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.
Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты.
По признаку выделения или поглощения теплоты различают экзотермические и эндотермические реакции.
Экзотермические реакции – такие реакции, в ходе которых тепло выделяется (+Q).
Эндотермические реакции – реакции, при протекании которых тепло поглощается (-Q).
Тепловым эффектом реакции (Q ) называют количество теплоты, которое выделяется или поглощается при взаимодействии определенного количества исходных реагентов.
Термохимическим уравнением называют уравнение, в котором указан тепловой эффект химической реакции. Так, например, термохимическими являются уравнения:
Также следует отметить, что термохимические уравнения в обязательном порядке должны включать информацию об агрегатных состояниях реагентов и продуктов, поскольку от этого зависит значение теплового эффекта.
Пример типовой задачи на нахождение теплового эффекта реакции:
При взаимодействии 45 г глюкозы с избытком кислорода в соответствии с уравнением
C 6 H 12 O 6(тв.) + 6O 2(г) = 6CO 2(г) + 6H 2 O(г) + Q
выделилось 700 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции. (Запишите число с точностью до целых.)
Рассчитаем количество вещества глюкозы:
n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 г / 180 г/моль = 0,25 моль
Т.е. при взаимодействии 0,25 моль глюкозы с кислородом выделяется 700 кДж теплоты. Из представленного в условии термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 1 моль глюкозы с кислородом образуется количество теплоты, равное Q (тепловой эффект реакции). Тогда верна следующая пропорция:
0,25 моль глюкозы - 700 кДж
1 моль глюкозы - Q
Из этой пропорции следует соответствующее ей уравнение:
0,25 / 1 = 700 / Q
Решая которое, находим, что:
Таким образом, тепловой эффект реакции составляет 2800 кДж.
Намного чаще в заданиях ЕГЭ по термохимии значение теплового эффекта уже известно, т.к. в условии дается полное термохимическое уравнение.
Рассчитать в таком случае требуется либо количество теплоты, выделяющееся/поглощающееся при известном количестве реагента или продукта, либо же, наоборот, по известному значению теплоты требуется определить массу, объем или количество вещества какого-либо фигуранта реакции.
В соответствии с термохимическим уравнением реакции
3Fe 3 O 4(тв.) + 8Al (тв.) = 9Fe (тв.) + 4Al 2 O 3(тв.) + 3330 кДж
образовалось 68 г оксида алюминия. Какое количество теплоты при этом выделилось? (Запишите число с точностью до целых.)
Рассчитаем количество вещества оксида алюминия:
n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 г / 102 г/моль = 0,667 моль
В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 4 моль оксида алюминия выделяется 3330 кДж. В нашем же случае образуется 0,6667 моль оксида алюминия. Обозначив количество теплоты, выделившейся при этом, через x кДж составим пропорцию:
4 моль Al 2 O 3 - 3330 кДж
0,667 моль Al 2 O 3 - x кДж
Данной пропорции соответствует уравнение:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Решая которое, находим, что x = 555 кДж
Т.е. при образовании 68 г оксида алюминия в соответствии с термохимическим уравнением в условии выделяется 555 кДж теплоты.
В результате реакции, термохимическое уравнение которой
4FeS 2 (тв.) + 11O 2 (г) = 8SO 2(г) + 2Fe 2 O 3(тв.) + 3310 кДж
выделилось 1655 кДж теплоты. Определите объем (л) выделившегося диоксида серы (н.у.). (Запишите число с точностью до целых.)
В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 8 моль SO 2 выделяется 3310 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 1655 кДж теплоты. Пусть количество вещества SO 2 , образовавшегося при этом, равняется x моль. Тогда справедливой является следующая пропорция:
8 моль SO 2 - 3310 кДж
x моль SO 2 - 1655 кДж
Из которой следует уравнение:
8 / х = 3310 / 1655
Решая которое, находим, что:
Таким образом, количество вещества SO 2 , образовавшееся при этом, составляет 4 моль. Следовательно, его объем равен:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 л/моль ∙ 4 моль = 89,6 л ≈ 90 л (округляем до целых, т.к. это требуется в условии.)
Больше разобранных задач на тепловой эффект химической реакции можно найти .
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.
Понятие о термохимических уравнениях реакций
Уравнения химических реакций, в которых указан тепловой эффект, называют термохимическими уравнениями. Тепловой эффект приводят как значение изменения энтальпии реакции АН. В термохимических уравнениях, в отличие от обычных химических уравнений, обязательно указывают агрегатные состояния веществ (жидкое «ж.», твердое «тв.» или газообразное «г.»). Это связано с тем, что одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях обладает разной энтальпией. Поэтому химическая реакция с участием одинаковых веществ, но в разном агрегатном состоянии характеризуется разным тепловым эффектом.
Тепловой эффект реакции в термохимических уравнениях обозначают двумя способами:
1) указывают только знак АН — если нужно просто отметить, является реакция экзо- или эндотермической:
Изменение энтальпии, приведенное в термохимическом уравнении,— это такая же часть химического уравнения, как и формулы веществ, и поэтому подчиняется тем же самым соотношениям. Например, для уравнения горения этана:
Для других количеств реагентов или продуктов количество теплоты пропорционально изменится.
Часто для облегчения пользования термохимическими уравнениями коэффициенты в них сокращают так, чтобы перед формулами веществ, по которым ведутся расчеты, стоял коэффициент 1. Конечно, в таком случае другие коэффициенты могут получиться дробными, при этом необходимо пропорционально уменьшать и значение изменения энтальпии. Так, для реакции взаимодействия натрия с водой, приведенной выше, можно записать термохимическое уравнение:
Составление термохимических уравнений реакций Пример 1. При реакции азота количеством вещества 1 моль с кислородом с образованием нитроген(П) оксида поглощается 181,8 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение реакции.
Решение. Поскольку энергия поглощается, то АН является положительным числом. Термохимическое уравнение будет выглядеть так:
Пример 2. Для реакции синтеза гидроген йодида из простых газообразных веществ АН = +52 кДж/моль. Составьте термохимическое уравнение разложения гидроген йодида до простых веществ.
Решение. Реакции синтеза гидроген йодида и его разложения — это противоположные реакции. Анализируя рисунок 18.4, можно сделать вывод, что в этом случае вещества, а следовательно, и их энтальпии одинаковы. Разница только в том, какое из веществ является продуктом реакции, а какое — реагентом. Основываясь на этом, делаем вывод, что в противоположных процессах АН одинаковы по значению, но разные по знаку. Итак, для реакции синтеза гидроген йодида:
Поскольку на практике измеряют массу или объем веществ, то есть необходимость составлять термохимические уравнения, используя именно эти данные. Пример. При образовании жидкой воды массой 18 г из простых веществ выделилось 241,8 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции. Решение. Вода массой 18 г соответствует количеству вещества n(H 2 O) = m / M = 18 г / 18 г / моль = 1 моль. А в уравнении реакции образования воды из простых веществ перед формулой воды стоит коэффициент 2. Значит, в термохимическом уравнении необходимо отметить изменение энтальпии при образовании воды количеством вещества 2 моль, т. е. 241,8 . 2 = 483,6:
На этикетках продуктов питания обязательно приводят данные об их энергетической ценности, которую часто называют калорийностью. Большинство людей информация о калорийности продуктов наводит на размышления: «На сколько я поправлюсь, если я это съем?» На самом деле цифры, которые указаны на этикетке,— это тепловой эффект реакции полного сгорания 100 г этого продукта до углекислого газа и воды. Этот тепловой эффект часто приводят в устаревших единицах измерения теплоты — калориях или килокалориях (1 кал = 4,18 Дж, 1 ккал = 4,18 кДж), откуда и произошел термин «калорийность».
Ключевая идея
Изменение энтальпии — количественная характеристика выделенной или поглощенной теплоты в процессе химической реакции.
Задания для усвоения материала
210. Какие уравнения реакций называют термохимическими?
211. Определите, какие из приведенных термохимических уравнений соответствуют экзотермическим процессам? эндотермическим процессам?
212. По термохимическому уравнению синтеза аммиака вычислите, сколько теплоты выделится: а) при расходовании азота количеством вещества 1 моль; б) образовании аммиака количеством вещества 2 моль. 1\1 2 (г.) + 3Н 2 (г.) = 2NH 3 (n); ДН = -92 кДж/моль.
213. Изменение энтальпии реакции сгорания угля равно 393,5 кДж/моль. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
214. При сгорании метана количеством вещества 1 моль выделилось 890 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
215. Феррум(11) оксид восстанавливается карбон(11) оксидом до железа. Эта реакция сопровождается выделением 1318 кДж теплоты при получении 1 моль железа. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
216. При взаимодействии водорода с йодом образовался гидроген йодид количеством вещества 2 моль. При этом поглотилось 101,6 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
217. По термохимическим уравнениям в задании 211 составьте термохимические уравнения реакций: а) образования меркурий(П) оксида из простых веществ; б) разложения гидроген хлорида; в) образования глюкозы в процессе фотосинтеза.
218. При сгорании карбон(И) оксида количеством вещества 2 моль выделилось 566 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение реакции.
219. На разложение барий карбоната массой 197 г расходуется 272 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
220. При взаимодействии железа массой 56 г с серой выделилось 95 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
221. Сравните приведенные термохимические уравнения и объясните различия в изменении энтальпии:
222*. Изменение энтальпии реакции нейтрализации хлоридной кислоты натрий гидроксидом равно -56,1 кДж/моль, а калий гидроксидом — -56,3 кДж/моль. При реакции нитратной кислоты с литий гидроксидом изменение энтальпии равно -55,8 кДж/моль. Как вы считаете, почему тепловые эффекты этих реакций почти совпадают?
Это материал учебника
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.
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
