prawa gazowe Model gazu doskonałego Temperatura bezwzględna tościowa i entalpia owy Standardowe entalpie tworzenia i spalania 4. Stechiometria 1 tość

Transkrypt

1 5. Gazy, termochemia Doświadczalne rawa gazowe Model gazu doskonałego emeratura bezwzględna Układ i otoczenie Energia wewnętrzna, raca objęto tościowa i entalia Prawo Hessa i cykl kołowy owy Standardowe entalie tworzenia i salania 4. Stechiometria 1 rawo Boyle-Mariotte Doświadczalne rawa gazowe W izotermicznej rzemianie gazu jego ciśnienie jest odwrotnie roorcjonalne do objęto tości rawo Gay-Lussac Lussaca W izobarycznej rzemianie gazu jego objęto tość jest wrost roorcjonalna do temeratury rawo Charlesa W izochorycznej rzemianie gazu jego ciśnienie jest wrost roorcjonalne do temeratury = const 1 1 = 1 = const = 1 = const = Gazy, termochemia

2 rawo Daltona Doświadczalne rawa gazowe Całkowite ciśnienie mieszaniny gazów w równe r jest sumie ciśnie nień cząstkowych jej składnik adników hioteza Avogadro Równe objęto tości gazów w w tej samej temeraturze i od takim samym ciśnieniem zawierają taką samą liczbę cząsteczek = i i, = const n 5. Gazy, termochemia 3 Równanie Claeyrona Uogólnienie emirycznych raw gazowych = const dla 1 mola gazu = R =nr R stała a gazowa (niezależna na od rodzaju gazu) n liczba moli emeratura bezwzględna [K] = t [ C][ ] + 73,15 izobara (t) = 10 5 Pa n = 1 mol 5. Gazy, termochemia 4

3 Założenia modelu Model gazu doskonałego cząsteczki unktowe (znikome rozmiary i objęto tość) nieustanny ruch doskonale sręż ężyste zderzenia cząsteczek brak oddziaływa ywań na odległość Równanie stanu gazu doskonałego Uwaga na jednostki! = nr = c= n m M R M = c= mr R Jednostki SI [Pa], [m 3 ], [K], c [mol/m 3 ] R = 8,314 J/(mol mol K) 1 atm = 760 orr = 1, Pa 1 bar = 10 5 Pa 5. Gazy, termochemia 5 Zastosowanie równania r Claeyrona Przykład 5.1: Ile kg gazu zawiera butla ze sręż ężonym owietrzem o ojemności 50 dm 3, jeżeli eli w 0 C C ciśnienie wewnątrz wynosi 150 bar? Jednostki z układu SI 150 bar = Pa = 1, Pa 0 C C = ,15 K 93 K 50 dm 3 = m 3 = m 3 Liczba moli z równania r Claeyrona n = : (R) = 1, Pa m 3 : (8,314 J/(mol mol K) 93 K) n = 307,9 mol Średnia masa cząsteczkowa owietrza (średnia( ważona) M ow = 0.78 M N M O M Ar = 8,97 g/mol m ow = n M ow = 307,9 mol 8,97 g/mol = 8919 g 8,9 kg 5. Gazy, termochemia 6

4 Zastosowanie równania r Claeyrona cd. Przykład 5.: Który gazowy węglowodw glowodór r w temeraturze 5 C C i od ciśnieniem 1 atm wykazuje gęstog stość 1,065 g/dm 3? 5. Gazy, termochemia 7 Układ - ewna część rzyrody, której zachowanie nas interesuje. Wszystko, co jest oza układem, nazywamy jego otoczeniem. Układ i otoczenie Układ otwarty - wymienia masę i energię z otoczeniem Układ zamknięty - wymienia energię z otoczeniem Układ izolowany nie wymienia ani masy, ani energii z otoczeniem 5. Gazy, termochemia 8

5 Energia wewnętrzna (U) Funkcja termodynamiczna, oddająca całkowity zaas energii danego układu. Uwzględnia: energię kinetyczną i otencjalną atomów w i cząsteczek energię oddziaływa ywań elektronów w i jąder j atomów energię oddziaływa ywań jądrowych (omiędzy nukleonami) Nie uwzględnia: energii kinetycznej i otencjalnej układu jako całości ci Nie można zmierzyć absolutnej wartości energii wewnętrznej układu Można wyznaczać zmiany energii wewnętrznej układu w reakcjach chemicznych i rzemianach fizycznych 5. Gazy, termochemia 9 I zasada termodynamiki U = q+ w układ oddaje cieło U U < 0 układ obiera cieło U U > 0 układ wykonuje racę U U < 0 otoczenie wykonuje racę U U > 0 raca objęto tościowa w = ( 1 ) 5. Gazy, termochemia 10

6 Cieło o reakcji U = q+ w = const w= 0 U =q Cieło o reakcji (rzemiany) w stałej temeraturze i objęto tości jest równe zmianie energii wewnętrznej układu raca objęto tościowa H = U+ Entalia (H) H =q Cieło o reakcji (rzemiany) w stałej temeraturze i od stałym ciśnieniem jest równe r zmianie entalii układu 5. Gazy, termochemia 11 Prawo Hessa Energia wewnętrzna i entalia sąs funkcjami stanu U =U H =H (,, c, c,,...), 1 c3 (,, c, c,,...), 1 c3 ich wartość zależy y wyłą łącznie od wartości arametrów w stanu układu, Cieło o reakcji w warunkach izotermiczno-izochorycznych izochorycznych (q( ) oraz cieło o reakcji w warunkach izotermiczno-izobarycznych izobarycznych (q( ) zależą tylko od stanu oczątkowego i końcowego układu nie zależą natomiast od drogi, na jakiej reakcja została rzerowadzona 5. Gazy, termochemia 1

7 Cykl kołowy owy Sumaryczny efekt cielny w zamkniętym cyklu kołowym owym jest równy r zero wny zero qi = 0 i q 1 B stan oczątkowy końcowy D = A q q 3 C 5. Gazy, termochemia 13 Cykl kołowy owy - obliczenia Przykład 5.3: Obliczanie cieła a reakcji, którego nie można zmierzyć bezośrednio: C (grafit) + ½O (g) = CO (g) C (grafit) + ½O (g) = CO (g) H 1 = x CO (g), ½O (g) C (grafit (grafit), O (g) (g) CO (g) (g) + O (g) = CO (g) H = -83,0 kj/mol C (grafit) + O (g) = CO (g) H 3 = -39,5 kj/mol CO (g) H1 + H - H3 = 0 x + (-83,0)( (-39,5) = 0 x = -110,5 kj/mol 5. Gazy, termochemia 14

8 Standardowa entalia tworzenia o H tw to entalia reakcji, w której jeden mol substancji owstaje z ierwiastków w w ich stanach odstawowych /w warunkach standardowych (=98,15K, =10 5 Pa)/ Standardowe entalie tworzenia ierwiastków w sąs równe zero Dla dowolnej reakcji substraty o H r rodukty ν suma entalii tworzenia substratów ν o o o H r = i Htwi, j Htw, j i= rod j= subst ierwiastki suma entalii tworzenia roduktów ν i, ν j wsółczynniki stechiometryczne 5. Gazy, termochemia 15 Standardowe entalie tworzenie obliczenia Przykład 5.4: Obliczanie standardowej entalii salania izooktanu C 8 H 18 (c) + 1½ O (g) = 8 CO (g) + 9 H O (c) H θ r H θ tw C8H18(c) 8 C (grafit), 1½ O (g) 8 H θ tw CO(g) + 9 H9 θ tw tw HO(c) H θ r + Hθ tw C8H18(c) (8 H θ tw CO(g) + 9 H9 θ tw HO(c) ) = 0 H θ r = 8 Hθ tw CO(g) + 9 H9 θ tw HO(c) - H θ tw tw C8H18(c) H θ r = 8 (-393,5) (-85,8) 9 - (-55,1) = kj/mol 5. Gazy, termochemia 16

9 Standardowe entalie tworzenie obliczenia cd. Przykład 5.5: Oblicz standardową entalię tworzenia benzenu wiedząc, że standardowa entalia jego salania wynosi 368 kj/mol. 5. Gazy, termochemia 17