Завдання 1.
При згорянні 560 мл (н.у.) ацетилену згідно з термохімічним рівнянням:
2С 2 Н 2(Г) + 5О 2(г) = 4СО 2(Г) + 2Н 2 О (Г) + 2602,4 кДж
виділилося:
1) 16,256 кДж; 2) 32,53 кДж; 3) 32530 кДж; 4) 16265кДж
Дано:
обсяг ацетилену: V(З 2 Н 2) = 560 мл.
Знайти: кількість теплоти, що виділилася.
Рішення:
Для вибору правильної відповіді найзручніше провести розрахунок шуканої в задачі величини і порівняти її з запропонованими варіантами. Розрахунок за термохімічним рівнянням нічим не відрізняється від розрахунку за звичайним рівнянням реакції. Над реакцією ми вказуємо дані за умови і шукані величини, під реакцією - їх співвідношення відповідно до коефіцієнтів. Теплота є одним із продуктів, тому її числове значення ми розглядаємо як коефіцієнт.
Порівнюючи отриману відповідь із запропонованими варіантами, бачимо, що підходить відповідь №2.
Невелика хитрість, що призводить до неуважних учнів до невірної відповіді № 3, полягала в одиницях вимірювання об'єму ацетилену. Об'єм, зазначений в умові в мілілітрах, обов'язково потрібно було перевести в літри, оскільки молярний об'єм вимірюється (л/моль).
Зрідка трапляються завдання, у яких термохімічне рівняння необхідно скласти самостійно за значенням теплоти утворення складної речовини.
Завдання 1.2.
Теплота утворення оксиду алюмінію дорівнює 1676 кДж/моль. Визначте тепловий ефект реакції, в якій при взаємодії алюмінію з киснем отримано
25,5г А1 2 Про 3 .
1) 140кДж; 2) 209,5 кДж; 3) 419кДж; 4) 838кДж.
Дано:
теплота утворення оксиду алюмінію: Qобр (А1 2 Про 3) = = 1676 кДж/моль;
маса одержаного оксиду алюмінію: m(А1 2 Про 3) = 25,5 г.
Знайти: тепловий ефект.
Рішення:
Цей тип завдань можна вирішити двома способами:
I спосіб
Відповідно до визначення теплота утворення складної речовини - це тепловий ефект хімічної реакції утворення 1 моль цієї складної речовини із простих речовин.
Записуємо реакцію утворення оксиду алюмінію з А1 та О2. При розстановці коефіцієнтів в отриманому рівнянні враховуємо, що перед А1 2 Про 3 має бути коефіцієнт «1»
що відповідає кількості речовини в 1 моль. У цьому випадку ми можемо використовувати теплоту освіти, вказану в умові:
2А1 (ТВ) + 3/2О 2(г) -----> А1 2 Про 3(ТВ) + 1676 кДж
Здобули термохімічне рівняння.
Щоб коефіцієнт перед А1 2 Про 3 залишився дорівнює «1», коефіцієнт перед киснем має бути дробовим.
Під час запису термохімічних рівнянь допускаються дробові коефіцієнти.
Розраховуємо кількість теплоти, яка виділиться при утворенні 25,5 г А1 2 Про 3:
Складаємо пропорцію:
при отриманні 25,5 г А1 2 Про 3 виділяється х кДж (за умовою)
при отриманні 102 г А1 2 Про 3 виділяється 1676 кДж (за рівнянням)
Підходить відповідь №3.
При вирішенні останнього завдання в умовах ЄДІ можна було не становити термохімічне рівняння. Розглянемо цей метод.
II спосіб
Згідно з визначенням теплоти освіти 1676 кДж виділяється при освіті 1 моль А1 2 Про 3 . Маса 1 моль А1 2 Про 3 становить 102 г, отже, можна скласти пропорцію:
1676 кДж виділяється при утворенні 102 г А1 2 Про 3
х кДж виділяється при утворенні 25,5 г А1 2 Про 3
Підходить відповідь №3.
Відповідь: Q = 419кДж.
Завдання 1.3.
При утворенні 2 моль СuS із простих речовин виділяється 106,2 кДж теплоти. При утворенні 288г СуS виділяється теплота кількістю:
1) 53,1 кДж; 2) 159,3 кДж; 3) 212,4 кДж; 4) 26,6 кДж
Рішення:
Знаходимо масу 2 моль СuS:
m(СuS) = n(СuS). М(СuS) = 2 . 96 = 192 р.
У текст умови замість значення кількості речовини СuS підставляємо масу 2 моль цієї речовини та отримуємо готову пропорцію:
при утворенні 192 г СуS виділяється 106,2 кДж теплоти
при утворенні 288 г СуS виділяється теплота кількістю хкДж.
Підходить відповідь №2.
Другий вид завдань можна вирішувати як згідно із законом об'ємних відносин, так і без його використання. Розглянемо обидва варіанти рішення з прикладу.
Завдання застосування закону об'ємних відносин:
Завдання 1.4.
Визначте об'єм кисню (н.у.), який буде потрібно для спалювання 5 літрів чадного газу (н.у.).
1) 5 л; 2) 10 л; 3) 2,5 л; 4) 1,5 л.
Дано:
обсяг чадного газу (н.у.): VСО) = 5 л.
Знайти: обсяг кисню (н.у.): V (Про 2) =?
Рішення:
Насамперед необхідно скласти рівняння реакції:
2СО + Про 2 = 2СО
n = 2 моль n = 1 моль
Застосовуємо закон об'ємних відносин:
Відношення ми знаходимо за рівнянням реакції, а
V(CO) візьмемо із умови. Підставивши всі ці значення до закону об'ємних відносин, отримаємо:
Звідси: V (O 2) = 5/2 = 2,5 л.
Підходить відповідь №3.
Без використання закону об'ємних відносин завдання вирішується за допомогою розрахунку за рівнянням:
Складаємо пропорцію:
5 л С02 взаємодіють з х л О2 (за умовою) 44,8 л СО2 взаємодіють з 22,4 л О2(за рівнянням):
Отримали той самий варіант відповіді № 3.
Завдання 88.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення метану? Обчисліть теплоту утворення метану, виходячи з наступних термохімічних рівнянь:
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.
Відповідь: -74,88 кДж.
Рішення:
.
105 Па). Утворення метану з водню та вуглецю можна так:
С (графіт) + 2Н 2 (г) = СН 4 (г); =?
Виходячи з даних рівнянь за умовою завдання, враховуючи, що водень згоряє до води, вуглець - до вуглекислого газу, метан - до вуглекислого газу та води і, на підставі закону Гесса, з термохімічними рівняннями можна оперувати також як і з алгебраїчними. Для отримання шуканого результату потрібно рівняння горіння водню (а) помножити на 2, а потім суму рівнянь горіння водню (а) і вуглецю (б) відняти з рівняння горіння метану (в):
СН 4 (г) + 2О 2 (г) - 2 Н 2 (г) + О 2 (г) - С (к) + О 2 (г) =
= 2Н 2 Про (ж) + СО 2 - 2Н 2 Про - СО 2;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).
СН 4 (г) = С (к) + 2Н 2 (к); = +74,88 кДж.2
Оскільки теплота освіти дорівнює теплоті розкладання зі зворотним знаком, то
(СН 4) = -74,88 кДж.
Відповідь: -74,88 кДж.
Завдання 89.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті утворення гідроксиду кальцію? Обчисліть теплоту утворення гідроксиду кальцію, виходячи з наступних термохімічних рівнянь:
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.
Відповідь: -986,50 кДж.
Рішення:
Стандартна теплота освіти дорівнює теплоті реакції утворення 1 моль цієї речовини з простих речовин за стандартних умов (Т = 298 К; р = 1,0325 .
105 Па). Утворення гідроксиду кальцію з простих речовин можна так:
Са (к) + Про 2 (г) + Н 2 (г) = Са(ОН) 2 (к); =?
Виходячи з рівнянь, які дано за умовою завдання і, враховуючи, що водень згоряє до води, а кальцій, реагуючи з киснем, утворює СаО, то на підставі закону Гесса з термохімічними рівняннями можна оперувати також як з алгебраїчними. Для отримання результату потрібно всі три рівняння скласти між собою:
СаО (к) + Н 2 О (ж) + Са (к) + 1/2О (г) + Н 2 (г) + 1/2О 2 (г = (ВІН) 2 (к) + СаО (к) + Н 2 Про (ж);
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 кДж.
Так як стандартні теплоти утворення простих речовин умовно прийнята рівними нулю, то теплота утворення гідроксиду кальцію дорівнюватиме тепловому ефекту реакції утворення його з простих речовин (кальцію, водню і кисню):
== (Са(ОН) 2 = -986,50 кДж.2
Відповідь: -986,50 кДж.
Завдання 90.
Тепловий ефект реакції згоряння рідкого бензину з утворенням парів води та діоксиду вуглецю дорівнює -3135,58 кДж. Складіть термохімічне рівняння цієї реакції та обчисліть теплоту утворення С6Н6(ж). Відповідь: +49,03 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не обумовлено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Qp, що рівні зміни ентальпії системи . Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г - газоподібне, ж - рідке, до - кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Термохімічне рівняння реакції має вигляд:
6 Н 6 (ж) + 7/2O 2 = 6CO 2 (г) + 3Н 2 О (г); = -3135,58 кДж.
Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:
6 (З 2) + 3 =0(Н 2 О) – (З 6 Н 6)
(З 6 Н 6) = -;
(З 6 Н 6) = - (-3135,58) = +49,03 кДж.
Відповідь:+49,03 кДж.
Теплота освіти
Завдання 91.
Обчисліть, скільки теплоти виділиться при згорянні 165 л (н.у.) ацетилену С 2 Н 2 якщо продуктами згоряння є діоксид вуглецю і пари води? Відповідь: 924,88 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не обумовлено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Qp, що рівні зміни ентальпії системи . Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г- газоподібне, ж- рідке, до- Кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2, Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:
З 2 Н 2 (г) + 5/2O 2 (г) = 2CO 2 (г) + Н 2 О (г); =?
2(З 2) + (Н 2 О) - (З 2 Н 2);
= 2(-393,51) + (-241,83) - (+226,75) = -802,1 кДж.
Теплоту, що виділилася при згорянні 165 л ацетилену з цієї реакції, визначимо з пропорції:
22,4: -802,1 = 165: х; х = 165 (-802,1) / 22,4 = -5908,35 кДж; Q = 5908,35 кДж.
Відповідь: 5908,35 кДж.
Завдання 92.
При згорянні газоподібного аміаку утворюються пари води та оксид азоту. Скільки теплоти виділиться за цієї реакції, якщо було отримано 44,8 л NO у перерахунку на нормальні умови? Відповідь: 452,37 кДж.
Рішення:
Рівняння реакції має вигляд:
NH 3 (г) + 5/4O 2 = NO (г) + 3/2H 2 O (г)
Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство із закону Гесса:
= (NO) + 3/2 (Н2О) - (NH3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) - (-46,19) = -226,185 кДж.
Термохімічне рівняння матиме вигляд:
Теплоту, що виділилася при згорянні 44,8 л аміаку, обчислимо з пропорції:
22,4: -226,185 = 44,8: х; х = 44,8 (-226,185) / 22,4 = -452,37 кДж; Q = 452,37 кДж.
Відповідь: 452,37 кДж
Термохімічні рівняння. Кількість теплоти. яке виділяється або поглинається в результаті реакції між певними кількостями реагентів, що задаються стехіометричними коефіцієнтами, називають тепловим ефектом хімічної реакції і зазвичай позначають символом Q. Екзотермічні ендотермічні реакції. Термохімічний закон Гессе Реакції, що протікають із виділенням енергії у формі теплоти, отримали назву екзотермічних; реакції, що протікають з поглинанням енергії у формі теплоти, - ендотермічних. Доведено, що в ізобарних хімічних процесах теплота, що виділилася (або поглинена), є міра зменшення (або, відповідно, збільшення) ентальпії реакції ЛЯ. Таким чином, при екзотермічних реакціях, коли теплота виділяється, АН є негативною. При ендотермічних реакціях (теплота поглинається) АН є позитивною. Величина теплового ефекту хімічної реакції залежить від природи вихідних речовин та продуктів реакція, їх агрегатного стану та температури. Рівняння реакції, у правій частині якого поряд із продуктами реакції вказується зміна ентальпії АН або тепловий ефект реакції Qp називають термохімічним. Прикладом екзотермічної реакції може бути реакція утворення води: 2Н2(Г) + 02(г)=2Н20(Г) Для здійснення цієї реакції необхідно витратити енергію на розрив зв'язків у молекулах Н2 та 02. Ці кількості енергії відповідно дорівнюють 435 та 494 кДж/моль . З іншого боку, при утворенні зв'язку Про - Н виділяється 462 кДж/моль енергії. Сумарна кількість енергії (1848 кДж), що виділилася при утворенні зв'язків О - Н, більша, ніж сумарна кількість енергії (1364 кДж), витраченої на розрив зв'язків Н - Н і О = О, тому реакція є екзотермічною, тобто при утворенні двох молей пароподібної води виділиться 484 кДж енергії. Рівняння реакції утворення води, записане з урахуванням зміни ентальпії Екзотермічні ендотермічні реакції. Термохімічний закон Гессе буде термохімічним рівнянням реакції. Прикладом ендотермічної реакції може бути утворення оксиду азоту (II) Для здійснення цієї реакції необхідно витратити енергію на розрив зв'язків N = N та 0 = 0 у молекулах вихідних речовин. Вони відповідно дорівнюють 945 і 494 кДж/моль. При утворенні зв'язку N = Про виділяється енергія у кількості 628,5 кДж/моль. Сумарна кількість енергії, необхідної для розриву зв'язків у молекулах вихідних речовин, дорівнює 1439 кДж і більше, ніж енергія утворення зв'язків, що виділилася, в молекулах продукту реакції (1257 кДж). Тому реакція є ендотермічною і для її перебігу потрібно поглинання енергії в кількості 182 кДж із навколишнього середовища. Термохімічні рівняння Екзотермічні ендотермічні реакції. Термохімічний закон Гессе Цим і пояснюється, що оксид азоту (II) утворюється тільки за високих температур, наприклад, у вихлопних газах автомобілів, у грозових розрядах і не утворюється у звичайних умовах.
З матеріалів уроку ви дізнаєтесь, яке рівняння хімічної реакції називають термохімічним. Урок присвячений вивченню алгоритму розрахунків із термохімічного рівняння реакцій.
Тема: Речовини та їх перетворення
Урок: Розрахунки з термохімічних рівнянь
Практично всі реакції протікають із виділенням чи поглинанням теплоти. Кількість теплоти, що виділяється або поглинається в ході реакції, називається тепловим ефектом хімічної реакції.
Якщо тепловий ефект записаний у рівнянні хімічної реакції, то таке рівняння називають термохімічним.
У термохімічних рівняннях, на відміну звичайних хімічних, обов'язково вказують агрегатний стан речовини (тверде, рідке, газоподібне).
Наприклад, термохімічне рівняння реакції між оксидом кальцію та водою виглядає так:
СаО (т) + Н 2 О (ж) = Са(ОН) 2(т) + 64 кДж
Кількість теплоти Q, що виділилася або поглинена при протіканні хімічної реакції, пропорційна кількості речовини реагенту або продукту. Тому, використовуючи термохімічні рівняння, можна проводити різні розрахунки.
Розглянемо приклади розв'язання задач.
Завдання 1:Визначте кількість теплоти, витрачену на розкладання 3,6 г води відповідно до ТХУ реакції розкладання води:
Вирішити це завдання можна за допомогою пропорції:
при розкладанні 36 г води поглинулося 484 кДж
при розкладанні 3,6 г води поглинулося x кДж
Таким чином, можна скласти рівняння реакції. Повне розв'язання задачі наведено на Рис.1.
Рис. 1. Оформлення розв'язання задачі 1
Завдання може бути сформульоване таким чином, що вам потрібно буде скласти термохімічне рівняння реакції. Розглянемо приклад такого завдання.
Завдання 2: При взаємодії 7 г заліза із сіркою виділилося 12,15 кДж теплоти. З цих даних складіть термохімічне рівняння реакції.
Звертаю вашу увагу на те, що відповіддю в цій задачі є саме термохімічне рівняння реакції.
Рис. 2. Оформлення розв'язання задачі 2
1. Збірник завдань та вправ з хімії: 8-й кл.: до навч. П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/П.А. Оржековський, Н.А. Тітов, Ф.Ф. Гегелі. - М: АСТ: Астрель, 2006. (с.80-84)
2. Хімія: неорган. хімія: навч. для 8кл. загальнообр. учред. /Г.Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - М: Просвітництво, ВАТ «Московські підручники», 2009. (§23)
3. Енциклопедія дітей. Том 17. Хімія/Голов. ред.В.А. Володін, вед. наук. ред. І. Леєнсон. - М: Аванта +, 2003.
Додаткові веб-ресурси
1. Розв'язання задач: розрахунки за термохімічними рівняннями ().
2. Термохімічні рівняння ().
Домашнє завдання
1) с. 69 задачі №№ 1,2із підручника «Хімія: неорган. хімія: навч. для 8кл. загальнообр. установ.» /Г.Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - М: Просвітництво, ВАТ «Московські підручники», 2009.
2) с.80-84 № 241, 245із Збірника завдань та вправ з хімії: 8-й кл.: до навч. П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/П.А. Оржековський, Н.А. Тітов, Ф.Ф. Гегелі. - М: АСТ: Астрель, 2006.
Рівняння хімічних реакцій, у яких вказано їх теплові
ефекти, називаються термохімічними рівняннями.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Термохімічні рівняння мають низку особливостей:
а) Оскільки від агрегатних станів речовин залежить стан системи
в цілому, у термохімічних рівняннях за допомогою літерних індексів
(к), (ж), (р) і (г) позначаються стани речовин (кристалічний, рідкий, розчинений і газоподібний). Наприклад,
б) Щоб тепловий ефект реакції був виражений в кДж/моль однієї з вихідних речовин або продуктів реакції, у термохімічних рівняннях
допускаються дробові коефіцієнти. Наприклад,
=−46,2кДж/моль.
в) Часто теплота реакції (тепловий ефект) записується як ∆H
Верхній індекс 0 означає стандартну величину теплового ефекту (величину, отриману за стандартних умов, тобто при тиску 101 кПа), а нижній - температуру, при якій йде взаємодія.
Особливість термохімічних рівнянь у тому, що з роботі з ними можна переносити формули речовин, і величини теплових ефектів з однієї частини рівняння до іншої. Зі звичайними рівняннями хімічних реакцій так чинити, як правило, не можна.
Допускається також почленное складання та віднімання термохімічних рівнянь. Це потрібно для визначення теплових ефектів реакцій, які важко або неможливо виміряти в досвіді.
11.Сформулюйте закон Гесса і слідство із закону Гесса.
Закон Гессаформулюється в такий спосіб: тепловий ефект хімічної реакції залежить від шляху її протікання, залежить лише від природи і фізичного стану (ентальпії) вихідних речовин і продуктів реакції.
Наслідок 1. Тепловий ефект реакції дорівнює різниці сум теплових продуктів продуктів реакції і теплот утворення вихідних речовин з урахуванням їх стехіометричних коефіцієнтів.
Наслідок 2. Якщо відомі теплові ефекти низки реакцій, то можна визначити тепловий ефект іншої реакції, до якої входять речовини та сполуки, що входять до рівнянь, для яких відомий тепловий ефект. При цьому з термохімічними рівняннями можна проводити різні арифметичні дії (складення, віднімання, множення, поділ) як з рівняннями алгебри.
12. Що таке стандартна ентальпія утворення речовини?
Стандартною ентальпією утворення речовини називають тепловий ефект реакції утворення 1 моль даної речовини з відповідної кількості простих речовин, що перебувають у стандартних умовах.
13. Що таке ентропія? у чому вона вимірюється?
Ентропія- термодинамічна функція стану системи, і її величина залежить від кількості речовини, що розглядається (маси), температури, агрегатного стану.
Одиниці виміру Дж/К
14.Сформулюйте 2 та 3 закони термодинаміки.
Другий закон термодинаміки
В ізольованих системах (Q = 0, A = 0, U = const) мимоволі йдуть
лише ті процеси, що супроводжуються зростанням ентропії системи, тобто S>0.
Мимовільний процес закінчується при досягненні максимальної при
даних умовах ентропії S max, тобто коли ∆S = 0.
Таким чином, в ізольованих системах критерієм мимовільного процесу є зростання ентропії, а межею такого процесу -∆S = 0.
Третій закон термодинаміки
Ентропія кожного хімічного елемента в ідеальному кристалічному стані при температурі, близькій до абсолютного нуля, близька до нуля.
Ентропія неідеальних кристалів більша за нуль, тому що їх можна розглядати
як суміші, що володіють ентропією змішування. Це справедливо також для кристалів, що мають дефекти кристалічної структури. Звідси випливає принцип
недосяжність абсолютного нуля температури. В даний час досягнуто
найнижча температура 0,00001 К.
