5. Вычислите константу равновесия для реакции 3С2Н2(г)=С6Н6(г) протекающей пристандартных условиях, принимая, что газы идеальные.
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ
ТЕРМОДИНАМИКИ (краткая форма)
Рассмотрим уравнения, выражающие математическую запись первого и второго законов термодинамики в отсутствие массопереноса.
dQ = dU + dW’ + p×dV (первый закон)
dQ = T×dS(второй закон)
Подставляя величину T×dSвместо dQ в уравнение для первого закона термодинамики, имеем дифференциальную форму уравнения, объединяющего оба закона термодинамики:
TdS = dU + dW’ + p×dV (2.55)
Это уравнение представляет сокращенную форму записи основного или фундаментального уравнения термодинамики. Полная форма была предложена Гиббсом. Она рассмотрена в конце этой главы. Из выражения (2.55) можно вывести уравнения для любых термодинамических функций:
Энергия Гиббса – (изобарно-изотермический потенциал, свободная энергия Гиббса[24]). Обозначается G. Выводится при условии, что p, T = const :
dW’ = -d(U -T×S + p×V) = dG (2.56)
где: U - T×S + p×V = G – энергия Гиббса. После интегрирования последнего уравнения имеем: W’ = -DG.
Физический смысл DG можно трактовать из уравнения (2.56) - это полезная работа процесса при p,T = const. Заслуживает внимания и более конкретное определение: это часть внутренней энергии системы, которая может быть при p,T = const превращена в работу.
Для практических расчетов определенный интерес представляет соотношение между энтальпией и энергией Гиббса. Поскольку U + p×V = H, можно записать, что:
G = H - T·S (2.57)
Энергия Гельмгольца (свободная энергия Гельмгольца, изохорно-изотермический потенциал (V,T = const)):
dW’ = -d(-T×S+U) = -dA (2.58)
Из (2.58) следует формула- определение энергии Гельмгольца A:
U– T×S = A(2.58 а)
Физический смысл энергии Гельмгольца можно определить на основе соотношения (2.58). Это полезная работа процесса при V,T = const. или это часть внутренней энергии системы, которая может быть при V,T = const превращена в работу.
Анализ основного уравнения термодинамики позволяет показать, что и внутренняя энергия и энтальпия при определенных условиях также являются термодинамическими функциями (см. табл. 2.7). Например, при постоянных значениях объема и энтропии имеем:
dW’ = -d(U) (2.59)
При постоянных значениях энтропии и давления получаем
dW’ = -d(U + p×V) = -dH (2.60)
Из (2.60) следует формула- определение энтальпии:
U + p×V = Н (2.60 а)
Термодинамические функции позволяют:
· оценивать направление процесса и условие равновесия;
· выразить любые термодинамические уравнения (формулы) с привлечением производных;
· связать различные, определенные экспериментально, физико-химические свойства системы с термодинамическими параметрами.
Оценки направления процесса и условий равновесия
Оценки самопроизвольного протекания процесса в прямом направлении вытекают из принципа положительной работы, который был сформулирован Нернстом. В соответствии с этим принципом самопроизвольно протекают те процессы, при которых может быть получена положительная работа.
В предельном случае, когда работа бесконечно мала, направление процесса может быть сведено к бесконечно малому воздействию на систему. Этот случай отвечает обратимому процессу и достижению максимальной работы, которую выражают для конкретных условий через соответствующую термодинамическую функцию (см. табл. 2.7).
Таблица 2.7
Условия равновесия системы и самопроизвольного протекания процесса в прямом направлении (система не изолирована)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.