat. If heat is liberated in the reaction the process is said to be exothermic, but if heat is absorbed it is described as endothermic. The majority of, although not all, chemical reactions which go to virtual completion at ordinary temperatures are exothermic in character, since they are Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия accompanied by an evolution of heat. If a chemical reaction is associated with a volume change, as is particularly the case for many processes involving the combination of gases, the magnitude of the heat change will depend on whether the reaction is carried out at constant pressure or at Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия constant volume. Since many reactions normally occur at constant (atmospheric) pressure it is the usual practice to record heat changes by quoting the value of qp , the heat absorbed at constant pressure; this may, of course, be identified with ΔH , theincrease of heat content under the Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия same conditions. This quantity is often referred to as the heat of reaction; it represents the difference in the heat contents of the reaction products and of the reactants, at constant pressure and at definite temperature, with every substance in a definite physical state. From the value of qp Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия (or ΔH ) the value of gv (or ΔE ) can be readily determined if the volume change ΔV at the constant pressure P is known as will be seen below.

The heat change accompanying a reaction, for example, that between solid carbon (graphite) and gaseous oxygen to yield carbon dioxide gas, is represented Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия in the form of a thermochemical equation, as follows:

C(s) + 02 (g) = C02 (g) ΔH = -94.00 kcal.

This means that when 12.01 grams of solid carbon (graphite) and 32 grams of gaseous oxygen react completely to yield 44.01 grams of gaseous carbon dioxide, at constant pressure, there is a decrease in heat content Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, since ΔH is negative, of 94 kilocalories (kcal.), i. e. , 94,000 calories. It is the general practice in modern thermochemical work to express results in kilocalories because the statement of heat changes in calories implies an accuracy greater than is usually attainable experimentally. It should be noted, incidentally Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, that the ΔH (or ΔE ) values always refer to completed reactions, appropriate allowance having been мейд, if necessary, if the process does not normally go to completion.

The symbols g, /, and s, placed in parentheses after the formula indicate whether the substance taking part in the reaction is gas, liquid or Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия solid. Reactions taking place in aqueous solution are indicated by the symbol aq ;thus,

HCl ( aq ) + NaOH ( aq ) = NaCl ( aq ) + H 2 O )

ΔH = 13.70 kcal .

Strictly speaking the use of aq implies that the reaction is occurring in such dilute solution that the addition of further water causes Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия no detectable heat change.

A negative value of ΔH , as in the two instances quoted above, means that the reaction is accompanied by a decrease in heat content; that is to say, the heat content of the products is less than that of the reactants at a specified temperature, in Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия other words, the reaction at the given temperature is associated with an evolution of heat. It follows, therefore, that when ΔH is negative the reaction is exothermic; similarly, if ΔH is positive the process is endothermic. The same conclusions can be reached directly from the fact that qp , which is equal Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия to ΔH , the heat absorbed in the reaction; hence, when ΔH is negative heat is actually evolved.

Spontaneous Processes.

The second law of thermodynamics has led to results which are of considerable importance to chemistry, physics and engineering, but to the chemist its greatest value probably Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия lies in the fact that it provides a means of foretelling whether a particular reaction can occur, and if so to what extent. However, thermodynamics can only indicate if the reaction is possible or not; other considerations which lie outside thermodynamics are necessary to determine whether the process will take Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия place slowly or rapidly. Even with this limitation in mind, it must be admitted that information concerning the fundamental possibility of a reaction, apart from its speed, would be of great interest to the chemist. At one time it was believed that chemical changes always occurred spontaneously in the direction Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия of heat evolution that is, in the direction leading to a decrease in the heat content. This conclusion is, however, manifestly incorrect, as is evident from the fact that many reactions which take place spontaneously are known to involve an absorption of heat.

The question being considered resolves itself into Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия the problem of understanding the conditions under which spontaneous processes in general take place. It is convenient in this connection to examine some physical processes that are of spontaneous occurrence; the conclusions drawn are found to be applicable to all changes that tend to take place Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия without external influence. Consider, for example, a bar of metal that is hot at one end and cold at the other; heat will be conducted spontaneously along the bar from the hot end to the cold end until the temperature is uniform. It is important to note, however, that this process Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия is not found to reverse itself spontaneously; it has not been observed that a metal bar of uniform temperature spontaneously becomes hotter at one end and colder at the other.


Термодинамика и Энергия

Энергия тела может быть определена в широком смысле как его способность Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия делать работу. Эта энергия может иметь разные формы, такие как кинетическая энергии передвигающегося тела, возможная энергия; энергия нагрева, определяемая температурой; электронная энергия, хим энергия, и т.д. Хим и физические процессы практически всегда сопровождаются переменами энергии, и очень принципиальные результаты были получены, при исследовании законов, лежащих в базе этих конфигураций. Исследование конкретно Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия этих законов преобразования энергии составляет предмет термодинамики. Хотя термодинамика, может показаться, несколько теоретической по собственной природе, потому что два закона привели к базовым результатам как в химии, так и в физике.

Закон Сохранения Энергии: 1-ый Закон Термодинамики

Много попыток было изготовлено, для того чтоб осознать "непрерывное движение Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия ", другими словами непрерывное “создание” механической работы без подачи эквивалентного количества энергии от другого источника. Беда всех этих попыток привела к принятию универсального принципа сохранения энергии. Этот принцип был сформулирован в почти всех формах, но по существу они составляют факт, что, хотя энергия может быть преобразована из одной формы в Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия другую, она не может показаться из ничего либо пропасть либо, альтернативно, каждый раз, когда количество 1-го вида энергии произведено, точно такое количество других видов должно пропасть. Разумеется, что нескончаемое движение, как термин в принятом смысле, противоречил бы этому принципу, так как из этого следует возникновение энергии из ничего. Означает четкая Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия эквивалентность механической либо электронной работы и нагрева, как подтверждено Джоулем и другими, является нужным следствием такого же самого принципа.

Закон сохранения энергии - итог опыта, никакое опровержение этому еще пока не было найдено. Предположение, что он имеет универсальную применимость – основание для первого закона термодинамики. Этот закон может быть Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия выведен одним из методов, данных выше для принципа сохранения энергии, либо он может смотреться последующим образом. Полная энергия системы и окружающей ее среды должна остаться неизменной, хотя она может перебегать из одной формы, в другую.

Изменение теплоты при Хим Реакциях

Предмет термохимия имеет дело с переменами степени нагрева тела Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, провождающими хим реакциями. Как было увидено, законы термохимии основаны в значимой степени на принципе сохранения энергии либо первом законе термодинамики. Разные вещества имеют различную внутреннюю (хим) энергию, так что полная энергия товаров реакции в общем отличается от энергии реагирующих веществ; как следует, хим реакция будет сопровождаться выделением либо поглощением энергии, которая Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия может проявляться в форме нагрева. Если тепло выделяется в процессе реакции, процесс именуют - экзотермическим, и если тепло поглощается, то эндотермическим. Большая часть, хотя не все, хим реакции, которые происходят при обыденных температурах - экзотермические по нраву, потому что они сопровождаются выделением тепла. Если хим реакция связана с конфигурацией объема Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, что в особенности характерно многим процессам в консистенции газов, величина конфигурации энергии будет зависеть от того, проведена ли реакция при неизменном давлении либо при неизменном объеме. Потому что большая часть реакций обычно происходят при неизменном (атмосферном) давлении просто фиксировать конфигурации энергии, определяя значение qp – тепло, поглощенное при неизменном давлении Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия; оно может, естественно, быть определено с ΔH – повышение количества теплоты удовлетворяющее этим же самым условиям. Она нередко упоминается как теплота выделившаяся при реакции; она представляет собой изменение степени нагрева товаров реакции и реагентов, при неизменном давлении и при определенной температуре, с каждым веществом в определенном физическом состоянии. Значение qp (либо Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия ΔH) значение gv (либо ΔE) могут быть с точностью определены, если изменение объема ΔV при неизменном давлении P понятно, как будет увидено ниже.

Изменение теплоты, проваждающее реакцию, к примеру, меж жестким углеродом (графитом) и газообразным кислородом, выходит углекислый газ, что представлено в форме термохимического уравнения, последующим образом:

C Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия (s) + 02 (g) = C02 (g)?

H = -94.00 ккал.

Это значит, что, когда 12.01 гр твердого углеродистого (графита) и 32 грамма газообразного кислорода реагируют на сто процентов, для получения 44.01 грамма газообразного диоксида углерода, при неизменном давлении, типично уменьшение теплоты, потому что ΔH отрицательна в 94 килокалории., т.е. 94,000 калории. Общая практика в современной термохимии состоит в Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия том, чтоб выражать результаты в килокалориях, так как определение конфигурации теплоты в калориях предполагает, что экспериментально достижимая точность большее чем обычно. Необходимо отметить, кстати, что значение ΔH (либо ΔE) всегда относится к законченным реакциям.

Знаки g, l , и s, помещенные в круглые скобки после формулы указывают, является Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия ли вещество, принимающее роль в реакции газообразным, водянистым либо жестким. Реакции, имеющие место в аква решении обозначены эмблемой aq; таким макаром,

HCl (aq) + NaOH (aq) = NaCl (aq) + H2 O)

ΔH = 13.70 ккал.

Строго говоря внедрение aq предполагает, что реакция встречается в таком растворенном состоянии, что предстоящей добавление воды не вызывает никакое обнаружимое Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия изменение теплоты.

Отрицательное значение ΔH, как в этих 2-ух случаях, обозначенных выше, значит, что реакция сопровождается уменьшением количества теплоты; другими словами теплота вступивших в реакцию веществ меньше чем в продуктах реакции при обозначенной температуре, другими словами, реакция при данной температуре проходит с выделением тепла. Это следует из того, что Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия когда ΔH отрицательна, другими словами реакция экзотермическая; либо, если ΔH положительна, то процесс эндотермический. Те же самые заключения могут быть достигнуты конкретно из факта, что qp, который является равным ΔH - теплота, поглощенная в реакции; как следует, когда ΔH – отрицательная, теплота выделяется практически.

Спонтанные Процессы

2-ой закон термодинамики привел к результатам Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, которые значительны в химии, физике, но для химика большая ценность, возможно, в том, что он обеспечивает способности предсказывания, другими словами, может ли специфичная реакция происходить, и если так до какой степени. Но, термодинамика может только указывать, является ли реакция вероятной либо нет; другие суждения лежат вне термодинамики – это Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия необходимость найти будет ли процесс протекать медлительно либо стремительно. Даже с этим ограничением в памяти, необходимо признать, что информация относительно базовой способности реакции, не считая ее скорости, имела бы огромную стоимость для химика. Ранее числилось, что хим реакции всегда происходили спонтанно в направлении выделения теплоты, другими словами Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия, в направлении, ведущем к уменьшению в ΔH. Это заключение, но, очевидно некорректно, потому что очевиден факт, что много реакций, которые происходят спонтанно, как понятно, происходят с поглощением теплоты.

Рассматриваемый вопрос приводит к дилемме осознания критерий, при которых спонтанные процессы вообщем происходят. Это комфортно для того, чтоб изучить некие физические процессы, которые Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия имеют конкретное проявление; приобретенные заключения, должны быть применимыми ко всем реакциям, которые имеют место без наружного воздействия. Разглядим, к примеру, брусок металла, который является жарким с одной стороны и прохладным с другой; нагрев будет происходить неуправляемо по бруску с жаркого конца к прохладному концу, пока температура не станет однородной Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия. Принципиально направить внимание, что этот процесс стопроцентно меняется без помощи других спонтанно; не наблюдалось, что железный брусок однородной температуры спонтанно становится более жарким в одном конце и поболее прохладным в другом.


to accompany – аккомпанировать

a conservation – сохранение

an absorption – поглощение

exothermic – экзотермическая

endothermic – эндотермическая

tooccur – происходить

todilute – растворять

aextent – степень

to admit – допустить(признать Лабораторная работа: Термодинамика и термохимия)

to resolve – решать

amount - количество

acceptance - принятие

heat – нагрев, тепло

depend - зависеть

pressure - давление

increase - повышение

represent - представлять

substance – вещество (суть)

speed - скорость

particular– специфичный