Номер 4, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 17. Основы химической термодинамики. Понятие об энтальпии - номер 4, страница 119.

Условие.

4. Каковы особенности изменения внутренней энергии изохорных и изобарных процессов? Что такое энтальпия процесса? Каков знак этой функции для эндотермических и экзотермических процессов?

Решение.

Решение 2.

Каковы особенности изменения внутренней энергии изохорных и изобарных процессов?

Изменение внутренней энергии ($ΔU$) термодинамической системы описывается первым началом термодинамики: $ΔU = Q - A$, где $\text{Q}$ – количество теплоты, переданное системе, а $\text{A}$ – работа, совершенная системой. Особенности изменения внутренней энергии для изопроцессов вытекают из этого закона.

Изохорный процесс протекает при постоянном объеме ($V = \text{const}$). Поскольку объем не меняется ($ΔV = 0$), работа, связанная с расширением или сжатием, не совершается ($A = pΔV = 0$). В этом случае первое начало термодинамики принимает вид: $ΔU = Q_v$ где $Q_v$ – теплота, подведенная или отведенная от системы при постоянном объеме. Таким образом, в изохорном процессе вся сообщенная системе теплота идет исключительно на изменение ее внутренней энергии.

Изобарный процесс протекает при постоянном давлении ($p = \text{const}$). В этом процессе, как правило, изменяется объем, и система совершает работу $A = pΔV$. Первое начало термодинамики для этого случая выглядит так: $ΔU = Q_p - pΔV$ где $Q_p$ – теплота, подведенная или отведенная от системы при постоянном давлении. Следовательно, в изобарном процессе подводимая теплота расходуется как на изменение внутренней энергии, так и на совершение работы системой против внешних сил.

Ответ: В изохорном процессе изменение внутренней энергии равно количеству подведенной или отведенной теплоты ($ΔU = Q_v$), так как работа не совершается. В изобарном процессе подведенная теплота расходуется и на изменение внутренней энергии, и на совершение работы ($Q_p = ΔU + A$), поэтому изменение внутренней энергии не равно тепловому эффекту процесса.

Что такое энтальпия процесса?

Энтальпия ($\text{H}$) – это термодинамическая функция состояния, которая определяется как сумма внутренней энергии системы ($\text{U}$) и произведения ее давления ($\text{p}$) на объем ($\text{V}$).

Математически энтальпия выражается формулой: $H = U + pV$

Наибольшую практическую значимость имеет не само значение энтальпии, а ее изменение ($ΔH$) в ходе процесса. Для процесса, протекающего при постоянном давлении, изменение энтальпии равно: $ΔH = Δ(U + pV) = ΔU + Δ(pV) = ΔU + pΔV$ Из первого начала термодинамики для изобарного процесса известно, что количество теплоты $Q_p = ΔU + pΔV$. Сравнивая эти два выражения, получаем: $ΔH = Q_p$ Это означает, что изменение энтальпии системы в изобарном процессе численно равно количеству теплоты, поглощенной или выделенной системой.

Ответ: Энтальпия процесса (точнее, изменение энтальпии $ΔH$) – это тепловой эффект процесса, протекающего при постоянном давлении.

Каков знак этой функции для эндотермических и экзотермических процессов?

Знак изменения энтальпии ($ΔH$) определяется направлением теплообмена между системой и окружающей средой.

Эндотермические процессы – это процессы, идущие с поглощением теплоты извне. В этом случае система получает тепло, то есть $Q_p > 0$. Следовательно, изменение энтальпии для эндотермических процессов является положительной величиной: $ΔH > 0$

Экзотермические процессы – это процессы, идущие с выделением теплоты в окружающую среду. В этом случае система теряет тепло, то есть $Q_p < 0$. Следовательно, изменение энтальпии для экзотермических процессов является отрицательной величиной: $ΔH < 0$

Ответ: Для эндотермических процессов (с поглощением тепла) знак изменения энтальпии положительный ($ΔH > 0$). Для экзотермических процессов (с выделением тепла) знак изменения энтальпии отрицательный ($ΔH < 0$).