Практическое занятие №9 Химическая система. Понятие о термодинамических функциях: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия

Цели занятия; рассмотреть виды термодинамических и химических систем. Смысл термодинамических функций: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия. Изучить экзо- и эндотермические процессы. Закон Гесса и его следствия.

План занятия

1. Термодинамическая система. Виды систем.

2. Свойства систем, термодинамические функции состояния: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия.

3. Изобарный, изохорный и изотермические процессы. Стандартные условия протекания реакций.

4. Уравнение Гиббса.

5. Экзо- и эндотермические процессы.

6. Закон Гесса.

7. Формулировки и математические выражения для следствий из закона Гесса.

Упражнения и задачи

1. Дайте определение термодинамической системы; назовите известные Вам виды систем.

2. Сформулируйте понятия энтальпия и энтропия; запишите уравнение Гиббса.

3. Сформулируйте закон Гесса. Запишите математические выражения для следствий из закона Гесса; приведите их формулировки.

4. Состояние термодинамической системы характеризуется следующим образом:

1. отсутствует обмен энергией и массой с внешней средой;

2. возможен обмен энергией и массой с внешней средой;

3. возможна только теплопередача во внешнюю среду.

Как называются такие системы? Приведите примеры.

5. Укажите, в каких из следующих утверждений нарушены законы сохранения (и какие?):

1. при протекании реакции в изолированной системе во внешнюю среду передано 125 кДж энергии и 75 г вещества;

2. при протекании реакции в закрытой системе из внешней среды поступило 125 кДж энергии, а во внешнюю среду передано 75 г вещества;

3. при протекании реакции в открытой системе во внешнюю среду передано 125 кДж энергии, а из внешней среды поступило 75 г вещества.

6. Установите, к какому типу термодинамических систем относятся следующие системы:

1. термос со льдом;

2. грелка с горячей водой;

3. пробирка, в которой протекает реакция:

Na₂CO_{3 (тв)} + H₂SO_{4 (ж)} = 2 NaHSO_4(тв) + CO_2(г) + H₂O_(ж);

4. запаянная ампула с аргоном;

5. стеклянный сосуд, в котором протекает реакция нейтрализации:

НNO₃ + KОН = KNO₃ + Н₂О ΔH = 55,84 кДж.

7. Пользуясь справочными данными, вычислите ΔG° для реакции:

CaCO_3(тв) → CaO_(тв) + CO_2(г);

при 25, 50 и 150°С и предскажите, возможно ли самопроизвольное протекание данной реакции при указанных температурах (зависимостью ΔH° и ΔS° от температуры пренебречь).

Задания для самостоятельной подготовки

1. Химический процесс, протекающий в закрытой системе, сопровождается теплопередачей:

1. от системы во внешнюю среду;

2. из внешней среды в систему. Укажите знак переданной теплоты и названия процессов теплопередачи.

2. Вычислите стандартные изменения энтальпий, энтропий и значений свободной энергии Гиббса в реакциях:

1. Fe₂O_3(тв) + 2Al_(тв) = Al₂O_3(тв) + 2Fe_(тв);

2. 2Mg_(тв) + CO_2(г) = 2MgO_(тв) + C_{(графит)};

3. 4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6H₂O_(г);

4. 2C₂H_2(г) + 5O_2(г) = 4CO_2(г) + 2H₂O_(г);

5. 2Cl_2(г) + 2H₂O_(г) = 4HCl_(г) + O_2(г);

6. S_(тв) + 2N₂O_(г) = SO_2(г) + 2N_2(г);

7. CaO_(тв) + H₂O_(ж) = Ca(OH)_2(тв).