Элементы химической термодинамики и кинетики. Письменко В.Т. - 18 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

18
h
1
h
2
1
2
4
5
6
7
Рис. 1.2.3. Схема установки для
определения энергетических эффектов
при постоянном давлении
3
цилиндре 1, содержащем реагирующие вещества (рис.1.2.3.). Будем считать,
что поршень в цилиндре перемещается свободно, без трения. Тогда реакци-
онная система будет автоматически изменять свой объем, и давление в сис-
теме будит оставаться постоянным, а сама система окажется замкнутой.
Начальному состоянию системы (вещества не реагируют) будет соответ-
ствовать внутренняя энергия системы
U
1
, объем системы
V
1
(поршень
расположен на отметке h
1
) и давление в системе
Р
.
Приведем в соприкосновение цинк и раствор серной кислоты каким-
либо способом. Начнется реакция, в результате которой будет происходить
образование сульфата цинка, водоро-
да, и выделяться какое-то количество
энергии в форме теплоты
Q
p
, о чем
можно судить по изменению темпера-
туры воды. Одновременно крышка
системы в виде поршня 2 начнет под-
ниматься по мере выделения водоро-
да, увеличивая объем системы. По ис-
течении какого-то времени, когда, на-
конец, последний атом цинка прореа-
гирует с последней молекулой кисло-
ты и образуется последняя молекула
сульфата цинка и водорода, система
перейдет конечное состояние с внут-
ренней энергией
U
2
, объемом
V
2
(поршень расположен на отметке h
2
) и
при том же самом давлении P.
Изменение внутренней энергии
системы и объема выразится через
разности этих величин в начальном и конечном состояниях:
∆U = U
2
– U
1
и
∆V = V
2
- V
1
.
Из чего будет складываться изменение внутренней энергии в этом про-
цессе? Конечно, из теплового эффекта
Q
p
, который можно подсчитать, заме-
ряя температуру воды в сосуде 4 до реакции и после нее, и зная ее теплоем-
кость с и массу m, а также из работы
А
, которую система совершила, расши-
ряясь. Действительно, система увеличивает свой объем, расширяется, воз-
действуя на окружающую среду, поршень поднимается против внешней силы
тяжести, на все это требуются затраты энергии виде работы по преодолению
внешних сил. Численное значение работы
А
можно рассчитать, как произве-
дение силы F
на путь (h
2
– h
1
):
A = ∆h · F = ( h
2
- h
1
) ·F
(1.2.3)
Причем, эта часть изменения внутренней энергии в форме работы А
,
заметим, равносильна отдаче (потере) энергии реагирующей системой непо-
средственно внешней среде, в противоположность тепловому эффекту, ко-
торый остается в системе благодаря теплоизоляционным стенкам сосуда.

Страницы