Понятие гальванического элемента
ЛЕКЦИЯ № 10. Гальванические элементы
Акон Кирхгоффа
Закон Кирхгоффа. Интегральная форма уравнений Кирхгоффа
Закон Гесса
Понятие термохимии
ЛЕКЦИЯ № 9. Термохимия
Раздел физической химии и химической термодинамики, изучающий тепловые процессы теплоемкости веществ, называется термохимией.
δQ = dU + δA– первый закон термодинамики. δQ – не является функцией состояния. P = const || V = const – функции состояния при этих условиях. δQP = dH || δQV= dUвн– функции состояния при этих условиях.
При изобарных и изохорных условиях теплота является функцией состояния.
В 1840 г. Г. Н. Гесс формулирует закон: «Тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий, а зависит только от начального и конечного состояния системы».
δQP = dH,
δQV = dUвн,
QP = ΔH,
QV = ΔUвн.
Современная формулировка закона Гесса– общие приращения энтальпии при переходе начальных веществ в продукты реакции не зависят от того, через какие промежуточные стадии прошла реакция.
Закон Гесса позволяет рассчитать тепловые эффекты или приращение энтальпии только при стандартных условиях (р = 1 атм = 105 Па, Т = 273 К + 25 = 298 К).
Теплоты при стандартных условиях сведены в таблицу (справочник под редакцией Нищенко). Для индивидуальных веществ: С, Н2, Fe и др. – ΔН = 0.
Следствия из закона Гесса:
1) энтальпия образования 1 моля соединения из простых веществ не зависит от способа получения;
2) теплоты сгорания – «теплота реакции равна сумме теплот сгорания исходящих веществ за вычетом теплот сгорания продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов»
где r – реакции;
c – композиция;
3) теплоты образования – «тепловой эффект реакции равен разности между теплотами образования всех веществ, указанных в правой части уравнения (продукт реакции), и теплотами образования всех веществ, указанных в левой части уравнения».
где f – формация.
Пример 1.Рассчитать тепловой эффект реакции этерификации спирта.
Пример 2.Рассчитать тепловой эффект реакции, протекающей по уравнению:
Это уравнения Кирхгоффа в дифференциальной форме.
Когда идет изменение функции по t – температурный коэффициент:
Закон Кирхгоффа:температурный коэффициент теплового эффекта равен изменению теплоемкости данного процесса.
Интегральная форма уравнений Кирхгоффа:
интегральная форма уравнений Кирхгоффа, Т1 = 298 К.
1) ΔСР ≠ f(T)
усредненное ΔН при Т1 – по закону Гесса;
2) ΔСР = f(T)
Пример 3.Рассчитать тепловой эффект химической реакции при Т= 1000 К (реакция сгорания С2Н5ОН).
С2Н5ОН + 302 = 2С02 + ЗН20 (самостоятельно).
Все реакции – как реакции образования:
Т = 1000 к.
Гальванический элемент– прибор, который преобразовывает химическую энергию в электрическую. Одним из таких элементов является элемент Даниэля – Якоби. Этот элемент состоит из двух электродов: цинкового и медного, – погруженных в соответствующие сульфатные растворы, между которыми пористая перегородка:
При замыкании внешней цепи электроны переходят от Zn к Cu, происходит диффузия цинка в медь:
Образуем электрохимическую схему:
Анод – отрицательный электрод (слева). Катод – положительный электрод.
Для определения ЭДС этого элемента нужно сравнить стандартные электродные потенциалы обоих электродов. При записи электродных реакций принято, что окисленная форма находится в левой части, а восстановленная – в правой части уравнения.
где E0 – электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента, когда все реагенты в стандартном состоянии.
ЭДС элемента вычисляется вычитанием из потенциала катода потенциала анода.
ЭДС элемента равна +0,34 – (–0,76) = 1,1 В; чем больше электродные потенциалы отличаются друг от друга, тем больше ЭДС. Если погрузить металл в раствор соли большей концентрации, то потенциал нестандартный. Значит, на величину электродного потенциала влияет концентрация и температура. Такая зависимость выражается уравнением В. Нернста.
где п – число ионов;
R – универсальная газовая постоянная;
Т – температура;
С – концентрация активных ионов в растворе;
F – число Фарадея = 96500 В.