La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Primo principio: lenergia si conserva, ma può essere variata nella forma. Formulazione matematica U= Q-L = E = q-w U= energia interna=E Q= calore assorbito=q.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Primo principio: lenergia si conserva, ma può essere variata nella forma. Formulazione matematica U= Q-L = E = q-w U= energia interna=E Q= calore assorbito=q."— Transcript della presentazione:

1 Primo principio: lenergia si conserva, ma può essere variata nella forma. Formulazione matematica U= Q-L = E = q-w U= energia interna=E Q= calore assorbito=q L= lavoro fatto=w = P ( V); se V=cost E=q v (calore scambiato a volume costante) ; tuttavia è più comune trovarsi a pressione costante, condizione in cui è conveniente definire ENTALPIA (H) IL CONTENUTO DI ENERGIA A PRESSIONE COSTANTE; matematicamente: H = E+P V o H= E+ PV; se il lavoro è unespansione a P cost H=q-w+P V=q p = E+P V = E+ n gas RT;in fase condensata H E R =1.99 cal/mol·K=1.99·10 -3 kcal/mol·K=8.31 J/mol·K S sist = dq rev /T S amb = - q effettivamente scambiato Terzo principio: allo 0 assoluto lentropia di un cristallo perfetto è uguale a 0 Conseguenza: è possibile misurare entropie assolute 1 cal = J Il lavoro PV si esprime in l · atm; 1 l · atm = 24.2 cal = 101 J

2 Un gas assorbe 300 calorie e viene compresso da un volume iniziale di 20 l ad uno finale di 10 l applicando una pressione di 2 atm. Qual è il E di questo processo? a) -484 cal; b) -184 cal; c) +300 cal; d) +484 cal; e) +784 cal Come procedere: per definizione E = q – w; w = P V q = cal w = P V = P (V f -V i ) = 2 atm · (10 l – 20 l) · (24.2 cal/l · atm) = = -484 cal (w negativo lavoro subito dal sistema!) E = 300 cal – (-484 cal) = +784 cal Lenergia interna del sistema è aumentata di 784 cal a causa di: -assorbimento di 300 cal (calore); -assorbimento di 484 cal (lavoro). Risposta corretta: e

3 Se il H per la sublimazione di una mole di iodio è kcal a 25°C e 1 atm, qual è Il E di questo processo? a) 7.08 kcal; b) kcal; c) kcal; d) kcal; e) kcal Come procedere: Scrivere la reazione chimica; Applicare H = E + P V = E + n gas RT Reazione: I 2 (s) I 2 (g) n gas = 1 – 0 E = kcal – (1 mol)·(1.99 · kcal/mol ·K) · (298 K) = kcal Risposta corretta: b

4 Per la reazione NH 3 (g) + 3 F 2 (g) NF 3 (g) + 3 HF (g) il E° = kcal. Trovare, utilizzando le tabelle, il valore di H° f per il composto gassoso NF 3. a) kcal/mol; b) +5.2 kcal/mol; c) kcal/mol; d) kcal/mol; e) kcal/mol Come procedere: Poiché n gas = 0, allora ° = H° per questa reazione. Per ogni reazione vale Risposta corretta: a = (1) H° f (NF3) + (3) H° f (HF) - (1) H° f (NH3) - (3) H° f (F2) = H° f (NF3) +3 (-64.8) – (-11.02) – 3 (0) H° f (NF3) = kcal/mol

5 Per letanolo (C 2 H 5 OH) e per lacetaldeide (C 2 H 4 O) le entalpie standard di combustione sono, rispettivamente, e kcal/mol. Calcolare il H° per la seguente reazione di ossidazione parziale (da bilanciare): C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g) C 2 H 4 O (l) + H 2 O (l) a) kcal; b) kcal; c) kcal; d) kcal; e) kcal Come procedere: Bilanciare la reazione; Scrivere le reazioni di cui vengono forniti i H° comb ; Applicare la legge di Hess. Reazione bilanciata: 2 C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g) C 2 H 4 O (l) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) H° comb = kcal C 2 H 5 OH (l) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H° comb = kcal Moltiplicando la prima reazione per 2 e sommandola al doppio dellinverso della seconda reazione, si ottiene la reazione desiderata:

6 Moltiplicando la prima reazione per 2 e sommandola al doppio dellinverso della seconda reazione, si ottiene la reazione desiderata: 2 C2H5OH (l) + 6 O2 (g) 4 CO2 (g) + 6 H2O (l) H° comb = 2 (-327.6) kcal 4 CO2 (g) + 4 H2O 5 O2 (l) + 2 C2H4O (l) H° comb = 2 (279.0 kcal) 2 C2H5OH (l) + O2 (g) 2 C2H4O (l) + 2 H2O (l) H° = kcal Risposta corretta: b

7 Il S° ( in eu=cal/K) per la reazione (da bilanciare) SO 2 (g) + O 2 SO 3 a 25°C è: a) eu; b) eu; c) eu; d) eu; e) eu Come procedere: Bilanciare la reazione; Applicare il concetto di funzione di stato. Reazione bilanciata: Poiché la reazione coinvolge una diminuzione del numero di moli di gas (da 3 a 2), intuitivamente si può prevedere che non si abbia un aumento del disordine (cioè S reaz < 0) – ciò automaticamente esclude le risposte c e d -. Dai dati in tabella: S° = nS°(prod) - nS° (reag) =2(61.34)–1(49.003)–2(59.30)cal/K= cal/k 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

8 Secondo principio per una reazione a pressione costante S totale= S ambiente + S reazione= - H/T + S reazione -T S totale= G = H-T S reazione = -L max G ? Energia libera di Gibbs -T S totale = G G = H-T S G = H-T S TERMODINAMICA CHIMICA

9

10 aA + bB cC + dD. Q quoziente di reazione. Q= (pC) c (pD) d / (pA) a (pB) b K è il quoziente di reazione quando la reazione ha esaurito la sua spontaneità = è detta costante dequilibrio. Il suo valore dipende dalla reazione e dalla temperatura G = G° + RTlnQ G = G° + RTlnK G°= -RTlnK Termodinamica di una reazione dalla spontaneità allequilibrio Nella buca si casca sia partendo dai reagenti sia partendo dai prodotti Q = K G =0

11 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) Per la reazione La costante di equilibrio a 25°C è circa: a) 1.5· atm -1 ; b) 4·10 16 atm -1 ; c) 1.1 atm -1 ; d) 0.94 atm -1 ; e) 6.5 ·10 24 atm -1 Come procedere: Calcolare G° reaz dai valori tabulati di G° f e poi applicare la formula che lega G° f e costante di equilibrio G° = -RT ln k; …oppure… Calcolare H° reaz e combinarlo con S° reaz, G° = H° - T S° per trovare G° e poi procedere con G° = -RT ln k. G°reaz = 2(-88.69) – 1(0) – 2( ) kcal = kcal …oppure… H°reaz = 2(-94.58) -1(0)- 2( ) = kcal Applicando G° = H° - T S° = – 298( ) = kcal Noto G° risolviamo il problema sostituendo i valori in G° = -RT ln k = RT log k k = 10 – G°/2.303RT = 10 –(-33.88)/1.99·10-3 ·298 ·2.303 = 6.42 · atm -1 Risposta corretta: e

12 Il valore di G (in kJ) per un processo a 25°C avente G° = -10 kJ e Q = d è: a) 0; b) -10; c) ; d) +4.04; e) Come procedere: Applicare G = G° + RTlnQ Risposta corretta:a G = RTln = J RT log ~ 0 Il processo è allequilibrio!

13 Studiare per quali valori di temperatura questa reazione CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) è spontanea esprimendo il risultato anche con un grafico G° = f (T). CaCO3: H° f = kJ/mol, G° f 25°C = kJ/mol; CaO: H°f = kJ/mol, G°f 25°C = kJ/mol CO2: H°f = kJ/mol, G°f 25°C = kJ/mol Come procedere: Calcolare G°reaz 25°C; Calcolare H°; Porsi alle condizioni di equilibrio in modo da definire lequazione della retta e lintercetta. G° reaz 25°C = – = kJ H° = – = kJ Da G° = H° - T S° S°= (- Greaz 25°C + H°)/( )= 0.16 kJ/K Allequilibrio: G°reaz = 0, quindi T= H°/ S°=178.1/0.16= K

14 G° T (K) (KJ) K G° = H° - T S° y = b + mx La reazione ha G° K

15 Calcolare come varia la spontaneità della reazione al variare della temperatura. Esprimere il risultato con un grafico dimensionato G° = f (T) NH4Cl (s) NH3 (g) + HCl (g) H° = – = 42.0 kcal/mol G°298 K = – = kcal/mol Da G° = H° - T S° = 42.0 – 298 x S° S° = kcal/K mol G° = 0 0 = 42.0 – T x T = 626 K Reazione spontanea per T > 626 K

16 G° T (K) 42 kcal/mol 626 K G° = H° - T S° La reazione ha G° 626 K

17 Alla temperatura di ebollizione (80°C) del benzene (C6H6) il calore di evaporazione è 94.3 cal/g. Calcolare Q, L, H, G, S necessari per convertire una mole di benzene liquido in vapore alla temperatura costante di 80°C e alla pressione costante di 1 atm. La densità del benzene liquido è 0.88 g/ml. Qp = H = 94.3 x 78 = cal/mol L = P V = P (Vvap – V liq) = 1 x ( – 0.089) x 24.2 = cal/mol V vap = nRT/ P = 1 x x 353 /1 = L V liq = 78 / 0.88 = 89 mL = L ΔU = Q – L = – = 6657 cal/mol Poichè siamo allequilibrio… ΔG = 0 ΔS = H / T = / 353 = 20.8 cal/K mol Peso molecolare C6H6 Lo ricaviamo da PV=nRT Lo calcoliamo dalla densità

18 Studiare la termodinamica della reazione: NO2 (g) + SO2 (g) NO (g) + SO3 (g) Esprimere i risultati dei calcoli dettagliati anche con un grafico quantitativo e dimensionato di G° = f (T). Indicare per quali intervalli di temperatura la reazione è spontanea e quando no. ΔH° reaz = [ (–396)] – [ (–297)] = – 42.5 kJ/mol ΔG° reaz 298 K = 86.7 – 371 – = – 35.8 kJ/mol G° = H° -T S° – 35.8 = – 42.5 – 298 ΔS° ΔS° = – / 298 = – kJ ΔG° = 0 0 = – T x T = 1897 K Reazione spontanea per T 1897 K

19 G° T (K) -42 kcal/mol 1897 K G° = H° - T S° Reazione spontanea per T 1897 K


Scaricare ppt "Primo principio: lenergia si conserva, ma può essere variata nella forma. Formulazione matematica U= Q-L = E = q-w U= energia interna=E Q= calore assorbito=q."

Presentazioni simili


Annunci Google