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.
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
Термохимические уравнении. Количество теплоты. которое выделяется или поглощается в результате реакции между определенными количествами реагентов, задаваемых стехиометричес-кими коэффициентами, называют тепловым эффектом химической реакции и обычно обозначают символом Q. Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе Реакции, протекающие с выделением энергии в форме теплоты, получили название экзотермических; реакции, протекающие с поглощением энергии в форме теплоты,- эндотермических. Доказано, что в изобарных химических процессах выделившаяся (или поглощенная) теплота есть мера уменьшения (или, соответственно, увеличения) энтальпии реакции ЛЯ. Таким образом, при экзотермических реакциях, когда теплота выделяется, АН отрицательна. При эндотермических реакциях (теплота поглощается) АН положительна. Величина теплового эффекта химической реакции зависит от природы исходных веществ и продуктов реакция, их агрегатного состояния и температуры. Уравнение реакции, в правой части которого наряду с продуктами реакции указывается изменение энтальпии АН или тепловой эффект реакции Qp, называют термохимическим. Примером экзотермической реакции может служить реакция образования воды: 2Н2(Г) + 02(г)=2Н20(Г) Для осуществления этой реакции необходимо затратить энергию на разрыв связей в молекулах Н2 и 02. Эти количества энергии соответственно равны 435 и 494 кДж/моль. С другой стороны, при образовании связи О - Н выделяется 462 кДж/моль энергии. Суммарное количество энергии (1848 кДж), выделившейся при образовании связей О - Н, больше, чем суммарное количество энергии (1364 кДж), затраченной на разрыв связей Н - Н и О = О, поэтому реакция является экзотермической, т. е. при образовании двух молей парообразной воды выделится 484 кДж энергии. Уравнение реакции образования воды, записанное с учетом изменения энтальпии Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе будет уже термохимическим уравнением реакции. Примером эндотермической реакции может служить образование оксида азота (II) Для осуществления этой реакции необходимо затратить энергию на разрыв связей N = N и 0 = 0 в молекулах исходных веществ. Они соответственно равны 945 и 494 кДж/моль. При образовании связи N = О выделяется энергия в количестве 628,5 кДж/моль. Суммарное количество энергии, необходимой для разрыва связей в молекулах исходных веществ, равно 1439 кДж и больше, чем выделившаяся энергия образования связей в молекулах продукта реакции (1257 кДж). Поэтому реакция является эндотермической и для ее протекания требуется поглощение энергии в количестве 182 кДж из окружающей среды. Термохимические уравнения Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе Этим и объясняется, что оксид азота (II) образуется только при высоких температурах, например, в выхлопных газах автомобилей, в грозовых разрядах и не образуется в обычных условиях.
Из материалов урока вы узнаете, какое уравнение химической реакции называют термохимическим. Урок посвящен изучению алгоритма расчетов по термохимическому уравнению реакций.
Тема: Вещества и их превращения
Урок: Расчеты по термохимическим уравнениям
Практически все реакции протекают с выделением или поглощением теплоты. Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе реакции, называется тепловым эффектом химической реакции .
Если тепловой эффект записан в уравнении химической реакции, то такое уравнение называют термохимическим .
В термохимических уравнениях, в отличие от обычных химических, обязательно указывают агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное).
Например, термохимическое уравнение реакции между оксидом кальция и водой выглядит так:
СаО (т) + Н 2 О (ж) = Са(ОН) 2(т) + 64 кДж
Количество теплоты Q, выделившееся или поглощенное при протекании химической реакции, пропорционально количеству вещества реагента или продукта. Поэтому, пользуясь термохимическими уравнениями, можно производить различные расчеты.
Рассмотрим примеры решения задач.
Задача 1: Определите количество теплоты, затраченное на разложение 3,6 г воды в соответствии с ТХУ реакции разложения воды:
Решить эту задачу можно с помощью пропорции:
при разложении 36 г воды поглотилось 484 кДж
при разложении 3,6 г воды поглотилось x кДж
Таким образом, можно составить уравнение реакции. Полное решение задачи приведено на Рис.1.
Рис. 1. Оформление решения задачи 1
Задача может быть сформулирована таким образом, что вам нужно будет составить термохимическое уравнение реакции. Рассмотрим пример такой задачи.
Задача 2 : При взаимодействии 7 г железа с серой выделилось 12,15 кДж теплоты. На основании этих данных составьте термохимическое уравнение реакции.
Обращаю ваше внимание на то, что ответом в данной задаче служит само термохимическое уравнение реакции.
Рис. 2. Оформление решения задачи 2
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.80-84)
2. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§23)
3. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Решение задач: расчеты по термохимическим уравнениям ().
2. Термохимические уравнения ().
Домашнее задание
1) с. 69 задачи №№ 1,2 из учебника «Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд.» /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
2) с.80-84 №№ 241, 245 из Сборника задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006.
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.
