Уравнения химических реакций, в которых указаны их тепловые

эффекты, называются термохимическими уравнениями .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Термохимические уравнения имеют ряд особенностей:

а) Поскольку от агрегатных состояний веществ зависит состояние системы

в целом, в термохимических уравнениях с помощью буквенных индексов

(к), (ж), (р) и (г) обозначаются состояния веществ (кристаллическое, жид-кое, растворенное и газообразное). Например,

б) Чтобы тепловой эффект реакции был выражен в кДж/моль одного из ис-ходных веществ или продуктов реакции, в термохимических уравнениях

допускаются дробные коэффициенты. Например,

=−46,2кДж/моль.

в) Часто теплота реакции (тепловой эффект) записывается как∆H

Верхний индекс 0 означает стандартную величину теплового эф-фекта (величину, полученную при стандартных условиях, т. е. при давле-нии 101 кПа), а нижний - температуру, при которой идет взаимодействие.

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.

11.Сформулируйте закон Гесса и следствие из закона Гесса.

Закон Гессаформулируется следующим образом: тепловой эффект химической реакции не зависит от пути ее протекания, а зависит лишь от природы и физического состояния (энтальпии) исходных веществ и продуктов реакции.

Следствие 1. Тепловой эффект реакции равен разности сумм теп-лот образования продуктов реакции и теплот образования исход-ных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Следствие 2. Если известны тепловые эффекты ряда реакций, то можно определить тепловой эффект другой реакции, в которую входят вещества и соединения, входящие в уравнения, для которых тепловой эффект известен. При этом с термохимическими уравнениями можно производить самые различные арифметические действия (сложение, вычитание, умножение, деление) как с алгебраическими уравнениями.

12.Что такое стандартная энтальпия образования вещества?

Стандартной энтальпией образования вещества называют тепловой эффект реакции образования 1 моль данного вещества из соответствующего количества простых веществ, находящихся в стандартных условиях.

13.Что такое энтропия? в чем она измеряется?

Энтропия - термодинамическая функция состояния системы, и ее величина зависит от количества рассматриваемого вещества (массы), температуры, агрегатного состояния.

Единицы измерения Дж/К

14.Сформулируйте 2 и 3 законы термодинамики.

Второй закон термодинамики

В изолированных системах (Q= 0, A= 0, U= const) самопроизвольно идут

только те процессы, которые сопровождаются ростом энтропии системы, т. е.S>0.

Самопроизвольный процесс заканчивается при достижении максимальной при

данных условиях энтропии S max, т. е. когда ∆S= 0.

Таким образом, в изолированных системах критерием самопроизвольного про-цесса является возрастание энтропии, а пределом такого процесса -∆S= 0.

Третий закон термодинамики

Энтропия каждого химического элемента в идеальном кристаллическом состо-янии при температуре, близкой к абсолютному нулю, близка к нулю.

Энтропия неидеальных кристаллов больше нуля, т. к. их можно рассматривать

как смеси, обладающие энтропией смешения. Это справедливо также для кри-сталлов, имеющих дефекты кристаллической структуры. Отсюда следует принцип

недостижимости абсолютного нуля температуры. В настоящее время достигнута

самая низкая температура 0,00001 К.

Задача 10.1. Используя термохимическое уравнение: 2Н 2 (г) + O 2 (г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж , определите массу образовавшейся воды, если выделилось 1479 кДж энергии.

Решение. Записываем уравнение реакции в виде:

Имеем
x = (2 моль 1479 кДж) / (484 кДж) = 6,11 моль .
Откуда
m(Н 2 О) = v М = 6,11 моль 18 г/моль = 110 г
Если в условии задачи не указано количество реагирующего вещества, а сообщается лишь об изменении некоторой величины (массы или объема), относящейся, как правило, к смеси веществ, то удобно вводить в уравнение реакции дополнительный член, соответствующий этому изменению.

Задача 10.2. К смеси этана и ацетилена объемом 10 л (н.у.) добавили 10 л (н.у.) водорода. Смесь пропустили над нагретым платиновым катализатором. После приведения продуктов реакции к исходным условиям объем смеси стал равен 16 л. Определите массовую долю ацетилена в смеси.

Решение. Водород реагирует с ацетиленом, но не с этаном.
С 2 Н 6 + Н2 2 ≠
С 2 Н 2 + 2Н 2 → С 2 Н 6
При этом объем системы уменьшается на
ΔV = 10 + 10 — 16 = 4 л .
Уменьшение объема связано с тем, что объем продукта (С 2 Н 6) меньше объема реагентов (С 2 Н 2 и Н 2).
Запишем уравнение реакции, введя выражение ΔV.
Если в реакцию вступят 1 л С 2 Н 2 и 2л Н 2 , а образуется 1 л С 2 Н 6 , то
ΔV = 1 + 2 — 1 = 2 л .


Из уравнения видно, что
V(С 2 Н 2) = х = 2 л .
Тогда
V(С 2 Н 6) = (10 — х) = 8 л .
Из выражением
m / М = V / V M
имеем
m = М V / V M
m(С 2 Н 2) = М V / V M = (26 г/моль 2л) / (22,4 л/моль) = 2,32 г,
m(С 2 Н 6) = М V / V M ,
m(смеси) = m(С 2 Н 2) + m(С 2 Н 6) = 2,32 г + 10,71 г = 13,03 г ,
w(С 2 Н 2) = m(С 2 Н 2) / m(смеси) = 2,32 г / 13,03 г = 0,18 .

Задача 10.3. Железную пластинку массой 52,8 г поместили в раствор сульфата меди (II). Определите массу растворившегося железа, если масса пластинки стала равной 54,4 г.

Решение. Изменение массы пластинки равно:
Δm = 54,4 — 52,8 = 1,6 г .
Запишем уравнение реакции. Видно, что если из пластинки растворится 56 г железа, то на пластинку будет осаждено 64 г меди и пластинка станет тяжелее на 8 г:


Видно, что
m(Fe) = х = 56 г 1,6 г / 8 г = 11,2 г .

Задача 10.4. В 100 г раствора, содержащего смесь хлороводородной и азотной кислот, растворяется максимум 24,0 г оксида меди(II). После упаривания раствора и прокаливания остатка его масса составляет 29,5 г. Напишите уравнения происходящих реакций и определите массовую долю хлороводородной кислоты в исходном растворе.

Решение. Напишем уравнения реакций:
СuО + 2НCl = СuСl 2 + Н 2 O (1)
СuО + 2НNO 3 = Сu(NO 3) 2 + Н 2 O (2)
2Сu(NO 3) 2 = 2СuО + 4NO 2 + O 2 (3)
Видно, что увеличение массы с 24,0 г до 29,5 г связано только с первой реакцией, ведь оксид меди, растворенный в азотной кислоте по реакции (2), в ходе реакции (3) вновь превратился в оксид меди такой же массы. Если в ходе реакции (1) прореагирует 1 моль СuО массой 80 г и образуется 1 моль СuСl 2 массой 135 г, то масса увеличится на 55 г. Учитывая, что масса 2 моль НСl равна 73 г, напишем уравнение (1) еще раз, добавив выражение Δm.

Видно, что
m(НСl) = х = 73 г 5,5 г / 55 г = 7,3 г .
Находим массовую долю кислоты:
w(НСl) = m(НСl) / m р-ра =
= 7,3 г / 100 г = 0,073 .

Видеоурок 2: Расчеты по термохимическим уравнениям

Лекция: Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения

Тепловой эффект химической реакции

Термохимия – это раздел химии, изучающий термические, т.е. тепловые эффекты реакций.

Как вам известно, каждый химический элемент обладает n-количеством энергии. Мы сталкиваемся с этим каждый день, т.к. каждый прием пищи запасает наш организм энергией химических соединений. Без этого у нас не будет сил двигаться, работать. Эта энергия поддерживает в нашем теле постоянную t 36,6.

В момент протекания реакций энергия элементов затрачивается либо на разрушение, либо на образование химических связей между атомами. Для разрушения связи энергию нужно затратить, а для образования выделить. И вот когда выделяемая энергия больше, чем затрачиваемая, образовавшийся избыток энергии превращается в тепло. Таким образом:

Выделение и поглощение теплоты при химических реакциях называется тепловым эффектом реакции , и обозначается буков Q.

Экзотермические реакции – в процессе таких реакций происходит выделение теплоты, и она передается окружающей среде.

У данного типа реакции положительный тепловой эффект +Q. В качестве примера возьмем реакцию горения метана:

Эндотермические реакции – в процессе таких реакций происходит поглощение теплоты.

У данного типа реакции отрицательный тепловой эффект -Q. К примеру, рассмотрим реакцию угля и воды при высокой t:

Тепловой эффект реакции напрямую зависит от температуры, а также от давления.

Термохимические уравнения

Тепловой эффект реакции определяется с применением термохимического уравнения. Чем оно отличается? В данном уравнении возле символа элемента указывается его агрегатное состояние (твердое, жидкое, газообразное). Это необходимо делать т.к. на тепловой эффект химических реакций влияет масса вещества в агрегатном состоянии. В конце уравнения за знаком = указывается численное значение тепловых эффектов в Дж или кДж.

В качестве примера представлено уравнение реакции, показывающее процесс сгорания водорода в кислороде: H 2 (г) + ½O 2 (г) → H 2 O(ж) + 286 кДж.

Уравнение показывает, что на 1 моль кислорода, и на 1 моль образовавшейся воды выделяется 286 кДж теплоты. Реакция - экзотермическая. Данная реакция отличается значительным тепловым эффектом.

При образовании, какого - либо соединения, будет выделяться или поглощаться такое же количество энергии, какое поглощается или выделяется при его распаде на первичные вещества.

Практически все термохимические расчеты, основываются на законе термохимии – законе Гесса. Закон был выведен в 1840 году, знаменитым российским ученым Г. И. Гессом.

Основной закон термохимии : тепловой эффект реакции, зависит от природы и физического состояния исходных и конечных веществ, но не зависит от пути протекания реакции.

Применяя данный закон, удастся вычислить тепловой эффект промежуточной стадии реакции, если известны общий тепловой эффект реакции, и тепловые эффекты других промежуточных стадий.

Знание теплового эффекта реакции имеет большое практическое значение. К примеру, врачи – диетологи используют их при составлении правильного рациона питания; в химической промышленности эти знания необходимы при нагревании реакторов и наконец, без расчёта теплового эффекта невозможно вывести ракету на орбиту.

Задание 88.

Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

А) Н 2 (г) + 1/2О 2 (г) = Н 2 О (ж) ; = -285,84 кДж;
б) С (к) + О 2 (г ) = СО 2 (г) ; = -393,51 кДж;
в) СН 4 (г) + 2О 2 (г) = 2Н 2 О (ж) + СО 2 (г) ; = -890,31 кДж.
Ответ: -74,88 кДж.

Решение:
. 105 Па). Образование метана из водорода и углерода можно представить так:

С (графит) + 2Н 2 (г) = СН 4 (г) ; = ?

Исходя из данных уравнений по условию задачи, учитывая, что водород сгорает до воды, углерод - до углекислого газа, метан – до углекислого газа и воды и, на основании закона Гесса, с термохимическими уравнениями можно оперировать также как и с алгебраическими. Для получения искомого результата нужно уравнение горения водорода (а) умножить на 2, а затем, сумму уравнений горения водорода (а) и углерода (б) вычесть из уравнения горения метана (в):

СН 4 (г) + 2О 2 (г) - 2 Н 2 (г) + О 2 (г) - С (к) + О 2 (г) =
= 2Н 2 О (ж) + СО 2 - 2Н 2 О - СО 2 ;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).

СН 4 (г) = С (к) + 2Н 2 (к) ; = +74,88 кДж.2

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то

(СН 4) = -74,88 кДж.

Ответ: -74,88 кДж.

Задание 89.
Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са (к) + 1/2О (г) = СаО (к) ; = -635,60 кДж;
Н 2 (г) + 1/2О 2 (г) = Н 2 О (ж) ; = -285,84 кДж;
СаО (к) + Н 2 О (ж) = Са(ОН) 2 (к) ; = -65,06 кДж.
Ответ: -986,50 кДж.

Решение:
Стандартная теплота образования равна теплоте реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях (Т = 298 К; р = 1,0325 . 105 Па). Образование гидроксида кальция из простых веществ можно представить так:

Са (к) + О 2 (г) + Н 2 (г) = Са(ОН) 2 (к) ; = ?

Исходя из уравнений, которые даны по условию задачи и, учитывая, что водород сгорает до воды, а кальций, реагируя с кислородом, образует СаО, то на основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать также как с алгебраическими. Для получения искомого результата нужно все три уравнения сложить между собой:

СаО (к) + Н 2 О (ж) + Са (к) + 1/2О (г) + Н 2 (г) + 1/2О 2 (г = (ОН) 2 (к) + СаО (к) + Н 2 О (ж) ;
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 кДж.

Так как стандартные теплоты образования простых веществ условно принята равными нулю, то теплота образования гидроксида кальция будет равна тепловому эффекту реакции образования его из простых веществ (кальция, водорода и кислорода):

== (Са(ОН) 2 = -986,50 кДж.2

Ответ : -986,50 кДж.

Задание 90.
Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензина с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С 6 Н 6 (ж). Ответ: +49,03 кДж.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp равные изменению энтальпии системы . Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г - газообразное, ж - жидкое, к -- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О 2 , Н 2 и др.
Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

С 6 Н 6 (ж) + 7/2O 2 = 6CO 2 (г) + 3Н 2 О (г) ; = -3135,58 кДж.

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

6 (СО 2) + 3 =0(Н 2 О) – (С 6 Н 6)

(С 6 Н 6) = - ;
(С 6 Н 6) = - (-3135,58) = +49,03 кДж.

Ответ: +49,03 кДж.

Теплота образования

Задание 91.
Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С 2 Н 2 , если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp равные изменению энтальпии системы . Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г - газообразное, ж - жид-кое, к -- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О 2, Н 2 и др.
Уравнение реакции имеет вид:

С 2 Н 2 (г) + 5/2O 2 (г) = 2CO 2 (г) + Н 2 О (г) ; = ?

2(СО 2) + (Н 2 О) – (С 2 Н 2);
= 2(-393,51) + (-241,83) – (+226,75) = -802,1 кДж.

Теплоту, выделившуюся при сгорании 165 л ацетилена по этой реакции, определим из пропорции:

22,4: -802,1 = 165: х; х = 165 (-802,1)/22,4 = -5908,35 кДж; Q = 5908,35 кДж.

Ответ: 5908,35 кДж.

Задание 92.
При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37 кДж.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

NH 3 (г) + 5/4O 2 = NO (г) + 3/2H 2 O (г)

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствие из закона Гесса:

= (NO) + 3/2 (Н 2 О) – (NH 3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) – (-46,19) = -226,185 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

Теплоту, выделившуюся при сгорании 44,8 л аммиака, вычислим из пропорции:

22,4: -226,185 = 44,8: х; х = 44,8 (-226,185)/22,4 = -452,37 кДж; Q = 452,37 кДж.

Ответ: 452,37 кДж

Задача 1.
При сгорании 560 мл (н.у.) ацетилена согласно термохимическому уравнению:
2С 2 Н 2(Г) + 5О 2(г) = 4СО 2(Г) + 2Н 2 О (Г) + 2602,4 кДж
выделилось:
1) 16,256 кДж; 2) 32,53кДж; 3) 32530 кДж; 4) 16265кДж
Дано:
объем ацетилена: V(С 2 Н 2) = 560 мл.
Найти: количество выделившейся теплоты.
Решение:
Для выбора верного ответа удобнее всего провести расчет искомой в задаче величины и сравнить ее с предлагаемыми вариантами. Расчет по термохимическому уравнению ничем не отличается от расчета по обычному уравнению реакции. Над реакцией мы указываем данные в условии и искомые величины, под реакцией - их соотношения согласно коэффициентам. Теплота представляет собой один из продуктов, поэтому ее числовое значение мы рассматриваем как коэффициент.

Сравнивая полученный ответ с предложенными вариантами, видим, что подходит ответ № 2.
Небольшая хитрость, приводящая невнимательных учеников к неверному ответу № 3, заключалась в единицах измерения объема ацетилена. Объем, указанный в условии в миллилитрах, обязательно нужно было перевести в литры, так как молярный объем измеряется в (л/моль).

Изредка встречаются задачи, в которых термохимическое уравнение необходимо составить самостоятельно по значению теплоты образования сложного вещества.

Задача 1.2.
Теплота образования оксида алюминия равна 1676 кДж/моль. Определите тепловой эффект реакции, в которой при взаимодейс твии алюминия с кислородом получено
25,5г А1 2 О 3 .
1) 140кДж; 2) 209,5кДж; 3) 419кДж; 4) 838кДж.
Дано:
теплота образования оксида алюминия: Qобр (А1 2 О 3) = = 1676 кДж/моль;
масса полученного оксида алюминия: m(А1 2 О 3) = 25,5 г.
Найти: тепловой эффект.
Решение:
Данный тип задач можно решить двумя способами:
I способ
Согласно определению теплота образования сложного вещества - это тепловой эффект химической реакции образования 1 моль этого сложного вещества из простых веществ.
Записываем реакцию образования оксида алюминия из А1 и О 2 . При расстановке коэффициентов в полученном уравнении учитываем, что перед А1 2 О 3 должен быть коэффициент «1» , который соответствует количеству вещества в 1 моль. В этом случае мы можем использовать теплоту образования, указанную в условии:
2А1 (ТВ) + 3/2О 2(г) -----> А1 2 О 3(ТВ) + 1676 кДж
Получили термохимическое уравнение.
Для того чтобы коэффициент перед А1 2 О 3 остался равен «1», коэффициент перед кислородом должен быть дробным.
При записи термохимических уравнений допускаются дробные коэффициенты.
Рассчитываем количество теплоты, которое выделится при образовании 25,5 г А1 2 О 3:

Составляем пропорцию:
при получении 25,5 г А1 2 О 3 выделяется х кДж (по условию)
при получении 102 г А1 2 О 3 выделяется 1676 кДж (по уравнению)

Подходит ответ № 3.
При решении последней задачи в условиях ЕГЭ можно было не составлять термохимическое уравнение. Рассмотрим этот способ.
II способ
Согласно определению теплоты образования 1676 кДж выделяется при образовании 1 моль А1 2 О 3 . Масса 1 моль А1 2 О 3 составляет 102 г, следовательно, можно составить пропорцию:
1676 кДж выделяется при образовании 102 г А1 2 О 3
х кДж выделяется при образовании 25,5 г А1 2 О 3

Подходит ответ № 3.
Ответ: Q = 419кДж.

Задача 1.3.
При образовании 2 моль СuS из простых веществ выделяется 106,2 кДж теплоты. При образовании 288г СuS выделяется теплота количеством:
1) 53,1кДж; 2) 159,З кДж; 3) 212,4 кДж; 4) 26,6кДж
Решение:
Находим массу 2 моль СuS:
m(СuS) = n(СuS) . М(СuS) = 2 . 96 = 192 г.
В текст условия вместо значения количества вещества СuS подставляем массу 2 моль этого вещества и получаем готовую пропорцию:
при образовании 192 г СuS выделяется 106,2 кДж теплоты
при образовании 288 г СuS выделяется теплота количеством х кДж.

Подходит ответ № 2.

Второй вид задач можно решать как по закону объемных отношений, так и без его использования. Рассмотрим оба варианта решения на примере.

Задачи на применение закона объемных отношений:

Задача 1.4.
Определите объем кислорода (н.у.), который потребуется для сжигания 5 литров угарного газа (н.у.).
1) 5 л; 2) 10 л; 3) 2,5 л; 4) 1,5 л.
Дано:
объем угарного газа (н.у.): VСО) = 5 л.
Найти: объем кислорода (н.у.): V(О 2) = ?
Решение:
В первую очередь необходимо составить уравнение реакции:
2СО + О 2 = 2СО
n = 2 моль n =1 моль
Применяем закон объемных отношений:

Отношение мы находим по уравнению реакции, а
V(CO) возьмем из условия. Подставив все эти значения в закон объемных отношений, получим:

Отсюда: V(O 2) = 5/2 = 2,5л.
Подходит ответ № 3.
Без использования закона объемных отношений задача решается с помощью расчета по уравнению:

Составляем пропорцию:
5 л С02 взаимодействуют с х л О2 (по условию) 44,8 л СО2 взаимодействуют с 22,4 л О2(по уравнению):

Получили тот же вариант ответа № 3.