Влияние температуры на химическое равновесие

Для химической реакции, протекающей при р, Т = const:

аА + вВ = eЕ + lL,

стандартное изменение энергии Гиббса равно

.

Так как

получим

, (3.3)

где – максимальная полезная работа реакции, протекающей в стандартных условиях

Максимальная работа процесса в соответствии с уравнением Гиббса-Гельмгольца равна:

.

Для того чтобы найти производную продифференцируем уравнение (3.3) по температуре:

.

Подставим в уравнение максимальной работы Гиббса-Гельмгольца выражения для максимальной работы и ее производной по температуре:

.

Отсюда получим

(3.4)

Полученное уравнение называется уравнением изобары Вант-Гоффа.

Аналогично при V, T = const получаем уравнение изохоры Вант-Гоффа:

(3.5)

Полученные уравнения (3.4), (3.5) характеризуют влияние температуры на константу химического равновесия и позволяют спрогнозировать изменение константы химического равновесия при изменении температуры.

Проанализируем уравнения. Знак производной, стоящей в левой части уравнений, а, следовательно, и направление изменения константы равновесия при изменении Т определяется знаком теплового эффекта химической реакции. Если реакция эндотермическая (Δ Н > 0), то с увеличением температуры К_р в озрастает и равновесие смещается в сторону продуктов реакции. Если реакция экзотермическая
(Δ Н < 0), то К_р убывает, в этом случае при увеличении температуры равновесие смещается в сторону исходных веществ. Если реакция протекает без теплового эффекта, то температура на химическое равновесие не влияет.

Разделим переменные в уравнении изобары

Проинтегрируем уравнение в небольшом интервале температур, считая, что Δ Н не зависит от температуры:

.

Применяя полученное уравнение, можно рассчитать средний тепловой эффект реакции, если известны значения констант равновесия в узком интервале температур или рассчитать К_p2, если известно К_р1 и средняя величина теплового эффекта реакции.

При интегрировании в широком температурном интервале необходимо учитывать зависимость Δ Н от температуры:

.

Раздел IV. Электрохимия

Электрохимия – это раздел физической химии, изучающий взаимосвязь химических процессов и электрических явлений.

Процессы, которые изучаются в данном разделе протекают в растворах или расплавах электролитов и связаны с изменением состояния ионов. Поэтому электрохимия изучает свойства растворов электролитов, ионные равновесия и электродные процессы.

Электролиты – это химические соединения, которые в растворе полностью или частично диссоциируют на ионы. Различают сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты диссоциируют в растворе практически полностью (сильные кислоты, основания, соли). Слабые электролиты диссоциируют в растворе только частично (органические кислоты, фенолы, амины). Доля распавшихся на ионы молекул N_Д из числа первоначально взятых N называется степенью диссоциации:

, 0 ≤ α ≤ 1.