Номер 9, 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 9, страница 119.

Условие.

9. Верны ли следующие суждения об изменении внутренней энергии системы?

А. При сжатии смеси газов внутренняя энергия системы увеличивается.

Б. При взрыве смеси водорода и кислорода в термоизолированном сосуде постоянного объёма внутренняя энергия системы не изменяется.

1) верно только А;

2) верно только Б;

3) верны оба суждения;

4) оба суждения неверны.

Решение.

Решение 2.

А. При сжатии смеси газов внутренняя энергия системы увеличивается.

Рассмотрим данное суждение с точки зрения первого начала термодинамики, которое гласит, что изменение внутренней энергии системы $ΔU$ равно сумме количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе, и работы $A'$, совершённой над системой внешними силами: $ΔU = Q + A'$.

При сжатии газа его объём уменьшается, следовательно, внешние силы совершают над газом положительную работу ($A' > 0$). Эта работа, как правило, приводит к увеличению внутренней энергии системы. Например, при адиабатическом сжатии (без теплообмена с окружающей средой, $Q = 0$) вся совершённая работа переходит во внутреннюю энергию: $ΔU = A' > 0$. В результате этого температура газа повышается.

Хотя существует теоретическая возможность изотермического сжатия идеального газа (при постоянной температуре), при котором его внутренняя энергия не изменяется ($ΔU = 0$), это требует специального условия — непрерывного отвода тепла от системы в количестве, равном совершённой работе. В общем случае и в большинстве реальных процессов сжатие газа сопровождается увеличением его внутренней энергии. Поэтому в рамках данного вопроса это утверждение следует считать верным.

Б. При взрыве смеси водорода и кислорода в термоизолированном сосуде постоянного объёма внутренняя энергия системы не изменяется.

Рассмотрим условия, в которых происходит процесс:

• «в термоизолированном сосуде» — это означает, что система не обменивается теплотой с окружающей средой. Следовательно, количество теплоты $Q = 0$.
• «постоянного объёма» — это означает, что объём системы не изменяется ($ΔV = 0$). Следовательно, система не совершает работу, и работа не совершается над ней: $A = 0$.

Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии системы $ΔU$ равно разности между полученным количеством теплоты $\text{Q}$ и работой $\text{A}$, совершённой системой: $ΔU = Q - A$.

Подставив наши условия, получаем: $ΔU = 0 - 0 = 0$.

Это означает, что полная внутренняя энергия системы (смеси газов) остаётся неизменной. В процессе взрыва происходит химическая реакция, в результате которой химическая энергия, запасённая в связях молекул водорода и кислорода, преобразуется в кинетическую энергию движения молекул образовавшегося водяного пара (тепловую энергию). Это приводит к резкому росту температуры и давления, однако суммарная внутренняя энергия системы, включающая и химическую, и тепловую составляющие, сохраняется. Таким образом, данное утверждение верно.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным вариантом ответа является 3.

Ответ: 3) верны оба суждения.