Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. Зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением:

Найдите производную d ln K_p / dT.

(Ответ: )

2. Рассчитайте изменение энтальпии 1 моля α -SiO₂при нагревании от 331 до 484 К по формуле с учетом зависимости теплоемкости от температуры:

(Ответ: 10,361 кДж/моль)

3. Реакция омыления метилацетата щелочью при 298 К протекает по уравнению

CH₃COOСH₃ + NaOH = CH₃COONa + CH₃OH.

Для этой реакции при 298 К получены следующие результаты:

№	t, мин	с, моль/л
		0,00740
		0,00634
		0,00550
		0,00464
		0,00363
		0,00254

Рассчитайте скорость химической реакции и постройте график зависимости скорости от времени.

(Ответ: 5,3·10^–4; 4,2·10^–4; 2,86·10^–4; 2,02·10^–4; 1,09·10^–4 ммоль/(л·с))

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

МОДУЛЬ 1
ТЕРМОДИНАМИКА. ТЕРМОХИМИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ. ТЕРМОХИМИЯ

Производство подавляющего большинства лекарственных форм является многостадийным процессом, состоящим из ряда химических реакций. Информация о тепловых эффектах реакций позволяет оптимизировать процесс в целом.

Законы термодинамики являются теоретическим фундаментом, который используется в таких разделах физической и коллоидной химии, как химическая термодинамика, термодинамика фазовых равновесий, термодинамика поверхностных явлений, адсорбция.

Первое начало термодинамики

Основные уравнения

При малых давлениях состояние реального газа приближенно описывается уравнением состояния идеального газа – уравнением Менделеева – Клапейрона:

(22)

Когда в процессе изменения состояния газа один из параметров состояния p, V или T остается постоянным, удобно применять более частные законы.

Закон Бойля – Мариотта (1661 г.). Объем газа обратно пропорционален давлению при постоянной температуре (Т – const):

(23)

Закон Гей-Люссака (1802 г.). Объем газа пропорционален температуре при постоянном давлении (р – const):

(24)

Закон Шарля (1787 г.). Давление газа пропорционально температуре при постоянном объеме (V – const):

(25)

Закон Авогадро (1811 г.). Равные объемы идеальных газов содержат в одинаковых условиях (р и Т) равное число молекул. Объем, занимаемый 1 моль газа, называется молярным объемом. При нормальных условиях (н.у.) р =1 атм и Т =273 К молярный объем равен V_m = 22,4 л.

Объединенный газовый закон.

(26)

Уравнения (22) – (26) связывают между собой параметры газа, находящегося в состоянии 1, с параметрами того же газа, находящегося в состоянии 2.

Работа расширения газа, совершаемая термодинамической системой, равна:

(27)

Если работа совершается системой при постоянном давлении, то уравнение (27) принимает вид:

(28)

или

A = nR (T ₂ – T ₁).

(29)

если при постоянной температуре, то

(30)

Если объем системы не изменяется, или внешнее давление равно 0 (расширение в вакуум), то A = 0.

Работа, совершаемая в результате протекания химической реакции в том случае, когда при постоянной температуре и давлении в системе изменяется число молей газообразных веществ n (число молей газообразных реагентов не равно числу молей газообразных продуктов), рассчитывается по уравнению, которое следует из уравнения (28):

(31)

где D n – разность числа молей газообразных продуктов и числа молей газообразных реагентов в уравнении химической реакции.

Первое начало (закон) термодинамики (Майер, 1842 г.). Закон является следствием закона сохранения энергии:

Ø во всех явлениях природы энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а лишь превращается из одной формы в другую в строго эквивалентных количествах

или в другой формулировке

Ø в изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная.

Уравнение I закона термодинамики в интегральной форме имеет вид:

Q = D U + A.

(32)

а в дифференциальной форме –

d Q = dU + d A.

(33)

Для изотермического расширения идеального газа U – const и уравнение принимает вид:

(34)

или

Q = p D V.

(35)

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа равна:

U = ³/₂ nRT.

(36)

Выражая давление из уравнения (22)

подставляя в уравнение (34) и интегрируя, получим уравнение для расчета количества тепла, которое необходимо затратить для расширения или сжатия газа в изотермических условиях:

(37)

Из уравнения (27) для работы следует, что в изохорном процессе для любого газа работа равна 0; в этих условиях уравнение (32) принимает вид:

Q_V = D U.

(38)

то есть все тепло, подведенное к термодинамической системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии.

Для изобарного процесса таким же образом получим уравнение:

Q_р = D Н.

(39)

Энтальпия и внутренняя энергия термодинамической системы связаны между собой соотношением:

Н = U + pV.

(40)

а их изменения в химической реакции –

D Н = D U + D(pV).

(41)

В том случае, когда при постоянной температуре и давлении в системе изменяется число молей D n газообразных веществ (например, протекает химическая реакция, в которой число молей газообразных веществ, вступающих в реакцию, не равно числу молей газообразных продуктов), уравнение (41) можно записать в другой форме:

D Н = D U + D nRT.

(42)

Для расчета количества тепла, необходимого для нагревания 1 моля веществ, используется средняя мольная теплоемкость (при постоянном давлении или объеме):