1. Экзотермические и эндотермические реакции.

2. Тепловой эффект химической реакции. Понятие об энтальпии.

3. Термохимические уравнения.

4. Теплота образования. Теплота сгорания.

5. Закон Гесса и следствия из него.

• ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

• Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии (обычно в виде теплоты).

• Химические реакции, протекающие с выделениемтеплоты, называютсяэкзотермическими - Q0, а реакции, протекающие споглощениемтеплоты, –эндотермическими - Q<0.

• Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате химической реакции, называется тепловым эффектомреакции (Q). Тепловой эффект выражается в кДж или ккал (1 ккал = 4,187 кДж).

• Уравнения химических реакций, в которых записывается тепловой эффект реакции, называют термохимическими уравнениями.

Величина Q указывается в правой части уравнения со знаком «+» в случае экзотермической реакции и со знаком «–» в случае эндотермической реакции. В термохимическом уравнении указываются агрегатные состояния реагентов и продуктов реакции, т.к. тепловой эффект реакции зависит от агрегатных состояний реагирующих веществ. По термохимическим уравнениям можно проводить различные расчеты, т.к. тепловой эффект реакции относится к мольным количествам исходных веществ и продуктов реакции. Также термохимические уравнения можно записывать с величиной изменения энтальпии (Н).

• Теплота образования– это теплота, которая выделяется или поглощается при образовании 1 моль сложного вещества из простых веществ при стандартных условиях.Теплоты образования простых веществ приняты равными нулю.

• Стандартные условия– давление 1 атм (101,3 кПа), Т = 298К (25 °С).

• Теплота сгорания– это теплота, выделяющаяся при сгорании 1 моль вещества в кислороде при стандартных условиях с образованием оксида элемента в высшей степени окисления.Теплоты сгорания негорючих веществ равны нулю.

• Теплоты сгорания и образования – справочные величины, они приводятся в справочных термодинамических таблицах при стандартных условиях.

• ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

Название	Обозначение, размерность	Определение, физический смысл	Расчет
Энтальпия	Н кДж/моль Нобр^о298	Тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении. Экзотермическая реакция -Н0, тепло выделяется. Эндотермическая реакция -Н0,тепло поглощается. Теплота образования 1 моль вещества из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях.	Закон Гесса (1840 г): Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. 1 следствие (всегда): тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом сумм теплот образования исходных веществ (с учетом коэффициентов) Нх.р.=Нобр.прод.-Нобр.исх. 2 следствие (для горючих веществ): тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции (с учетом коэффициентов) Нх.р. =Нсгор. исх -Нсгор. прод

• ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТАЛЬПИИ СВЯЗИ

2С(графит) + 3Н₂(газ) С₂Н₆(газ), Н₁ = Н обр.(С₂Н₆)

 2Н_атомиз 3Н_атомиз Н Н

2 С (газ) + 6Н (ат) -Ес-с - 6Е с-н Н -С-С - Н

Н Н

Н обр.(С₂Н₆) = 2Н_атомиз + 3Н_атомиз-Ес-с - 6Е с-н

• РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

1. Вычислить теплоту реакции получения гидроксида кальция из оксида кальция и воды, если теплота образования оксида кальция равна +635,7 кДж/моль, теплота образования воды равна +285,8 кДж/моль, а теплота образования гидроксида кальция равна +986,8 кДж/моль.

Решение

Q _р-ции = Q_{обр.прод.} – Q _{обр. реаг.} = Q _{обр. Са(ОН)2} – (Q _{обр.СаО} + Q _{обр. Н2О}) = 986,8 – (635,7 + 285,8) = 65,3 кДЖ/моль

Ответ. 65,3 кДж/моль.

2. Окисление глюкозы в организме может протекать по реакции:

С₆Н₁₂О₆ (тв.) + 6О₂ (г.) = 6СО₂ (г.) + 6Н₂О (ж.), Н = –2803 кДж.

Какое количество теплоты выделится при окислении 800 г глюкозы?

Решение

Ответ. 12 458 кДж.

3. Определите количество теплоты, которое выделится при образовании 120 г MgO в результате реакции горения магния, с помощью термохимического уравнения.

2 Mg + O₂ = 2MgO + 1204 кДж

Решение

1) Определяем количества оксида магния, используя формулу для нахождения количества вещества через массу. ν = m / M

ν(MgO) = 120г: 40 г/моль = 3 моль

2) Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции

По уравнению 2 моль MgO - 1204 кДж

По условию 3 моль MgO - Q

Отсюда Q= (3 * 1204):2 = 1803кДж

Ответ: При образовании 120г оксида магния выделится 1803 кДж энергии.

4. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2 C₂H₂+ 5O₂ = 4CO₂ +2H₂O + 2610 кДж выделилось 652,5 кДж теплоты. Определите массу сгоревшего ацетилена.

Решение

1) Установим пропорциональные отношения между количеством вещества ацетилена и количеством теплоты.

По уравнению 2 моль C₂H₂---------- 2610 кДж

По условию х моль ---------- 652,5 кДж

Решаем пропорцию х=(2 * 652,5):2610

2) Определяем массу ацетилена по формуле m= n * M

m = 0,5 моль * 26 г/моль = 13 г.

Ответ: масса сгоревшего ацетилена 13 г.

5. В результате горения 48 г метана выделилось 2406 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

Решение

1. Запишем уравнение реакции горения метана в общем виде

CH₄+ 2O₂= CO₂+2H₂O + Q

2. Определим количество 48 г метана

ν = m / M

ν(CH₄) = 48г: 16 г/моль = 3 моль

3. Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции

По условию 3моль CH₄ - 2406 кДж

По уравнению 1 моль CH₄- Q

Решаем пропорцию Q=(1*2406):3=802кДж

Ответ: термохимическое уравнение реакции горения метана

CH₄+ 2O₂ = CO₂ +2H₂O + 802 кДж

6. Рассчитайте тепловой эффект реакции:

4NH₃(г) + 3O₂(г) = 2N₂(г) + 6H2O(ж),

если ΔH₀обр NH₃(г) и H₂O(ж) равны соответственно -286 и -46 кДж/моль.

Решение

1. O₂иN₂– простые вещества, следовательно тепловой эффект образования их равен нулю.

2. Согласно следствию из закона Гесса, тепловой эффект реакции равен разности между суммами теплот образования продуктов реакции и теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

ΔH0 = 6·(-286) – 4·(-46)=-1532 кДж.

2. Термохимическое уравнение будет иметь вид

3. 4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж)+1532 кДж

Ответ: в результате данной реакции выделится 1532 кДж.

6. Определить тепловой эффект реакции гидролиза нитрида магния

Mg₃N₂(тв.) + 6H₂O(ж.) = 3Mg(OH)₂(тв.) + 2NH₃(г.).

Решение

H = Hобр.прод. –Hобр.исх.

Используя справочные данные, находим теплоты образования продуктов и исходных веществ:

H обр. (Mg₃N₂(тв.)) = –461,5 кДж/моль;

H обр. (Mg(OH)₂(тв.)) = –924,66 кДж/моль;

H обр. (H₂O(ж.) = –285,77 кДж/моль;

H обр. (NH₃(г.) = –46,19 кДж/моль;

Отсюда

H⁰= [3×(–924,66) + 2×(–46,19)] – [–461,5 + 6×(–285,77)] == –689,86 кДж/моль.

6. Вычислить стандартную энтальпию реакции:

2C2h5oh(жидк.)  c2h5oc2h5(жидк.)  h2o(жидк.)

по значениям стандартных энтальпий сгорания веществ: H⁰сгор.C₂H₅OH  1368 кДж/моль; H⁰сгор.C₂H₅OC₂H₅  2727 кДж/моль.

Решение

Запишем выражение второго следствия из закона Гесса с учетом того, что стандартная энтальпия сгорания воды равна нулю:

 2C₂H₅OH  C₂H₅OC₂H₅.

Подставим значения стандартных энтальпий сгорания веществ, участвующих в реакции: 2(1368)  (2727)9 кДж.

Ответ: 9 кДж.

6. При сгорании некоторого количества газообразного углеводорода образовалось 4,48 л оксида углерода (IV) (н.у.) и 3,6 г воды и выделилось 137,5 кДж теплоты. Определите теплоту сгорания углеводорода, если известно, что его плотность по воздуху равна 1,448.

Решение

1. Определяем простейшую формулу сгоревшего углеводорода:

СхНу + О₂→ х СО₂+ 0,5у Н₂О

ν(СО₂) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль;

ν(Н₂О) = 3,6/ 18 = 0,2 моль.

ν(С) = 0,2 моль;

ν(Н) = 0,2 · 2 = 0,4 моль.

х :у = 0,2 : 0,4 = 1 : 2. Простейшая формула углеводорода СН₂.

2. Рассчитываем молярную массу и определяем молекулярную формулу углеводорода:

М(СхНу) = Dвоздух · 29 = 1,448 · 29 = 42 г/моль. М(фрагмента СН₂) = 14 г/моль

Молекулярная формула углеводорода (СН₂)n:

n = М(СхНу) / М(фрагмента СН₂) = 42 / 14 = 3.

Углеводород (СН₂)₃или С₃Н₆.

3. Записываем термохимическое уравнение реакции горения углеводорода и определяем теплоту сгорания:

С₃Н₆(газ) + 4,5 О₂(газ) → 3 СО₂(газ) + 3 Н₂О(ж) + Q(сгорания)

ν(С₃Н₆) =ν(СО₂) / 3 = 0,2 / 3 = 0,0667 моль.

Q(сгорания С₂Н₆) = Q / ν(С₂Н₆) = 137,5 / 0,0667 = 2061 кДж/моль.

Ответ: Q(сгорания С₂Н₆) = 2061 кДж/моль.

6. При сжигании 9 г органического вещества образовалось 13,2 г оксида углерода(IV) и 5,4 г воды и выделилось 140 кДж теплоты. Определите молекулярную формулу вещества, если его теплота сгорания равна 2800 кДж/моль.

Решение

1. Судя по продуктам сгорания исходное вещество содержало углерод, водород и,возможно, кислород. Рассчитываем количества образовавшихся веществ, и записываем схему горения:

ν(СО₂) = 13,2 / 44 = 0,3 моль.

ν(Н₂О) = 5,4 / 18 = 0,3 моль.

СхНуОz + О₂→СО₂+ Н₂О

2. Рассчитываем количества веществ элементов, входящих в состав исходного вещества и определяем его простейшую формулу:

ν(С) = ν(СО₂) = 0,3 моль.

ν(Н) = 2 · ν(Н₂О) = 0,3 · 2 = 0,6 моль.

m(O) = m(вещества) – m(С) – m(Н) = 9 – 0,3 · 12 – 0,6 · 1 = 4,8 г.

ν(О) = 4,8 / 16 = 0,3 моль.

х : у : z = 0,3 : 0,6 : 0,3 = 1 : 2 : 1. Простейшая формула вещества СН₂О.

3. Определяем молярную массу вещества и его молекулярную формулу:

ν(исходного вещества) = Q(выделившееся при сгорании взятого количества) :

Q(сгорания) = 140 / 2800 = 0,05 моль.

М(исходного вещества) = 9 / 0,05 = 180 г/моль.

Молекулярная формула (СН₂О)n;n = 180 / 30 = 6. С₆Н₁₂О₆.

Ответ: С₆Н₁₂О₆.

• ТЕСТЫ ПО ТЕМЕ: «ОСНОВЫ ТЕРМОХИМИИ. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ».

Тест 1

1. При стандартных условиях теплота образования равна 0 для:

а) водорода; б) воды; в) пероксида водорода; г) алюминия.

2. Реакция, уравнение которой N2 + O2 = 2NO – Q, относится к реакциям:

а) эндотермического соединения; б) экзотермического соединения;

в) эндотермического разложения; г) экзотермического разложения.

3. При взаимодействии 10 г натрия с водой выделяется 36,46 кДж теплоты. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось, если в результате реакции образовалось 200 г гидроксида натрия?

а) 838; б) 209,5; в) 364,6; г) 419.

4. Эндотермической является реакция:

а) горения водорода; б) разложения воды; в) горения углерода; г) горения метана.

5. Известны тепловые эффекты следующих процессов:

2С2Н2 (г.) + 5О2 (г.) = 4СО (г.) + 2Н2О (ж.) + 2600 кДж,

Н2О (ж.) = Н2О (г.) – 40 кДж.

Какую массу воды (в г), находящейся при температуре кипения, можно испарить за счет теплоты, полученной при полном сгорании 89,6 л (н.у.) ацетилена?

а) 72; б) 1170; в) 2340; г) 4680.

6. Какое определение неверно для данной реакции:

2NaNO3 (тв.) = 2NaNO2 (тв.) + O2 (г.) – Q?

а) гомогенная; б) эндотермическая; в) реакция соединения; г) окислительно-восстановительная.

7. Даны теплоты реакций:

С + 1/2О2 = СО + 110 кДж,

2СО + О2 = 2СО2 + 566 кДж.

Определить теплоту образования углекислого газа из простых веществ (в кДж/моль).

а) 346; б) 786; в) 503; г) 393.

8. Дано термохимическое уравнение:

2SO2 + O2 = 2SO3 + 198 кДж.

В результате реакции выделилось 495 кДж теплоты. Какая масса (в г) сернистого газа прореагировала с кислородом?

а) 160; б) 640; в) 320; г) 320.

9. Теплота сгорания ацетилена – 1300 кДж/моль. Какое количество теплоты (в кДж) выделится при сгорании 1л ацетилена (в пересчете на н.у.)?

а) 58; б) 116; в) 1300; г) 58 000.

10. Основным законом термохимии является закон:

а) Гей-Люссака; б) Гесса; в) Авогадро; г) Пруста.

Ключ к тесту 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

а, г а г б в а, в г в а б

Тест 2

1. При стандартных условиях теплота образования равна 0 для:

а)углекислого газа ;б) железа ;в) пероксида водорода; г) кислорода.

2. Реакция, уравнение которой N₂ + 3Н₂ = 2NН₃ +Q, относится к реакциям:

а) эндотермического соединения; б) экзотермического соединения;

в) эндотермического разложения; г) экзотермического разложения.

3. При соединении 11,16 г железа с серой выделилось 20,06 кДж теплоты. Определить теплоту образования сульфида железа.

а) 838; б) 100; в) 364,6; г) 419.

4. Эндотермической является реакция:

а) горения водорода; б) разложения воды; в) горения углерода; г) горения метана.

5. Известны тепловые эффекты следующих процессов:

2С₂Н₂ (г.) + 5О₂ (г.) = 4СО (г.) + 2Н₂О (ж.) + 2600 кДж, Н₂О (ж.) = Н₂О (г.) – 40 кДж.

Какую массу воды (в г), находящейся при температуре кипения, можно испарить за счет теплоты, полученной при полном сгорании 89,6 л (н.у.) ацетилена?

а) 72; б) 1170; в) 2340; г) 4680.

6. Какое определение неверно для данной реакции:

СaCO₃ CaO + CO₂ – Q.?

а) гомогенная; б) эндотермическая;

в) реакция соединения; г) окислительно-восстановительная.

7. Вычислить теплоту реакции получения гидроксида кальция из оксида кальция и воды, если теплота образования оксида кальция равна +635,7 кДж/моль, теплота образования воды равна +285,8 кДж/моль, а теплота образования гидроксида кальция равна +986,8 кДж/моль.

а) 65,3; б) 786; в) 503; г) 393.

8. Дано термохимическое уравнение:2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + 198 кДж.

В результате реакции выделилось 495 кДж теплоты. Какая масса (в г) сернистого газа прореагировала с кислородом?

а) 160; б) 640; в) 320; г) 320.

9. Термохимическое уравнение реакции горения метана имеет вид:СН₄ (г.) + 2О₂ (г.) = СО₂ (г.) + 2Н₂О (г.), Н = –802,2 кДж.

Найти, какое количество теплоты выделится при сгорании 44,8 л (н.у.) метана.

а) 1604; б) 116; в) 1300; г) 58 000.