Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Основные закономерности протекания химических реакций

Энергетика химических реакций

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии, представленной в виде теплоты, света и т. п., в результате того, что в ходе химической реакции происходит разрыв одних и образование других связей.

Определение 1

Система - это тело или группа тел, которые отделены от окружающей среды поверхностью раздела (реальной или воображаемой).

Выделяют три вида систем: изолированную (нет обмена энергией и веществом), закрытую (есть обмен энергией, но нет обмена веществом) и открытую (есть обмен энергией и веществом).

Определение 2

Процесс – это переход системы из одного состояния в другое.

Различают изотермические (Т = const), изобарные (р = const), и изохорные (V = const) процессы.

Существуют две формы передачи энергии от одной системы к другой: упорядоченная форма - работа, неупорядоченная форма - теплота.

Процесс перехода системы из одного состояния в другое в результате поглощения теплоты можно представить следующим образом:

Q=ΔU+W, где Q - теплота, ΔU - внутренняя энергия системы (включает кинетическую энергию движения молекул, атомов, ионов, электронов и потенциальную энергию их взаимодействия), W - работа.

Данное уравнение выражает закон сохранения энергии (первый закон термодинамики), то есть сумма изменения внутренней энергии системы и совершенной системой работы равна сообщенной теплоте.

В изобарном процессе работа против внешнего давления равна произведению давления на изменение объема системы при переходе из одного состояния в другое: W=p(V2V1)=pΔV

Уравнение теплового эффекта для изобарного процесса можно представить следующим образом: Qp=ΔU+pΔV=(U2U1)+p(V2V1)=(U2+pV2)(U1+pV1)

«Основные закономерности протекания химических реакций » 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти
Определение 3

Энтальпия (Н) - это свойство вещества, которое является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании.

H=U+pΔV

Qp=H2H1=ΔH - увеличение энтальпии равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе.

В изохорном процессе объем не меняется, следовательно Q=ΔU+0=ΔU, то есть QV=ΔU.

Энергетический эффект реакции в большинстве случаев оценивают по изменению энтальпии, так как химические реакции часто протекают при постоянном давлении. Такие реакции (где указано изменение энтальпии или тепловой эффект) будут называться термохимическими.

Выделяют эндо- и экзотермические реакции. Экзотермическими называют реакции, которые характеризуются уменьшением энтальпии и выделением теплоты во внешнюю среду (ΔH0,Qp>0), эндотермическими являются реакции, в ходе которых происходит увеличение энтальпии и поглощение теплоты извне (ΔH>0,Qp0).

Для сравнения тепловых эффектов различных реакций термохимические расчеты относят к 1 моль вещества и стандартным условиям, к которым относятся давление 105Па (100кПа или 1 бар) и произвольная температура (в основном указывается 25С или 298 К).

Замечание 1

Стандартные тепловые эффекты при постоянном давлении обозначают ΔH0.

Определение 4

Стандартная энтальпия (теплота) образования вещества - это энтальпия (теплота) образования 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях. ΔH0обр=Q

Закон Гесса

Данный закон лежит в основе термохимических расчетов. Он гласит, что тепловой эффект при постоянном давлении зависит только от природы и состояния исходных веществ и продуктов, но не зависит от числа и характера промежуточных стадий.

Данный закон позволяет рассчитывать теплоты химических реакций, которые не могут быть измерены экспериментально.

Также используют следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен разности суммы теплот образования продуктов реакции и суммы теплот образования исходных веществ.

Q=iniQijnjQj, где QiиQj - теплота образования продуктов реакции и исходных веществ соответственно, niиnj - стехиометрические коэффициенты термохимического уравнения.

Также можно рассчитать тепловой эффект изучаемой реакции по формуле: ΔH=iniΔHijnjΔHj

Химическая кинетика и катализ

Химическая кинетика изучает изменение химических систем во времени.

Выделяют следующие задачи:

  • установление механизма реакции (качественные изменения);
  • количественное описание химических реакций (изменение скорости, концентрации)

Реакция, как правило, протекает в несколько элементарных стадий. Под элементарными стадиями понимают единичный акт образования или разрыва химических связей, в результате которого образуется новый продукт или промежуточное соединение.

Различают следующие стадии в зависимости от молекулярности:

  • мономолекулярные (происходит превращение одной молекулы);
  • бимолекулярные (осуществляется при столкновении двух молекул);
  • тримолекулярные (одновременное столкновение трех молекул).

Основным понятием данного раздела химии является скорость реакции. она определяется количеством вещества, которое прореагировало в единицу времени в единицу объема v=c2c1t2t1=ΔcΔt

Количественная зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ описывается законом действующих масс - скорость химической реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ v=k[A]xA[B]xB, где k - константа скорости, xAиxB - порядки реакции.

На скорость реакции могут влиять катализаторы.

Определение 5

Катализатор - это вещество, которое вступает в реакцию и увеличивает ее скорость, но при этом остается неизменным по окончании реакции. Увеличение скорости реакции в присутствии катализатора соответственно называется катализом.

Выделяют гомогенный и гетерогенный катализ. Гомогенный катализ характеризуется тем, что катализаторы и реагенты находятся в одном агрегатном состоянии. При гетерогенном катализе реагенты и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях, например, реагенты - жидкости или газы, катализатор - твердое вещество.

Дата последнего обновления статьи: 31.08.2024
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Крупнейшая русскоязычная библиотека студенческих решенных задач
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Основные закономерности протекания химических реакций "? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant