Задача 1.
При изгаряне на 560 ml (n.s.) ацетилен съгласно термохимичното уравнение:
2C 2 H 2 (G) + 5O 2 (G) = 4CO 2 (G) + 2H 2 O (G) + 2602,4 kJ
открояваше:
1) 16,256 kJ; 2) 32,53 kJ; 3) 32530 kJ; 4) 16265kJ
дадени:
обем ацетилен: V(C 2 H 2) = 560 ml.
Намерете: количеството отделена топлина.
Решение:
За да изберете правилния отговор, най-удобно е да изчислите търсеното количество в проблема и да го сравните с предложените опции. Изчислението с помощта на термохимично уравнение не се различава от изчислението с помощта на конвенционално уравнение на реакцията. Над реакцията посочваме данните в условието и необходимите количества, под реакцията - отношенията им според коефициентите. Топлината е един от продуктите, така че ние разглеждаме нейната числена стойност като коефициент.
Сравнявайки получения отговор с предложените варианти, виждаме, че отговор № 2 е подходящ.
Малък трик, който накара невнимателните ученици да грешат отговор №3, бяха мерните единици за обем ацетилен. Обемът, посочен в условието в милилитри, трябваше да се преобразува в литри, тъй като моларният обем се измерва в (l/mol).
Понякога има проблеми, при които трябва да се състави термохимично уравнение независимо въз основа на стойността на топлината на образуване на сложно вещество.
Задача 1.2.
Топлината на образуване на алуминиев оксид е 1676 kJ/mol. Определете топлинния ефект на реакцията, при която, когато алуминият взаимодейства с кислорода,
25,5 g A12O3.
1) 140 kJ; 2) 209,5 kJ; 3) 419 kJ; 4) 838kJ.
дадени:
топлина на образуване на алуминиев оксид: Qrev (A1 2 O 3) = = 1676 kJ/mol;
маса на получения алуминиев оксид: m(A1 2 O 3) = 25,5 g.
Намерете: топлинен ефект.
Решение:
Този тип проблеми могат да бъдат решени по два начина:
Метод I
Според дефиницията топлината на образуване на сложно вещество е топлинният ефект от химическата реакция на образуването на 1 мол от това сложно вещество от прости вещества.
Записваме реакцията на образуване на алуминиев оксид от A1 и O2. Когато подреждаме коефициентите в полученото уравнение, вземаме предвид, че преди A1 2 O 3 трябва да има коефициент "1"
, което съответства на количеството вещество в 1 мол. В този случай можем да използваме топлината на образуване, посочена в условието:
2A1 (TV) + 3/2O 2(g) -----> A1 2 O 3(TV) + 1676 kJ
Получихме термохимично уравнение.
За да може коефициентът на A1 2 O 3 да остане равен на „1“, коефициентът на кислород трябва да бъде дробен.
При писане на термохимични уравнения се допускат дробни коефициенти.
Изчисляваме количеството топлина, което ще се отдели по време на образуването на 25,5 g A1 2 O 3:
Да направим пропорция:
при получаване на 25,5 g A1 2 O 3 се освобождава x kJ (според състоянието)
при получаване на 102 g A1 2 O 3 се освобождават 1676 kJ (според уравнението)
Отговор номер 3 е подходящ.
При решаването на последния проблем при условията на Единния държавен изпит беше възможно да не се създава термохимично уравнение. Нека разгледаме този метод.
II метод
Според дефиницията на топлината на образуване, 1676 kJ се отделят, когато се образува 1 mol A1 2 O 3. Масата на 1 мол A1 2 O 3 е 102 g, следователно пропорцията може да се направи:
1676 kJ се отделят, когато се образуват 102 g A1 2 O 3
x kJ се освобождава, когато се образуват 25,5 g A1 2 O 3
Отговор номер 3 е подходящ.
Отговор: Q = 419 kJ.
Задача 1.3.
Когато 2 мола CuS се образуват от прости вещества, се отделя 106,2 kJ топлина. При образуването на 288 g CuS се отделя топлина в количество:
1) 53,1 kJ; 2) 159,3 kJ; 3) 212,4 kJ; 4) 26,6 kJ
Решение:
Намерете масата на 2 mol CuS:
m(СuS) = n(СuS) . M(CuS) = 2. 96 = 192 g.
В текста на условието, вместо стойността на количеството вещество CuS, заместваме масата на 2 мола от това вещество и получаваме крайната пропорция:
когато се образуват 192 g CuS, се отделя 106,2 kJ топлина
при образуване на 288 g CuS се отделя топлина в количеството х kJ.
Отговор номер 2 е подходящ.
Вторият тип задачи могат да бъдат решени както с помощта на закона за обемните отношения, така и без него. Нека разгледаме и двете решения с пример.
Задачи за прилагане на закона за обемните отношения:
Задача 1.4.
Определете обема кислород (н.о.), който ще е необходим за изгаряне на 5 литра въглероден оксид (н.о.).
1) 5 л; 2) 10 л; 3) 2,5 л; 4) 1,5 л.
дадени:
обем въглероден окис (n.s.): VCO) = 5 l.
Намерете: обем кислород (не): V(O 2) = ?
Решение:
Първо, трябва да създадете уравнение за реакцията:
2CO + O 2 = 2CO
n = 2 mol n = 1 mol
Прилагаме закона за обемните отношения:
Намираме връзката от уравнението на реакцията и
Вземаме V(CO) от условието. Замествайки всички тези стойности в закона за обемните отношения, получаваме:
Оттук: V(O 2) = 5/2 = 2,5 l.
Отговор номер 3 е подходящ.
Без да се използва законът за обемните отношения, проблемът се решава чрез изчисление, като се използва уравнението:
Да направим пропорция:
5 l CO2 взаимодействат с x l O2 (според условието) 44,8 l CO2 взаимодействат с 22,4 l O2 (според уравнението):
Получихме същия вариант на отговор №3.
Задача 88.
Топлинният ефект на коя реакция е равен на топлината на образуване на метан? Изчислете топлината на образуване на метан въз основа на следните термохимични уравнения:
A) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (l); = -285,84 kJ;
b) C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g); = -393,51 kJ;
c) CH 4 (g) + 2O 2 (g) = 2H 2 O (l) + CO 2 (g); = -890,31 kJ.
Отговор: -74,88 kJ.
Решение:
.
105 Pa). Образуването на метан от водород и въглерод може да бъде представено по следния начин:
C (графит) + 2H2 (g) = CH4 (g); =?
Въз основа на тези уравнения в съответствие с условията на проблема, като се вземе предвид, че водородът изгаря до вода, въглеродът до въглероден диоксид, метанът до въглероден диоксид и вода, и въз основа на закона на Хес, термохимичните уравнения могат да се използват по същия начин като алгебричните нечий. За да получите желания резултат, трябва да умножите уравнението за изгаряне на водород (a) по 2 и след това да извадите сумата от уравненията за изгаряне на водород (a) и въглерод (b) от уравнението за изгаряне на метан (c):
CH 4 (g) + 2O 2 (g) - 2 H 2 (g) + O 2 (g) - C (k) + O 2 (g) =
= 2H 2 O (l) + CO 2 - 2H 2 O - CO 2;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).
CH4 (g) = C (k) + 2H2 (k); = +74,88 kJ.2
Тъй като топлината на образуване е равна на топлината на разлагане с обратен знак, тогава
(CH4) = -74,88 kJ.
Отговор: -74,88 kJ.
Задача 89.
Топлинният ефект на коя реакция е равен на топлината на образуване на калциев хидроксид? Изчислете топлината на образуване на калциев хидроксид въз основа на следните термохимични уравнения:
Ca (k) + 1/2O (g) = CaO (k); = -635,60 kJ;
H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (l); = -285,84 kJ;
CaO (k) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (k); = -65,06 kJ.
Отговор: -986,50 kJ.
Решение:
Стандартната топлина на образуване е равна на топлината на реакция на образуването на 1 мол от това вещество от прости вещества при стандартни условия (T = 298 K; p = 1,0325 .
105 Pa). Образуването на калциев хидроксид от прости вещества може да бъде представено по следния начин:
Ca (k) + O 2 (g) + H 2 (g) = Ca (OH) 2 (k); =?
Въз основа на уравненията, които са дадени според условията на проблема и като се има предвид, че водородът изгаря до вода, а калцият, реагирайки с кислорода, образува CaO, тогава, въз основа на закона на Хес, термохимичните уравнения могат да се управляват по същия начин като алгебрични. За да получите желания резултат, трябва да съберете трите уравнения заедно:
CaO (k) + H 2 O (l) + Ca (k) + 1/2O (g) + H 2 (g) + 1/2O 2 (g = (OH) 2 (k) + CaO (k) + Н20 (1);
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 kJ.
Тъй като стандартните топлини на образуване на прости вещества условно се приемат за нула, топлината на образуване на калциев хидроксид ще бъде равна на топлинния ефект от реакцията на образуването му от прости вещества (калций, водород и кислород):
== (Ca(OH) 2 = -986,50 kJ.2
Отговор: -986,50 kJ.
Задача 90.
Топлинният ефект от реакцията на изгаряне на течен бензин с образуването на водна пара и въглероден диоксид е равен на -3135,58 kJ. Съставете термохимично уравнение за тази реакция и изчислете топлината на образуване на C 6 H 6 (l). Отговор: +49,03 kJ.
Решение:
Реакционните уравнения, в които тяхното състояние на агрегиране или кристална модификация, както и числената стойност на топлинните ефекти са посочени до символите на химичните съединения, се наричат термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е изрично посочено, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Qp са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приети са следните съкратени обозначения за агрегатното състояние на веществото: g - газообразно, g - течно, j - кристално. Тези символи се пропускат, ако агрегатното състояние на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и др.
Термохимичното уравнение на реакцията е:
C 6 H 6 (l) + 7/2O 2 = 6CO 2 (g) + 3H 2 O (g); = -3135,58 kJ.
Стойностите на стандартните топлина на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлината на образуване на прости вещества условно се приема за нула. Топлинният ефект на реакцията може да се изчисли с помощта на следствие от закона на Хес:
6 (CO 2) + 3 =0 (H 2 O) – (C 6 H 6)
(C6H6) = -;
(C6H6) = - (-3135.58) = +49.03 kJ.
Отговор:+49,03 kJ.
Топлина на образуване
Задача 91.
Изчислете колко топлина ще се отдели при изгарянето на 165 литра (n.s.) ацетилен C 2 H 2, ако продуктите на горенето са въглероден диоксид и водна пара? Отговор: 924,88 kJ.
Решение:
Реакционните уравнения, в които тяхното състояние на агрегиране или кристална модификация, както и числената стойност на топлинните ефекти са посочени до символите на химичните съединения, се наричат термохимични. В термохимичните уравнения, освен ако не е изрично посочено, стойностите на топлинните ефекти при постоянно налягане Qp са посочени равни на промяната в енталпията на системата. Стойността обикновено се дава от дясната страна на уравнението, разделена със запетая или точка и запетая. Приемат се следните съкратени обозначения за агрегатното състояние на веществото: Ж- газообразен, и- течност, Да се-- кристален. Тези символи се пропускат, ако агрегатното състояние на веществата е очевидно, например O 2, H 2 и др.
Уравнението на реакцията е:
C 2 H 2 (g) + 5/2O 2 (g) = 2CO 2 (g) + H 2 O (g); =?
2(CO 2) + (H 2 O) – (C 2 H 2);
= 2(-393.51) + (-241.83) – (+226.75) = -802.1 kJ.
Топлината, отделена при изгарянето на 165 литра ацетилен от тази реакция, се определя от пропорцията:
22,4 : -802,1 = 165 : х; x = 165 (-802,1)/22,4 = -5908,35 kJ; Q = 5908,35 kJ.
Отговор: 5908,35 kJ.
Задача 92.
Когато газът амоняк гори, той произвежда водна пара и азотен оксид. Колко топлина ще се отдели по време на тази реакция, ако се получат 44,8 литра NO при нормални условия? Отговор: 452,37 kJ.
Решение:
Уравнението на реакцията е:
NH 3 (g) + 5/4O 2 = NO (g) + 3/2H 2 O (g)
Стойностите на стандартните топлина на образуване на веществата са дадени в специални таблици. Като се има предвид, че топлината на образуване на прости вещества условно се приема за нула. Топлинният ефект на реакцията може да се изчисли с помощта на следствие от закона на Хес:
= (NO) + 3/2 (H 2 O) – (NH 3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) – (-46,19) = -226,185 kJ.
Термохимичното уравнение ще бъде:
Изчисляваме топлината, отделена при изгарянето на 44,8 литра амоняк от пропорцията:
22,4 : -226,185 = 44,8 : х; x = 44,8 (-226,185)/22,4 = -452,37 kJ; Q = 452,37 kJ.
Отговор: 452,37 kJ
Термохимични уравнения. Количество топлина. който се отделя или абсорбира в резултат на реакцията между определени количества реагенти, определени чрез стехиометрични коефициенти, се нарича топлинен ефект на химична реакция и обикновено се означава със символа Q. Екзотермични и ендотермични реакции. Термохимичен закон на Хесен Реакциите, които протичат с освобождаване на енергия под формата на топлина, се наричат екзотермични; реакциите, които протичат с абсорбцията на енергия под формата на топлина, са ендотермични. Доказано е, че при изобарните химични процеси отделената (или погълната) топлина е мярка за намаляването (или съответно увеличаването) на енталпията на реакцията. Така при екзотермични реакции, когато се отделя топлина, AN е отрицателен. При ендотермични реакции (поглъща се топлина) AN е положителен. Големината на топлинния ефект на химичната реакция зависи от естеството на изходните вещества и реакционните продукти, тяхното агрегатно състояние и температура. Уравнение на реакцията, от дясната страна на което, заедно с продуктите на реакцията, е посочена промяната в енталпията AN или топлинният ефект на реакцията Qp, се нарича термохимичен. Пример за екзотермична реакция е реакцията на образуване на вода: 2H2(G) + 02(g) = 2H20(G) За да се осъществи тази реакция, е необходимо да се изразходва енергия за разрушаване на връзките в молекулите H2 и 02. Тези количества енергия са съответно 435 и 494 kJ/mol. От друга страна, когато се образува O - H връзка, се освобождават 462 kJ/mol енергия. Общото количество енергия (1848 kJ), освободено при образуването на O - H връзки, е по-голямо от общото количество енергия (1364 kJ), изразходвано за разрушаване на връзките H - H и O = O, следователно реакцията е екзотермична, т.е. , при образуването на два мола парообразна вода ще освободят 484 kJ енергия. Уравнението за реакцията на образуване на вода, написано, като се вземе предвид промяната в енталпията Екзотермични и ендотермични реакции. Термохимичният закон на Хесен вече ще бъде термохимично уравнение на реакцията. Пример за ендотермична реакция е образуването на азотен оксид (II).За да се осъществи тази реакция, е необходимо да се изразходва енергия за разкъсване на връзките N = N и 0 = 0 в молекулите на изходните вещества. Те са съответно равни на 945 и 494 kJ/mol. При образуването на връзката N = O се отделя енергия в размер на 628,5 kJ/mol. Общото количество енергия, необходимо за разкъсване на връзките в молекулите на изходните вещества, е 1439 kJ и е по-голямо от отделената енергия за образуване на връзки в молекулите на реакционния продукт (1257 kJ). Следователно реакцията е ендотермична и изисква поглъщане на енергия в размер на 182 kJ от околната среда, за да се случи. Термохимични уравнения Екзотермични и ендотермични реакции. Термохимичният закон на Хесен Това обяснява, че азотният оксид (II) се образува само при високи температури, например в изгорелите газове на автомобили, при мълнии и не се образува при нормални условия.
От материалите на урока ще научите кое уравнение на химична реакция се нарича термохимично. Урокът е посветен на изучаване на алгоритъма за изчисляване на уравнението на термохимичната реакция.
Тема: Вещества и техните превръщания
Урок: Изчисления с помощта на термохимични уравнения
Почти всички реакции протичат с отделяне или абсорбиране на топлина. Количеството топлина, което се отделя или абсорбира по време на реакция, се нарича топлинен ефект на химическа реакция.
Ако топлинният ефект е записан в уравнението на химическа реакция, тогава се нарича такова уравнение термохимичен.
В термохимичните уравнения, за разлика от обикновените химични, трябва да се посочи агрегатното състояние на веществото (твърдо, течно, газообразно).
Например, термохимичното уравнение за реакцията между калциев оксид и вода изглежда така:
CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ
Количеството топлина Q, освободено или абсорбирано по време на химическа реакция, е пропорционално на количеството вещество на реагента или продукта. Следователно, използвайки термохимични уравнения, могат да се правят различни изчисления.
Нека да разгледаме примери за решаване на проблеми.
Задача 1:Определете количеството топлина, изразходвано за разлагането на 3,6 g вода в съответствие с TCA на реакцията на разлагане на водата:
Можете да разрешите този проблем, като използвате пропорцията:
по време на разлагането на 36 g вода се абсорбират 484 kJ
по време на разлагането се абсорбират 3,6 g вода x kJ
По този начин може да се напише уравнение за реакцията. Пълното решение на проблема е показано на фиг.1.
Ориз. 1. Формулиране на решението на задача 1
Проблемът може да бъде формулиран по такъв начин, че ще трябва да създадете термохимично уравнение за реакцията. Нека да разгледаме пример за такава задача.
Проблем 2: Когато 7 g желязо взаимодейства със сярата, се отделя 12,15 kJ топлина. Въз основа на тези данни създайте термохимично уравнение за реакцията.
Обръщам внимание на факта, че отговорът на този проблем е термохимичното уравнение на самата реакция.
Ориз. 2. Формализация на решението на задача 2
1. Сборник задачи и упражнения по химия: 8. клас: за учеб. П.А. Оржековски и др., „Химия. 8 клас” / П.А. Оржековски, Н.А. Титов, Ф.Ф. Хегел. - М.: AST: Астрел, 2006. (с.80-84)
2. Химия: неорганична. химия: учебник. за 8 клас общо образование заведение /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - М .: Образование, OJSC „Московски учебници“, 2009. (§23)
3. Енциклопедия за деца. Том 17. Химия / Глава. ред.В.А. Володин, Вед. научен изд. И. Леенсън. - М.: Аванта+, 2003.
Допълнителни уеб ресурси
1. Решаване на проблеми: изчисления с помощта на термохимични уравнения ().
2. Термохимични уравнения ().
Домашна работа
1) стр. 69 задачи No1,2от учебника „Химия: неорганична“. химия: учебник. за 8 клас общо образование институция." /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - М .: Образование, OJSC „Московски учебници“, 2009 г.
2) стр. 80-84 № 241, 245от Сборник задачи и упражнения по химия: 8. клас: за учеб. П.А. Оржековски и др., „Химия. 8 клас” / П.А. Оржековски, Н.А. Титов, Ф.Ф. Хегел. - М.: АСТ: Астрел, 2006.
Уравнения на химичните реакции, които показват тяхната термична
ефекти се наричат термохимични уравнения.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Термохимичните уравнения имат редица характеристики:
а) Тъй като състоянието на системата зависи от агрегатните състояния на веществата
като цяло, в термохимичните уравнения, използващи буквени индекси
(j), (g), (p) и (d) показват състоянията на веществата (кристални, течни, разтворени и газообразни). Например,
б) Така че топлинният ефект на реакцията се изразява в kJ/mol на едно от изходните вещества или реакционни продукти, в термохимични уравнения
Допускат се дробни коефициенти. Например,
=−46,2 kJ/mol.
в) Често топлината на реакцията (топлинен ефект) се записва като ∆H
Горният индекс 0 означава стандартната стойност на топлинния ефект (стойността, получена при стандартни условия, т.е. при налягане 101 kPa), а долният индекс означава температурата, при която се осъществява взаимодействието.
Особеността на термохимичните уравнения е, че когато работите с тях, можете да прехвърляте формулите на веществата и големината на топлинните ефекти от една част на уравнението в друга. По правило това не може да се направи с обикновени уравнения на химичните реакции.
Допуска се също почленно събиране и изваждане на термохимични уравнения. Това може да е необходимо за определяне на топлинните ефекти на реакциите, които са трудни или невъзможни за измерване експериментално.
11. Формулирайте закона на Хес и следствие от закона на Хес.
Законът на Хес е формулиран по следния начин: топлинният ефект на химичната реакция не зависи от пътя на нейното протичане, а зависи само от природата и агрегатното състояние (енталпия) на изходните вещества и продуктите на реакцията.
Следствие 1. Топлинният ефект на реакцията е равен на разликата между сумите на топлините на образуване на реакционните продукти и топлините на образуване на изходните вещества, като се вземат предвид техните стехиометрични коефициенти.
Следствие 2. Ако са известни топлинните ефекти на редица реакции, тогава е възможно да се определи топлинният ефект на друга реакция, която включва вещества и съединения, включени в уравненията, за които топлинният ефект е известен. В същото време с термохимичните уравнения можете да извършвате различни аритметични операции (събиране, изваждане, умножение, деление), както с алгебрични уравнения.
12. Каква е стандартната енталпия на образуване на вещество?
Стандартната енталпия на образуване на вещество е топлинният ефект от реакцията на образуване на 1 мол от дадено вещество от съответното количество прости вещества при стандартни условия.
13. Какво е ентропия? Как се измерва?
Ентропияе термодинамична функция на състоянието на системата и нейната стойност зависи от количеството на разглежданото вещество (масата), температурата и състоянието на агрегат.
Единици J/C
14. Формулирайте 2-ри и 3-ти закон на термодинамиката.
Втори закон на термодинамиката
В изолирани системи (Q= 0, A= 0, U= const) възникват спонтанно
само тези процеси, които са придружени от увеличаване на ентропията на системата, т.е. S>0.
Спонтанният процес завършва, когато максимумът при
дадени ентропийни условия S max, т.е. когато ∆S= 0.
По този начин в изолирани системи критерият за спонтанен процес е увеличаване на ентропията, а границата на такъв процес е -∆S = 0.
Трети закон на термодинамиката
Ентропията на всеки химичен елемент в идеално кристално състояние при температура, близка до абсолютната нула, е близка до нула.
Ентропията на неидеалните кристали е по-голяма от нула, тъй като те могат да бъдат разгледани
като смеси с ентропия на смесване. Това важи и за кристали, които имат дефекти в кристалната структура. Това води до принципа
недостижимостта на абсолютната нула температура. В момента постигнато
най-ниска температура 0,00001 K.
