Тепловой эффект химической реакции
Другие рефераты
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Теоретические основы прогрессивной технологии»
Тема: «Тепловой эффект химической реакции и его практическое применение.»
[pic]
Воронеж 2004
Содержание
|Введение …………………………………………………………………… |3 |
|1. Тепловой эффект химической реакции………………………………... |4 |
|1.1. Уравнения химических реакций……………………………... |8 |
|1.2. Основные законы термохимии………………………………. |10 |
|2. Применение теплового эффекта на практике…………………………. |12 |
|2.1.Жаропрочные покрытия………………………………………. |1 |
|2.2.Термохимический способ обработки алмаза………………... |14 |
|2.3.Техногенное сырьё для производства цемента……………… |15 |
|2.4. Биосенсоры……………………………………………………. |16 |
|Заключение…………………………………………………………………. |17 |
|Список литературы………………………………………………………… |18 |
Введение
Тепловые эффекты химических реакций необходимы для многих технических
расчетов. Они находят обширное применение во многих отраслях
промышленности, а также в военных разработках.
Целью данной курсовой работы является изучение практического применения
теплового эффекта. Мы рассмотрим некоторые варианты его использования, и
выясним насколько важно использование тепловых эффектов химических реакций
в условиях развития современных технологий.
1. Тепловой эффект химической реакции
В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим
свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так
как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых
разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта
энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и
довольно высокой!) температуры тела.
Одним из самых известных ученых, работающих в области термохимии,
является Бертло. Бертло- профессор химии Высшей фармацевтической школы в
Париже (1859г). Министр просвещения и иностранных дел.
Начиная с 1865 Бертло активно занимался термохимией, провел обширные
калориметрические исследования, приведшие, в частности, к изобретению
"калориметрической бомбы" (1881); ему принадлежат понятия "экзотермической"
и "эндотермической" реакций. Бертло получены обширные данные о тепловых
эффектах огромного числа реакций, о теплоте разложения и образования многих
веществ.
Бертло исследовал действие взрывчатых веществ: температуру взрыва,
скорости сгорания и распространения взрывной волны и др.
Энергия химических соединений сосредоточена главным образом в
химических связях. Чтобы разрушить связь между двумя атомами, требуется
затратить энергию. Когда химическая связь образуется, энергия выделяется.
Любая химическая реакция заключается в разрыве одних химических связей
и образовании других.
Когда в результате химической реакции при образовании новых связей
выделяется энергии больше, чем потребовалось для разрушения "старых"
связей в исходных веществах, то избыток энергии высвобождается в виде
тепла. Примером могут служить реакции горения. Например, природный газ
(метан CH4) сгорает в кислороде воздуха с выделением большого количества
теплоты (рис. 1а). Такие реакции являются экзотермическими.
. Реакции, протекающие с выделением теплоты, проявляют положительный
тепловой эффект (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
В других случаях на разрушение связей в исходных веществах требуется
энергии больше, чем может выделиться при образовании новых связей. Такие
реакции происходят только при подводе энергии извне и называются
эндотермическими.
. Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды (Q<0,
DH>0), т.е. с отрицательным тепловым эффектом, являются
эндотермическими.
Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H2 из
угля и воды, которое происходит только при нагревании (рис. 1б).
[pic]
Рис. 1а
[pic]
Рис. 1б
Рис. 1а,б. Изображение химических реакций при помощи моделей молекул: а)
экзотермическая реакция, б) эндотермическая реакция. Модели
наглядно показывают, как при неизменном числе атомов между ними
разрушаются старые и возникают новые химические связи.
Таким образом, любая химическая реакция сопровождается выделением или
поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде
теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту
можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для
одного моля реагента или (реже) для моля продукта реакции. Такая величина
называется тепловым эффектом реакции.
. Тепловой эффект - количество теплоты, выделившееся или поглощенное
химической системой при протекании в ней химической реакции.
Тепловой эффект обозначается символами Q или DH (Q = -DH). Его
величина соответствует разности между энергиями исходного и конечного
состояний реакции:
DH = Hкон.- Hисх. = Eкон.- Eисх.
Значки (г), (ж) обозначают газообразное и жидкое состояние веществ.
Встречаются также обозначения (тв) или (к) - твердое, кристаллическое
вещество, (водн) - растворенное в воде вещество и т.д.
Обозначение агрегатного состояния вещества имеет важное значение.
Например, в реакции сгорания водорода первоначально образуется вода в виде
пара (газообразное состояние), при конденсации которого может выделиться
еще некоторое количество энергии. Следовательно, для образования воды в
виде жидкости измеренный тепловой эффект реакции будет несколько больше,
чем для образования только пара, поскольку при конденсации пара выделится
еще порция теплоты.
Используется также частный случай теплового эффекта реакции - теплота
сгорания. Из самого названия видно, что теплота сгорания служит для
характеристики вещества, применяемого в качестве топлива. Теплоту сгорания
относят к 1 молю вещества, являющегося топливом (восстановителем в реакции
окисления), например:
C2H2 |+ |2,5 O2 |= |2 CO2 |+ |H2O |+ |1300 кДж | |ацетилен | | | | |
| | |теплота сгорания ацетилена | |Запасенную в молекулах энергию (Е)
можно отложить на энергетической шкале. В этом случае тепловой эффект
реакции (? Е) можно показать графически (рис. 2).
[pic]
Рис. 2. Графическое изображение теплового эффекта (Q = ? Е): а)
экзотермической реакции горения водорода; б) эндотермической
реакции разложения воды под действием электрического тока.
Координату реакции (горизонтальную ось графика) можно
рассматривать, например, как степень превращения веществ (100% -
полное превращение исходных веществ).
1.1. Уравнения химических реакций
. Уравнения химических реакций, в которых вместе с реагентами и
продуктами записан и тепловой эффект реакции, называются
термохимическими уравнениями.
Особенность термохимических уравнений заключается в том, что при
работе с ними можно переносить формулы веществ и величины тепловых
эффектов из одной части уравнения в другую. С обычными уравнениями
химических реакций так поступать, как правило, нельзя.
Допускается также почленное сложение и вычитание термохимических
уравнений. Это бывает нужно для определения тепловых эффектов реакций,
которые трудно или невозможно измерить в опыте.
Приведем пример. В лаборатории чрезвычайно трудно осуществить "в
чистом виде" реакцию получения метана СH4 путем прямого соединения
углерода с водородом:
С + 2 H2 = СH4
Но можно многое узнать об этой реакции с помощью вычислений. Например,
выяснить, будет эта реакция экзо- или эндотермической, и даже
количественно рассчитать величину теплового эффекта.
Известны тепловые эффекты реакций горения метана
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
