Как изменится внутренняя энергия, энтальпия и энтропия при нагревании 200 г бензола от 25 °С до температуры кипения

Морской_Корабль

60

Для решения данной задачи нам необходимо учесть изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии при нагревании и испарении бензола.

1. Изменение внутренней энергии:
Известно, что изменение внутренней энергии (\(\Delta U\)) равно сумме изменения теплоты (\(\Delta Q\)) и работы (\(\Delta W\)):
\[ \Delta U = \Delta Q + \Delta W \]

При нагревании бензола без фазовых переходов, работа совершается только против внешнего давления, и она равна:
\[ \Delta W = - P \cdot \Delta V \]
где \( P \) - давление, а \( \Delta V \) - изменение объема.

В данном случае, нам нужно найти изменение внутренней энергии при нагревании bензола и его полном испарении. Полное испарение соответствует фазовому переходу жидкость-газ, поэтому для него мы должны учесть еще и работу по перемещению границы поверхности:
\[ \Delta W = - P \cdot \Delta V - \Delta n \cdot RT \]
где \( \Delta n \) - изменение молей при испарении, \( R \) - универсальная газовая постоянная, \( T \) - температура.

2. Изменение энтальпии:
Изменение энтальпии (\(\Delta H\)) равно изменению внутренней энергии при постоянном давлении:
\[ \Delta H = \Delta U + P \cdot \Delta V \]

3. Изменение энтропии:
Изменение энтропии (\(\Delta S\)) связано с изменением энтальпии по формуле:
\[ \Delta S = \frac{{\Delta H}}{{T}} \]

Теперь используем данные из условия:
Масса бензола, \( m = 200 \) г
Температура начального состояния, \( T_1 = 25 \) °C
Температура конечного состояния, \( T_2 = 80.1 \) °C
Мольная теплоемкость бензола, \( c = 136.1 \) Дж⋅К–1⋅моль–1
Удельная теплота испарения бензола, \( \Delta H_{\text{исп}} = 395 \) Дж⋅г

1. Изменение внутренней энергии при нагревании бензола:
\[ \Delta U_1 = mc\Delta T \]
где \( \Delta T = T_2 - T_1 \)

2. Изменение внутренней энергии при испарении бензола:
\[ \Delta U_2 = n\Delta H_{\text{исп}} \]
где \( n \) - количество вещества, которое испаряется.

Чтобы найти \( n \), воспользуемся формулой:
\[ n = \frac{m}{M} \]
где \( M \) - молярная масса бензола.

3. Изменение энтальпии при нагревании бензола:
\[ \Delta H_1 = mc\Delta T \]

4. Изменение энтальпии при испарении бензола:
\[ \Delta H_2 = n\Delta H_{\text{исп}} \]

5. Изменение энтропии при нагревании бензола:
\[ \Delta S_1 = \frac{{\Delta H_1}}{{T_1}} \]

6. Изменение энтропии при испарении бензола:
\[ \Delta S_2 = \frac{{\Delta H_2}}{{T_2}} \]

Теперь мы можем вычислить каждое из этих значений, используя известные данные из условия.