Первый закон термодинамики, закон Гесса

Формулировки Первого закона термодинамики, его математическое выражение. Понятие теплового эффекта химической реакции. Следствия из закона Гесса, их роль в термохимических расчетах. Значение теплоты сгорания для определения эффектов химических реакций.

Рубрика Физика и энергетика
Вид лекция
Язык русский
Дата добавления 01.09.2017
Размер файла 106,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Первый закон термодинамики, закон Гесса

Первый закон (начало) термодинамики - это закон сохранения и превращения энергии (ЗСПЭ) в применении к тепловым процессам, т.е. процессам, связанным с превращением теплоты в работу. ЗСПЭ, открытый Лейбницем и Ломоносовым - это универсальный закон природы, применимый к явлениям в макросистемах и системах с малым числом молекул. Первоначально был установлен в механике, затем распространен в теории электричества.

Пусть к закрытой термодинамической системе подведено некоторое количество теплоты Q, которая идет на увеличение внутренней энергии U и на совершение системой работы расширения А. Тогда первый закон может формулироваться так: в любом термодинамическом процессе приращение внутренней энергии системы ДU = U2 - U1 равно количеству сообщаемой системе теплоты минус количество работы А, совершаемой системой:

Изменение внутренней энергии ДU не зависит от пути проведения процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы.

Внутренняя энергия - это функция состояния, т.к. она удовлетворяет двум условиям:

В отличие от внутренней энергии теплота и работа не являются функциями состояния системы, поскольку они зависят от пути проведения процесса. Математическая запись первого закона термодинамики в дифференциальной форме для элементарного процесса имеет вид:

Другие формулировки первого закона термодинамики гласят:

1. В любой изолированной термодинамической системе общее количество энергии постоянно. Для изолированных термодинамических систем дQ = 0 и дA = 0, тогда dU = 0 и U = const, т.е. внутренняя энергия в изолированной системе величина постоянная.

2. Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.

3. Вечный двигатель первого рода невозможен.

Первый закон термодинамики был сформулирован в середине XIX в. Р. Майером и независимо от него Д. Джоулем. Гельмгольц включил в уравнение наряду с механической другие виды работ. Если в термодинамической системе имеет место только работа расширения, тогда

Математическое выражение первого закона термодинамики в дифференциальной форме иногда представляют так:

Последнее выражение включает A? - «полезную» работу, т.е. все виды работы, не связанные с изменением объема. Например, «полезная» работа за счет электрических сил, химических превращений и т.д.

Для открытых термодинамических систем математическое выражение первого закона имеет вид

где Em - энергия, связанная с изменением массы термодинамической системы.

Тепловым эффектом химической реакции называется теплота, выделяемая (поглощаемая) в результате реакции при соблюдении определенных условий:

1. Давление или объем постоянны (р = const или V = const)

2. Не совершается никакой работы, кроме работы расширения (А' = 0)

3. Температуры исходных веществ и продуктов реакции одинаковы (Т1 = Т2)

В основе термохимии лежит закон Гесса (закон постоянства сумм теплот реакций), открытый русским ученым, академиком Гессом, на основе анализа экспериментальных данных, в 1836-1840 гг. Закон Гесса гласит:

тепловой эффект химической реакции не зависит от пути и числа промежуточных стадий, а определяется лишь природой и состоянием исходных веществ и конечных продуктов.

Закон Гесса является следствием первого закона термодинамики в применении к химическим процессам при соблюдении первых двух вышеуказанных условий. Третье условие введено для удобства сопоставления тепловых эффектов.

Закон Гесса удобно иллюстрировать термохимическими схемами с использованием замкнутых циклов.

Процесс получения СО2 (из С и О2) можно изобразить схемой

термодинамика химический сгорание гесс

Рис. 2.1 Схема возможных путей образования СО2

Следствия из закона Гесса, их роль в термохимических расчетах. Из закона Гесса вытекает несколько следствий. Следствие первое, позволяющее определить ДН любых химических реакций через теплоты образования. Теплота образования ? это тепловой эффект реакции образования 1 моля сложного вещества из простых веществ. Могут быть со знаком плюс и минус, для простых веществ равны нулю.

В термохимии для каждого элемента в качестве стандартного выбирается состояние простого вещества, устойчивого при стандартных условиях, теплота образования которого условно принимается за нуль (например газы Н2, О2, N2, графит и ромбическая S, белое олово и др.). Теплота образования ДНє298 при стандартных условиях имеет размерность кДж/моль, ккал/моль.

Согласно первому следствию из закона Гесса: тепловой эффект любой химической реакции равен разности между суммами теплот образования конечных и исходных веществ, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

В общем случае для любой химической реакции при р = const (изобарный процесс)

Во многих случаях теплоту образования экспериментально определить нельзя. Тогда её рассчитывают по тепловым эффектам других термохимических реакций.

Теплота сгорания - это тепловой эффект реакции окисления данного соединения кислородом с образованием высших оксидов или это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании одного моля вещества в потоке кислорода.

За нуль принимаются теплоты сгорания кислорода и продуктов сгорания в их устойчивом состоянии при стандартных условиях, т.е. считают нулевой энергию сгорания газообразных веществ О2, N2, CO2, SO2, H2O(ж) и др. негорючих веществ.

Согласно второму следствию из закона Гесса: тепловой эффект любой химической реакции равен разности между суммами теплот сгорания исходных веществ и конечных продуктов, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты.

Особенно большое значение теплоты сгорания имеют для определения тепловых эффектов химических реакций, в которых участвуют органические соединения. Теплота сгорания пищевых продуктов в живом организме является источником энергии, за счет которых осуществляются жизнедеятельность. Химические превращения пищевых веществ в организме, как и химические реакции вне организма, подчиняются одним и тем же термохимическим законам. Например, при сжигании одного моля глюкозы в калометрической бомбе выделяется ?673 ккал тепла, причем точно такое же количество тепла освобождает организм человека при окислении одного моля глюкозы.

Другие следствия из закона Гесса:

3) Тепловой эффект химического соединения равен и противоположен по знаку тепловому эффекту его образования (Закон Лавуазье-Лапласа). Следствие - тепловой эффект кругового процесса должен быть равен 0

4) Если совершаются две реакции, приводящие из различных начальных состояний к одинаковым конечным, то разница между их тепловыми эффектами представляет тепловой эффект перехода из одного начального состояния в другое.

С(гр.) + О2 > СО2 + 393,51 кДж

С(ал.) + О2 > СО2 + 395,34 кДж

С(гр.) > С(ал.) = - 1,83 кДж

5) Если совершаются две реакции, приводящие из одинаковых начальных состояний к различным конечным, то разница между их тепловыми эффектами представляет процесс перехода из одного конечного состояния в другие.

Н2 + Ѕ О2 = Н2О (г) + 241,83 кДж (1)

Н2 + Ѕ О2 = Н2О (ж) + 285,84 кДж (2)

Н2 + Ѕ О2 = Н2О (т) + 291,67 кДж (3)

(3) - (2) Н2О (т) = Н2О (ж) - 5,83 кДж

(2) - (1) Н2О (ж) = Н2О (г) - 44,01 кДж

(3) - (1) Н2О (т) = Н2О (г) - 49,84 кДж

Литература

1 Горшков, В. И. Физическая химия / В. И Горшков, И. А Кузнецов. - М.: МГУ, 1986.

2 Кнорре, Д. Г. Физическая химия / Д. Г Кнорре, Л. Ф Крылова, В. С. Музыкантов. - М.:Высшая школа, 1990.

3 Малахова, А. Я. Физическая и коллоидная химия / А. Я Малахова. - Мн.: Вышэйшая школа, 1981.

4 Никольский, Б. П. Физическая и коллоидная химия / Б. П Никольский. - Л.: Химия, 1987, 879 с.

5 Хмельницкий, Р. А. Физическая и коллоидная химия / Р. А Хмельницкий. - М.: Высшая школа, 1988.

6 Чанг, Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам / Р. Чанг. - М.: Мир, 1980.

7 Балезин, С. А. Основы физической и коллоидной химии / С. А Балезин, Б. В Ерофеев, Н. И Подобаев. - М: Просвещение, 1975.

8 Уильяме, В. Физическая химия для биологов / В. Уильяме, Х.Уильяме. - М: Мир, 1976.

9 Карапетьянц, М. Х. Введение в теорию химического процесса / М. Х Карапетьянц. - М: Высшая школа, 1983, 231 с.

10 Шершавина, А. X. Физическая и коллоидная химия / А. Х Шершавина. - Мн.: Университетское, 1995.

11 Киреев, В. А. Курс физической химии / В. А Киреев. - М.: Химия, 1975, 775 с.

12 Стромберг, А. Г. Физическая химия / А. Г Стромберг, Д. П Семченко. - М.: Высшая школа, 1975, 775 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • История развития термодинамики. Свойства термодинамических систем, виды процессов. Первый закон термодинамики, коэффициент полезного действия. Содержание второго закона термодинамики. Сущность понятия "энтропия". Особенности принципа возрастания энтропии.

    реферат [21,5 K], добавлен 26.02.2012

  • Основные понятия. Температура. Первый закон термодинамики. Термохимия. Второй закон термодинамики. Равновесие в однокомпонентных гетерогенных системах. Термодинамические свойства многокомпонентных систем. Растворы. Химический потенциал.

    лекция [202,7 K], добавлен 03.12.2003

  • Термодинамика - раздел физики об общих свойствах макроскопических систем с позиций термодинамических законов. Три закона (начала) термодинамики в ее основе. Теплоемкость газа, круговые циклы, энтропия, цикл Карно. Основные формулы термодинамики.

    реферат [1,7 M], добавлен 01.11.2013

  • Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.

    реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012

  • Первый закон термодинамики. Изотермический, изобарический, изохорический и адиабатический процессы. Первое начало термодинамики. Электролиты. Причины диссоциации. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Электропроводность стекла при нагревании.

    реферат [1,1 M], добавлен 11.02.2009

  • Исторические аспекты термодинамики, ее основные понятия. Закон состояния (закон постоянства субстанции). Закон связи причины и действия. Закон взаимодействия. Современные проблемы термодинамики. Синергетика Хакена. Разбегание галактик, открытое Хабблом.

    курсовая работа [70,2 K], добавлен 27.02.2013

  • Понятие теплообмена как физического процесса передачи тепловой энергии от более горячего тела к холодному либо непосредственно, либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Первый закон термодинамики. Закон Джоуля–Ленца.

    презентация [687,8 K], добавлен 10.09.2014

  • История развития термодинамики, ее законы. Свойства термодинамических систем, виды основных процессов. Характеристика первого и второго законов термодинамики. Примеры изменения энтропии в системах, принцип ее возрастания. Энтропия как стрела времени.

    реферат [42,1 K], добавлен 25.02.2012

  • Использование энергии топлива в работе различных машин, аппаратов, энергетических и технологических установок. Определения термодинамики: второй закон, энтропия, расчет ее изменения. Абсолютная энтропия, постулат Планка; необратимость тепловых процессов.

    курсовая работа [520,7 K], добавлен 08.01.2012

  • Второй закон термодинамики: если в системе нет равновесия, процессы протекают в направлении, при котором система приблизится к равновесию. Превращение работы в теплоту. Два источника теплоты – с высокой температурой и с низкой. Сжатие газа в компрессорах.

    реферат [143,4 K], добавлен 25.01.2009

  • Первое начало термодинамики. Однозначность внутренней энергии как функции термодинамического состояния. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики для равновесных систем. Третье начало термодинамики.

    лекция [197,4 K], добавлен 26.06.2007

  • Проблемы, связанные с получением теплоты. Способы передачи и изменения энергии. Термодинамический метод исследований. Фазовая диаграмма воды. Цикл газотурбинных установок. Работа изменения объема. Аналитическое выражение второго закона термодинамики.

    курс лекций [1,1 M], добавлен 16.12.2013

  • Описание основного закона термохимии. Экспериментальное определение тепловых эффектов. Устройство и принцип работы калориметра. Вычисление теплового баланса на пожаре. Расчет низшей теплоты сгорания разных пород древесины разной степени разложения.

    дипломная работа [7,6 M], добавлен 22.04.2012

  • Сущность фундаментального закона Кулона, который количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Его запись в векторном виде и схожесть с законом всемирного тяготения. Вычисления при помощи закона Кулона, требующие определения единицы заряда.

    презентация [507,6 K], добавлен 04.02.2016

  • Внутренняя энергия тел и основные способы ее измерения. Работа газа и пара при расширении. Определение удельной теплоемкости вещества. Расчет удельной теплоты плавления и отвердевания. Сущность первого закона термодинамики. Основные виды теплопередачи.

    курсовая работа [564,6 K], добавлен 17.05.2010

  • Понятие и факторы, влияющие на внутреннюю энергию, взаимосвязь работы и теплоты. Теплоемкость идеального, а также одноатомного и многоатомного газов, уравнение Майера. Содержание и принципы закона о равномерном распределении энергии по степеням свободы.

    презентация [1,1 M], добавлен 13.02.2016

  • Сравнительная характеристика абсолютной и международной систем единиц СИ. Сравнение формальной записи второго закона Ньютона и закона Ома для участка электрической цепи. Понятие инвариантности законов электродинамики, термодинамики и квантовой механики.

    реферат [75,6 K], добавлен 30.11.2009

  • Теплоемкость как одно из основных теплофизических свойств тел, используемых в термодинамике, порядок и этапы определения, необходимые формулы для расчетов. Сущность метода адиабатического расширения. Первый закон термодинамики в дифференциальной форме.

    лабораторная работа [78,8 K], добавлен 08.06.2011

  • Особенности определения эксергии рабочего тела. Первый закон термодинамики. Круговой цикл тепловой машины. Параметры смеси газов. Конвективный и лучистый теплообмен. Температурный режим при пожаре в помещении. Изменяющиеся граничные условия 3 рода.

    контрольная работа [696,6 K], добавлен 19.05.2015

  • Описание основных законов Ньютона. Характеристика первого закона о сохранении телом состояния покоя или равномерного движения при скомпенсированных действиях на него других тел. Принципы закона ускорения тела. Особенности инерционных систем отсчета.

    презентация [551,0 K], добавлен 16.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.