Что называется термохимическим уравнением

Тепловой эффект химической реакции. Термохимическое уравнение

Содержание:

Когда исходные вещества начинают реагировать друг с другом, то происходит взаимодействие молекул между собой. При этом выделяется большое количество энергии, после образования окончательных продуктов. Во время разрушения кристаллической решетки, поглощается тепло. Оно имеет разные формы: энергию, свет, фотоны, звук.

Тепловой эффект химической реакции

Тепловой эффект – это количества тепла или энергии, которое выделилось или поглотилось во время химической реакции, относительно 1 моль вещества. В химии тепловой эффект обозначают символом Q, измеряют в ккал/моль или кДж/моль. Согласно определению выделяют два типа процессов:

Чем больше прореагирует химического вещества, тем больше выделиться энергии. Следовательно, тепловой эффект зависит от химического вещества в моль вступившего в реакцию.

Экзотермическая реакция

По энергии ионизации реагенты в эндотермической реакции находятся выше оси нулевой энергии, т.е. скорость прямой реакции выше, чем обратной и наоборот, в эндотермических реакциях – скорость обратной реакции выше, чем прямой.

Термохимическое уравнение

Химические уравнения, в которых отображается тепловой эффект называются термохимическими. При записи в скобках обязательно указывают агрегатное состояние вещества: твердое, жидкое, газообразное и другое. Коэффициенты прописываются в условии: дробные или цельные числа.

При расчете учитывают температуру и давление, при которых протекает процесс. Если в условиях задачи не прописаны значения, то их принимают как стандартные: температура 278К, а давление 110,3 кПа.

В конце записи химического уравнения записывают значение Q₀, которое берут в справочнике, отдельно для каждого вещества. Энергия представлена в кДж в стандартных условиях. Применяется для расчета по формулам.

Расчеты по термохимическим уравнениям

Термохимические уравнения записываются в готовом виде с коэффициентами, представленной энергией. Целью задачи обычно стоит выяснить массу прореагировавшего вещества или выяснить потраченную энергию до десятых.

Для правильного расчета необходимо знать правила составления пропорции и формулу для расчета химического количества вещества в 1 моле.

Примеры задач

Задача 1

45 г глюкозы (С₆Н₁₂О₆) подвергли обработке избытком кислорода, в результате чего выделилось 700 кДж энергии. Выясните значение теплового эффекта? Реакция протекала по следующей формуле:

Найдем химическое количество глюкозы:

Получается, что при взаимодействии 0,25 моль вещества образуется 700 кДж энергии. Тепловой эффект приравнивают к значению 1 моль. Следовательно, составим пропорцию:

Q = (1* 700) : 0,25 = 700 : 0,25 = 2800 кДж

Задача 2

Представлено термохимическое уравнение, в процессе которого выделилось 3330 кДж энергии, образовалось 68 г Al₂O₃.Рассчитайте какое количества тепла выделилось, уравнение имеет следующий вид:

Найдем химическое количество оксида алюминия(III):

Исходя из исходного уравнения, для получения 4 моль оксида алюминия(III) расходуется 3330 кДж энергии, для того, чтобы выяснить, сколько выделяется тепла для 68 г, нужно составить пропорцию:

Q = (0,667 * 3330) : 4 = 2,221 : 4 = 555 кДж;

Закон Гесса

В 1840 году русский ученый описал закон термохимии, который до сих пор используется. Его называют законом Гесса:

Это правило помогает узнать тепловой эффект промежуточных стадий. Он будет равен разнице между начальным и конечным значением. По сумме переходных реакций выясняют общий тепловой эффект.

Тепловой эффект химических реакций

Количество теплоты, которые выделяется или поглощается в результате реакции, называют тепловым эффектом данной реакции.

Q_p = Q_кон. — Q_исх.

Источник

§ 19. Тепловые эффекты химических реакций

Оглавление

Протекание химических реакций всегда сопровождается выделением или поглощением энергии.

Тепловой эффект реакции — это количество теплоты Q, выделяющейся или поглощающейся в ходе превращения, если количества реагентов (моль) соответствуют стехиометрическим коэффициентам уравнения реакции.

От чего зависит величина теплового эффекта химической реакции?

В качестве примера определим значение теплового эффекта реакции образования оксида азота(II) из простых веществ:

Общий тепловой эффект реакции Q равен сумме тепловых эффектов Q₁ и Q₂:

Отрицательное значение теплового эффекта показывает, что данная реакция является эндотермической и протекает в соответствии с термохимическим уравнением:

Термохимическими называют уравнения, в которых указаны значения тепловых эффектов.

Для осуществления эндотермических реакций необходимо постоянно передавать системе энергию в виде теплоты, электромагнитного излучения (свет, ультрафиолетовое излучение), электричества и др. Так, эндотермические реакции либо протекают при высоких температурах (например, разложение карбонатов, нитратов и гидроксидов щёлочноземельных металлов), либо требуют подведения электрической энергии (электролиз, образование NO в грозовом разряде) или энергии света (образование озона в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения). Эндотермическим процессом является фотосинтез, в котором энергия солнечного света поглощается и запасается в виде химической энергии продуктов — кислорода и глюкозы:

Экзотермические реакции либо не требуют нагревания, либо для начала реакции нужно небольшое нагревание: например, водород со фтором реагирует мгновенно, а для взаимодействия водорода с кислородом смесь газов необходимо нагреть.

Величина теплового эффекта реакции определяется экспериментально в специальном приборе — калориметре, уже знакомом вам по урокам физики в 8-м классе. Результаты измерений приводят к определённым условиям. Обычно это давление 100 кПа и температура 25 °С ( 298,15 K ), что необходимо для сравнения и обобщения экспериментальных данных.

Рассмотрим примеры термохимических расчётов.

Пример 1. Рассчитайте количество теплоты, выделяющейся в результате полного сгорания в кислороде метана объёмом 6,72 м 3 ( н. у. ) в соответствии с термохимическим уравнением:

Источник

Термохимические уравнения

Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю.

В термохимических уравнениях необходимо указывать агрегатные состояния веществ с помощью буквенных индексов, а тепловой эффект реакции (ΔН) записывать отдельно, через запятую. Например, термохимическое уравнение

показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531 кДж теплоты, при давлении 101 кПа, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическомукоэффициенту в уравнении реакции.

В термохимии также используют уравнения, в которых тепловой эффект относят к одному молю образовавшегося вещества, применяя в случае необходимости дробные коэффициенты.

Расчет энтальпии химической реакции.

Для некоторой реакции

nAA + nBB = nCC + nDD

стандартная энтальпия реакции равна:

Пример. Стандартная энтальпия следующей реакции:

4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г)

Раздел химии, который посвящен количественному определению тепловых эффектов химических реакций, называется термохимией.

Расчет тепловых эффектов реакций, в частности при p = const, основан на двух законах термохимии.

Энтропия

Источник

Термохимические уравнения

Лекция

Тема: Классификация химических реакций.

Химическое равновесие

Основные типы химических реакции.

По направлению протекания процесса реакции делят на необ­ратимые и обратимые.

Необратимыми называют реакции, которые протекают только в одном направлении.

В ходе необратимой реакции хотя бы одно из исходных ве­ществ практически полностью превращается в продукты реакции. К необратимым реакциям относятся реакции, которые протекают в растворах с образованием осадка, газа или слабодиссоциирующего вещества, некоторые реакции разложения.

Например, в реакции между хлоридом бария и серной кислотой

при достаточном количестве серной кислоты ионы бария будут полностью осаждены. Если попытаться эту реакцию провести в обратном направлении, т. е. действовать соляной кислотой на сульфат бария, то не удастся получить раствор хлорида бария — эта реакция не может протекать в обратном направлении: она не­обратима.

Большинство химических реакций являются обратимыми.

Обратимыми называют реакции, которые протекают при данных условиях в двух противоположных направлениях — пря­мом и обратном.

В уравнениях подобных реакций пользуются знаком обрати­мости( ). Реакцию, протекающую слева направо ( ), называют прямой,а справа налево ( ) — обратной.

Примером обратимой реакции может служить взаимодействие водорода с парами иода:

Обобщим ваши знания о классификации химических реакций.

Классификация химических реакций

Число и состав исходных веществ и продуктов реакции

Изменение степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ

Направление протекания реакции

Наличие или отсутствие поверхности раздела между реагентами

Энергетика химических реакций

При химических реакциях одни вещества превращаются в другие. При этом происходит разрыв одних химических связей и образование других, поэтому химические реакции со­провождаются выделением или поглощением энергии в раз­личных формах (теплота, свет, работа расширения образовав­шихся газов).

Тепловые эффекты химических реакций

Вам известно, что при образовании связей выделяется энер­гия (см. § 8), поэтому если бы реакции протекали только между свободными атомами, то все они сопровождались бы выделением энергии. Но химические реакции, как правило, протекают меж­ду молекулами веществ.

Сравним количество энергии, выделяющейся при образова­нии молекулы НС1 из атомов водорода Н и хлора С1, с количе­ством энергии, выделяющейся при образовании этой же молеку­лы из простых веществ Н₂ и С1₂:

Н + Cl= НС1 + 431,4 кДж/моль 1/2Н₂ + 1/2С1₂ = НС1 + 92,30 кДж/моль

Энергия взаимодействия простых веществ меньше энергии взаимодействия свободных атомов, так как часть энергии затра­чивается на разрыв связей в молекулах водорода (Н-Н) и хлора (C1-C1).

В зависимости от соотношений энергий разрыва и образова­ния соответствующих связей наблюдается выделение или погло­щение теплоты.

Реакции, которые протекают с выделением теплоты, назы­вают экзотермическими, например:

На разрыв связей в молекулах Н₂ (Е(Н₂) = 435,9 кДж/моль) и С1₂ (Е(С1₂) = 242,3 кДж/моль) затрачивается меньше энергии, чем ее выделяется при образовании связей в молекулах НС1 (Е(НС1) = 431,4 кДж/моль):

Реакции, которые протекают с поглощением теплоты, на­зывают эндотермическими, например:

На разрыв связей в молекулах N₂ (Е(N₂) = 945,43 кДж/моль) и 0₂(Е(0₂) = 498,38 кДж/моль) энергии затрачивается больше, чем ее выделяется при образовании связей в молекулах N0 (Е(N0) = = 631,5 кДж/моль):

2 *631,5 О (+Q), для эндотерми­ческих реакций Q 0 — реакция эндотермическая. Следовательно, знак величины Н противоположен знаку Q:

♦ экзотермическая реакция +Qи -Н°;

♦ эндотермическая реакция -Qи +Н°.

Термохимические уравнения

Уравнения реакций, в которых указаны тепловые эффекты реакций и агрегатное состояние веществ, называют термохимическими.

В термохимических уравнениях обязательно указывают агрегатное состояние исходных веществ и продуктов реакции: г – газообразное, ж – жидкое, тв. – твердое. Значение теплового эффекта реакции Н записывают после уравнения и отделяют от него точкой с запятой. Например, термохимическое уравнение образования жидкой воды из простых веществ может быть записано двумя способами.

Это термохимическое уравнение показывает, что при взаимо­действии 2 моль водорода и 1 моль кислорода образуется 2 моль воды и выделяется 571,68 кДж теплоты. Следовательно, в дан­ном случае энергия продуктов реакции меньше, чем исходных веществ.

Чтобы показать тепловой эффект образования 1 моль веще­ства, в термохимических уравнениях применяют дробные коэф­фициенты:

По термохимическим уравнениям реакций можно проводить различные расчеты.

Закон Гесса

Большинство термохимических расчетов основано на законе Гесса:

— тепловой эффект химической реакции при постоянном да­влении или постоянном объеме зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов, но не зависит от пути перехода из начального состояния в конечное.

Например, тепловой эффект реакции окисления углерода до оксида углерода(1У) не зависит от того, проводят ли это окисле­ние в одну стадию, сжигая уголь, или в две стадии, получая сначала угарный газ, а затем сжигая его до углекислого газа:

Согласно закону Гесса тепловые эффекты связаны между со­бой соотношением

Источник

КАК ВЫЧИСЛИТЬ ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ РЕАКЦИИ И СОСТАВИТЬ ЕЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ

Вычислить тепловой эффект реакции важно для того, чтобы правильно организовать многие процессы на промышленных производствах. Это необходимо там, где используется подача энергии или где, наоборот, требуется ее отведение. Поскольку одни виды энергии могут превращаться в другие, то применение теплового эффекта химического взаимодействия позволяет превратить внутреннюю энергию веществ в работу (механическую, электрическую и т.д.).

С выделением или поглощением тепла идут процессы в живых организмах. Точный расчет тепловых эффектов превращения белков, жиров, углеводов и других веществ позволяет организовать правильную диету спортсменам, людям с теми или иными заболеваниями.

Содержание:

Что такое тепловой эффект химической реакции

Химические реакции практически всегда сопровождаются какими-либо тепловыми явлениями.

Так, горение, нейтрализация кислоты щелочью, реакция металла (например, магния) с хлором и т.д. происходят с выделением достаточного количества тепла. А вот, чтобы разложить мел (карбонат кальция), необходимо все время его нагревать. Если нагревание (то есть подвод тепла) прекратить, то и реакция тоже прекратится. Это говорит о том, что разложение карбоната кальция идет с поглощением тепла.

В чем же дело? Любое вещество является продуктом взаимодействия частиц (атомов или ионов). В ходе образования вещества энергия взаимодействия как бы прячется в химических связях (ковалентных, ионных). Это так называемая внутренняя энергия, которая частично высвобождается в ходе химического взаимодействия. Она же – тепловой эффект реакции. Измеряя его, можно судить о том, как изменилась внутренняя энергия вещества.

Тепловой эффект химической реакции обозначают буквой Q и измеряют в кДж (или в ккал в случае, когда речь идет об обеспечении энергией живых организмов).

Как вычислить тепловой эффект реакции и

составить термохимическое уравнение

Например, обычное уравнение реакции:

А это уже термохимическое уравнение данной реакции:

Уравнение говорит о том, что при взаимодействии 1 моля PbO с 1 молем СО, идущем с образованием 1 моля Pb и 1 моля CO₂, выделяется 64 кДж теплоты.

Особенности термохимических уравнений:

1) указывается агрегатное состояние веществ (однако, если все вещества находятся в одном агрегатном состоянии, то его могут не указывать);

2) указывается тепловой эффект реакции в соответствии с ее стехиометрией (то есть, в соответствии с правильно расставленными коэффициентами);

3) тепловой эффект записывается в левой части уравнения;

4) если речь идет о горении вещества, то уравнение составляется по отношению к 1 молю этого вещества; тепловой эффект такой реакции называется теплотой сгорания:

5) если речь идет об образовании вещества, то уравнение также составляется по отношению к 1 молю этого вещества; тепловой эффект такой реакции будет называться теплотой образования:

А теперь разберем несколько задач, требованием которых является составление термохимического уравнения.

Что нужно сделать для решения таких задач?

1) записать условие задачи;

2) составить уравнение реакции;

3) вычислить ее тепловой эффект;

4) записать полученное значение теплового эффекта в уравнение реакции.

Пример 1. Кальций массой 8 г сгорает с выделением 127 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение (тху) реакции.

Пример 2. При разложении 6,86 г оксида ртути (II) тратится 3,64 кДж тепловой энергии. Напишите термохимическое уравнение (тху) реакции.

Пример 3. Реакция 6 г углерода с водородом приводит к выделению 37,42 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение (тху) реакции образования метана.

Расчеты по термохимическим уравнениям

В термохимических расчетах чаще используются уже готовые термохимические уравнения. Требуется найти массы/объемы образующихся/исходных веществ, количество выделившейся/поглощенной теплоты.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 4. По термохимическому уравнению: N_2(г.) + O_2(г.) = 2NO_(г.) – 180,7 кДж вычислите тепловой эффект реакции, в которой участвует азот объемом 5,6 л (при н.у.).

Поскольку реакция эндотермическая, то поглотится 45,2 кДж энергии.

Пример 5. Тепловой эффект реакции горения этилена составляет 1400 кДж (в расчете на 1 моль этилена). Сколько этилена (при н.у.) необходимо сжечь, чтобы получить 560 кДж теплоты?

Пример 6. Пользуясь термохимическим уравнением сгорания пропана

определите количество выделившейся теплоты, если в реакцию вступит кислород: а) массой 16 г; б) объемом 67,2 л; в) количеством вещества 2,5 моль. Сколько оксида углерода (IV) по объему и по массе получится, если при горении пропана выделится 277,5 кДж теплоты?

Если вы готовитесь к выпускному экзамену ( ЕГЭ по химии ), то имейте ввиду, что вычислить тепловой эффект реакции требует задание № 27 (версия 2022 года ).

Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.

Пожалуйста, оцените публикацию и оставьте свой комментарий. Ваше мнение для нас важно!

Источник