Σχεδιάστε αφηρημένους υπολογισμούς για θερμοχημικές εξισώσεις. Πώς να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας, τη θερμική επίδραση και τη θερμότητα σχηματισμού

Να συγκρίνουν τα ενεργειακά αποτελέσματα διάφορες διαδικασίες, τα θερμικά αποτελέσματα προσδιορίζονται στο τυπικές συνθήκες. Η τυπική πίεση είναι 100 kPa (1 bar), θερμοκρασία 25 0 C (298 K), συγκέντρωση - 1 mol / l. Εάν τα αρχικά υλικά και τα προϊόντα αντίδρασης είναι στην τυπική κατάσταση, τότε το θερμικό αποτέλεσμα χημική αντίδρασηπου ονομάζεται τυπική ενθαλπία συστήματοςκαι συμβολίζεται ΔΝ 0 298 ή ΔΝ 0 .

Οι εξισώσεις των χημικών αντιδράσεων που υποδεικνύουν τη θερμική επίδραση ονομάζονται θερμοχημικές εξισώσεις.

Στις θερμοχημικές εξισώσεις, η κατάσταση φάσης και η πολυμορφική τροποποίηση των αντιδρώντων και σχηματιζόμενων ουσιών υποδεικνύονται: g - αέριο, g - υγρό, k - κρυσταλλικό, m - στερεό, p - διαλυμένο κ.λπ. Αν οι αθροιστικές καταστάσεις των ουσιών για το οι συνθήκες αντίδρασης είναι προφανείς, για παράδειγμα, ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 2 , Ν 2 , Ν 2 - αέρια, Ο Αλ 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 3 , CaCO 3 - στερεάκαι τα λοιπά. στους 298 K, ενδέχεται να μην αναφέρονται.

Η θερμοχημική εξίσωση περιλαμβάνει τη θερμική επίδραση της αντίδρασης ΔΝ, που στη σύγχρονη ορολογία γράφεται δίπλα στην εξίσωση. Για παράδειγμα:

ΜΕ 6 H 6 (Δ) + 7,5Ο 2 = 6 CO 2 + 3Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ) ΔΝ 0 = - 3267,7 kJ

Ν 2 + 3Η 2 = 2NH 3(G) ΔΝ 0 = - 92,4 kJ.

Είναι δυνατή η λειτουργία με θερμοχημικές εξισώσεις, καθώς και με αλγεβρικές εξισώσεις (προσθέστε, αφαιρέστε η μία από την άλλη, πολλαπλασιάστε με μια σταθερή τιμή κ.λπ.).

Οι θερμοχημικές εξισώσεις δίνονται συχνά (αλλά όχι πάντα) για ένα mole της εν λόγω ουσίας (που παράγεται ή καταναλώνεται). Ταυτόχρονα, άλλοι συμμετέχοντες στη διαδικασία μπορούν να εισέλθουν στην εξίσωση με κλασματικούς συντελεστές. Αυτό επιτρέπεται, αφού οι θερμοχημικές εξισώσεις δεν λειτουργούν με μόρια, αλλά με γραμμομόρια ουσιών.

Θερμοχημικοί υπολογισμοί

Τα θερμικά αποτελέσματα των χημικών αντιδράσεων προσδιορίζονται τόσο πειραματικά όσο και χρησιμοποιώντας θερμοχημικούς υπολογισμούς.

Οι θερμοχημικοί υπολογισμοί βασίζονται σε Ο νόμος του Hess(1841):

Η θερμική επίδραση της αντίδρασης δεν εξαρτάται από τη διαδρομή κατά την οποία προχωρά η αντίδραση (δηλαδή από τον αριθμό των ενδιάμεσων σταδίων), αλλά καθορίζεται από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος.

Για παράδειγμα, η αντίδραση καύσης του μεθανίου μπορεί να προχωρήσει σύμφωνα με την εξίσωση:

CH 4 +2Ο 2 = CO 2 + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) ΔΝ 0 1 = -802,34 kJ

Η ίδια αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω του σταδίου σχηματισμού CO:

CH 4 +3/2O 2 = CO + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) ΔΝ 0 2 = -519,33 kJ

CO +1/2O 2 = CO 2 ΔΝ 0 3 = -283,01 kJ

Κάνοντας αυτό, αποδεικνύεται ότι ΔΝ 0 1 = ΔH 0 2 + ΔΝ 0 3 . Επομένως, το θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης που εξελίσσεται κατά μήκος των δύο διαδρομών είναι το ίδιο. Ο νόμος του Hess απεικονίζεται καλά χρησιμοποιώντας διαγράμματα ενθαλπίας (Εικ. 2)

Από τον νόμο του Hess προκύπτει μια σειρά από συνέπειες:

1. Η θερμική επίδραση της μπροστινής αντίδρασης είναι ίση με τη θερμική επίδραση της αντίστροφης αντίδρασης με το αντίθετο πρόσημο.

2. Εάν, ως αποτέλεσμα μιας σειράς διαδοχικών χημικών αντιδράσεων, το σύστημα φτάσει σε κατάσταση που συμπίπτει πλήρως με την αρχική, τότε το άθροισμα των θερμικών επιδράσεων αυτών των αντιδράσεων είναι ίσο με μηδέν ( ΔΝ= 0). Οι διαδικασίες κατά τις οποίες το σύστημα μετά από διαδοχικούς μετασχηματισμούς επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση ονομάζονται κυκλικές διεργασίες ή κύκλους. Η μέθοδος του κύκλου χρησιμοποιείται ευρέως στους θερμοχημικούς υπολογισμούς. .

3. Η ενθαλπία μιας χημικής αντίδρασης ισούται με το άθροισμα των ενθαλπιών σχηματισμού των προϊόντων της αντίδρασης μείον το άθροισμα των ενθαλπιών σχηματισμού των αρχικών ουσιών, λαμβάνοντας υπόψη τους στοιχειομετρικούς συντελεστές.

Εδώ συναντάμε την έννοια ""ενθαλπία σχηματισμού"".

Η ενθαλπία (θερμότητα) του σχηματισμού μιας χημικής ένωσης είναι η θερμική επίδραση της αντίδρασης σχηματισμού 1 mole αυτής της ένωσης από απλές ουσίεςλαμβάνονται στη σταθερή τους κατάσταση υπό δεδομένες συνθήκες.Συνήθως, οι θερμότητες σχηματισμού αναφέρονται στην τυπική κατάσταση, δηλ. 25 0 C (298 K) και 100 kPa. Υποδηλώνονται οι τυπικές ενθαλπίες σχηματισμού χημικών ουσιών ΔΝ 0 298 (ή ΔΝ 0 ), μετρώνται σε kJ/mol και δίνονται σε βιβλία αναφοράς. Η ενθαλπία σχηματισμού απλών ουσιών που είναι σταθερές στους 298 K και πίεση 100 kPa λαμβάνεται ίση με μηδέν.

Σε αυτή την περίπτωση, η συνέπεια του νόμου του Hess για θερμική επίδρασηχημική αντίδραση ( ΔΝ (H.R.)) μοιάζει με:

ΔΝ (H.R.) = ∑ΔΝ 0 προϊόντα αντίδρασης - ∑ΔΝ 0 πρώτες ύλες

Χρησιμοποιώντας το νόμο του Hess, μπορεί κανείς να υπολογίσει την ενέργεια ενός χημικού δεσμού, την ενέργεια των κρυσταλλικών δικτύων, τη θερμότητα της καύσης των καυσίμων, την περιεκτικότητα σε θερμίδες της τροφής κ.λπ.

Οι πιο συνηθισμένοι υπολογισμοί είναι ο υπολογισμός των θερμικών επιδράσεων (ενθαλπίες) των αντιδράσεων, ο οποίος είναι απαραίτητος για τεχνολογικούς και επιστημονικούς σκοπούς.

Παράδειγμα 1Να γράψετε τη θερμοχημική εξίσωση για την αντίδραση μεταξύ ΕΤΣΙ 2 (G) και υδρογόνο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό CH 4 (G) Και H 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) , υπολογίζοντας τη θερμική του επίδραση με βάση τα στοιχεία που δίνονται στο παράρτημα. Πόση θερμότητα θα απελευθερωθεί σε αυτή την αντίδραση κατά τη λήψη 67,2 λίτρων μεθανίου σε τυπικές συνθήκες;

Λύση.

ΕΤΣΙ 2 (G) + 3Η 2 (G) = CH 4 (G) + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ)

Βρίσκουμε στον κατάλογο (εφαρμογή) τις τυπικές θερμότητες σχηματισμού των ενώσεων που εμπλέκονται στη διαδικασία:

ΔΝ 0 (ΕΤΣΙ 2 (G) ) \u003d -393,51 kJ / mol ΔΝ 0 (CH 4 (G) ) = -74,85 kJ/mol ΔΝ 0 (H 2 (G) ) = 0 kJ/mol ΔΝ 0 (H 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) ) = -241,83 kJ/mol

Σημειώστε ότι η θερμότητα σχηματισμού του υδρογόνου, όπως όλες οι απλές ουσίες στη σταθερή τους κατάσταση υπό δεδομένες συνθήκες, είναι μηδέν. Υπολογίζουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης:

ΔΝ (H.R.) = ∑ΔN 0 (παραγωγή) -∑ΔN 0 (αναφ.) =

ΔΝ 0 (CH 4 (G) ) + 2ΔΝ 0 (H 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) ) - ΔΝ 0 (ΕΤΣΙ 2 (G) ) -3ΔΝ 0 (H 2 (G) )) =

74,85 + 2 (-241,83) - (-393,51) - 3 0 \u003d -165,00 kJ / mol.

Η θερμοχημική εξίσωση έχει τη μορφή:

ΕΤΣΙ 2 (G) + 3Η 2 (G) = CH 4 (G) + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΣΟΛ) ; ΔΝ= -165,00 kJ

Σύμφωνα με αυτή τη θερμοχημική εξίσωση, 165,00 kJ θερμότητας θα απελευθερωθούν με τη λήψη 1 mol, δηλ. 22,4 λίτρα μεθανίου. Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τη λήψη 67,2 λίτρων μεθανίου βρίσκεται από την αναλογία:

22,4 l -- 165,00 kJ 67,2 165,00

67,2 l -- Q kJ Q = ------ = 22,4

Παράδειγμα 2Κατά την καύση 1 λίτρου αιθυλενίου C 2 H 4 (G) (τυπικές συνθήκες) με το σχηματισμό αερίου μονοξειδίου του άνθρακα (IV) και υγρού νερού, απελευθερώνονται 63,00 kJ θερμότητας. Υπολογίστε τη μοριακή ενθαλπία της καύσης του αιθυλενίου από αυτά τα δεδομένα και σημειώστε την εξίσωση της θερμοχημικής αντίδρασης. Υπολογίστε την ενθαλπία σχηματισμού του C 2 H 4 (G) και συγκρίνετε την τιμή που προκύπτει με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας (Παράρτημα).

Λύση.Συνθέτουμε και εξισώνουμε το χημικό μέρος της απαιτούμενης θερμοχημικής εξίσωσης:

ΜΕ 2 H 4 (G) + 3Ο 2 (G) = 2СО 2 (G) + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ) ;  H= ?

Η δημιουργηθείσα θερμοχημική εξίσωση περιγράφει την καύση 1 mol, δηλ. 22,4 λίτρα αιθυλενίου. Η γραμμομοριακή θερμότητα καύσης του αιθυλενίου που απαιτείται για αυτό βρίσκεται από την αναλογία:

1l -- 63,00 kJ 22,4 63,00

22,4 l -- Q kJ Q = ------ =

1410,96 kJ

H = -Q, η θερμοχημική εξίσωση για την καύση του αιθυλενίου έχει τη μορφή: ΜΕ 2 H 4 (G) + 3Ο 2 (G) = 2СО 2 (G) + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ) ;  H= -1410,96 kJ

Να υπολογιστεί η ενθαλπία σχηματισμού ΜΕ 2 H 4 (G) αντλούμε ένα συμπέρασμα από τον νόμο του Hess: ΔΝ (H.R.) = ∑ΔN 0 (παραγωγή) -∑ΔN 0 (αναφ.).

Χρησιμοποιούμε την ενθαλπία καύσης αιθυλενίου που βρέθηκε από εμάς και τις ενθαλπίες σχηματισμού όλων (εκτός του αιθυλενίου) που συμμετέχουν στη διαδικασία που δίνεται στο παράρτημα.

1410,96 = 2 (-393,51) + 2 (-285,84) - ΔΝ 0 (ΜΕ 2 H 4 (G) ) - τριάντα

Από εδώ ΔΝ 0 (ΜΕ 2 H 4 (G) ) = 52,26 kJ/mol. Αυτό ταιριάζει με την τιμή που δίνεται στο παράρτημα και αποδεικνύει την ορθότητα των υπολογισμών μας.

Παράδειγμα 3Να γράψετε τη θερμοχημική εξίσωση για το σχηματισμό μεθανίου από απλές ουσίες υπολογίζοντας την ενθαλπία αυτής της διαδικασίας από τις ακόλουθες θερμοχημικές εξισώσεις:

CH 4 (G) + 2Ο 2 (G) = CO 2 (G) + 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ) ΔΝ 1 = -890,31 kJ (1)

ΜΕ (ΓΡΑΦΙΤΗΣ) + Ο 2 (G) = CO 2 (G)  H 2 = -393,51 kJ (2)

H 2 (G) + ½ Ο 2 (G) = Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ)  H 3 = -285,84 kJ (3)

Συγκρίνετε την τιμή που προκύπτει με τα δεδομένα του πίνακα (εφαρμογή).

Λύση.Συνθέτουμε και εξισώνουμε το χημικό μέρος της απαιτούμενης θερμοχημικής εξίσωσης:

ΜΕ (ΓΡΑΦΙΤΗΣ) + 2Η 2 (G) = CH 4 (G)  H 4 =  H 0 (CH 4(G)) ) =? (4)

Μπορείτε να λειτουργήσετε με τις θερμοχημικές εξισώσεις με τον ίδιο τρόπο όπως με τις αλγεβρικές. Ως αποτέλεσμα αλγεβρικών πράξεων με τις εξισώσεις 1, 2 και 3, πρέπει να λάβουμε την εξίσωση 4. Για να γίνει αυτό, πολλαπλασιάστε την εξίσωση 3 με 2, προσθέστε το αποτέλεσμα στην εξίσωση 2 και αφαιρέστε την εξίσωση 1.

2Η 2 (G) + Ο 2 (G) = 2Η 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ)  H 0 (CH 4 (G) ) = 2  H 3 +  H 2 -  H 1

+ Γ (ΓΡΑΦΙΤΗΣ) + Ο 2 (G) + CO 2 (G)  H 0 (CH 4 (G) ) = 2(-285,84)

- CH 4 (G) - 2Ο 2 (G) -CO 2 (G) - 2 Ω 2 ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ (ΚΑΙ) + (-393,51)

ΜΕ (ΓΡΑΦΙΤΗΣ) + 2Η 2 (G) = CH 4 (G)  H 0 (CH 4 (G) ) = -74,88 kJ

Αυτό ταιριάζει με την τιμή που δίνεται στο παράρτημα, η οποία αποδεικνύει την ορθότητα των υπολογισμών μας.

Πρόβλημα 10.1.Χρησιμοποιώντας τη θερμοχημική εξίσωση: 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 kJ, προσδιορίστε τη μάζα του νερού που σχηματίστηκε εάν απελευθερώθηκαν 1479 kJ ενέργειας.

Λύση.Γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης με τη μορφή:

Εχουμε
x = (2 mol 1479 kJ) / (484 kJ) = 6,11 mol.
Οπου
m (H 2 O) \u003d v M \u003d 6,11 mol 18 g / mol \u003d 110 g
Εάν η κατάσταση του προβλήματος δεν υποδεικνύει την ποσότητα της αντιδρούσας ουσίας, αλλά αναφέρει μόνο μια αλλαγή σε κάποια ποσότητα (μάζα ή όγκο), η οποία, κατά κανόνα, αναφέρεται σε μείγμα ουσιών, τότε είναι βολικό να εισαχθεί μια πρόσθετος όρος στην εξίσωση αντίδρασης που αντιστοιχεί σε αυτή την αλλαγή.

Πρόβλημα 10.2.Σε ένα μίγμα αιθανίου και ακετυλενίου με όγκο 10 λίτρα (n.o.) προστέθηκαν 10 l (n.o.) υδρογόνου. Το μίγμα πέρασε πάνω από θερμαινόμενο καταλύτη πλατίνας. Αφού φέραμε τα προϊόντα της αντίδρασης στις αρχικές συνθήκες, ο όγκος του μίγματος έγινε ίσος με 16 l. Καθορίσει κλάσμα μάζαςασετυλένιο στο μείγμα.

Λύση.Το υδρογόνο αντιδρά με το ακετυλένιο, αλλά όχι με το αιθάνιο.
C 2 H 6 + H2 2 ≠
C 2 H 2 + 2H 2 → C 2 H 6
Σε αυτή την περίπτωση, ο όγκος του συστήματος μειώνεται κατά
ΔV \u003d 10 + 10 - 16 \u003d 4 l.
Η μείωση του όγκου οφείλεται στο γεγονός ότι ο όγκος του προϊόντος (C 2 H 6) είναι μικρότερος από τον όγκο των αντιδραστηρίων (C 2 H 2 και H 2).
Γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης εισάγοντας την έκφραση ΔV.
Εάν στην αντίδραση εισέλθουν 1 l C 2 H 2 και 2 l H 2 και σχηματιστεί 1 l C 2 H 6, τότε
ΔV \u003d 1 + 2 - 1 \u003d 2 l.


Από την εξίσωση φαίνεται ότι
V (C 2 H 2) \u003d x \u003d 2 l.
Επειτα
V (C 2 H 6) \u003d (10 - x) \u003d 8 l.
Από έκφραση
m / M = V / V M
έχουμε
m = M V / V M
m (C 2 H 2) \u003d M V / V M\u003d (26 g / mol 2l) / (22,4 l / mol) \u003d 2,32 g,
m (C 2 H 6) \u003d M V / V M,
m (μίγματα) \u003d m (C 2 H 2) + m (C 2 H 6) \u003d 2,32 g + 10,71 g \u003d 13,03 g,
w (C 2 H 2) \u003d m (C 2 H 2) / m (μείγματα) \u003d 2,32 g / 13,03 g \u003d 0,18.

Πρόβλημα 10.3.Μια πλάκα σιδήρου βάρους 52,8 g τοποθετήθηκε σε ένα διάλυμα θειικού χαλκού (II). Προσδιορίστε τη μάζα του διαλυμένου σιδήρου εάν η μάζα της πλάκας γίνει 54,4 g.

Λύση.Η μεταβολή της μάζας της πλάκας είναι:
Δm = 54,4 - 52,8 = 1,6 g.
Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης. Μπορεί να φανεί ότι εάν διαλυθούν 56 g σιδήρου από την πλάκα, τότε 64 g χαλκού θα εναποτεθούν στην πλάκα και η πλάκα θα γίνει 8 g βαρύτερη:


Είναι ξεκάθαρο ότι
m(Fe) \u003d x \u003d 56 g 1,6 g / 8 g \u003d 11,2 g.

Πρόβλημα 10.4.Σε 100 g διαλύματος που περιέχει μείγμα υδροχλωρικού και νιτρικού οξέος, διαλύονται το πολύ 24,0 g οξειδίου του χαλκού(II). Μετά την εξάτμιση του διαλύματος και την πύρωση του υπολείμματος, η μάζα του είναι 29,5 g. Γράψτε τις εξισώσεις για τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα και προσδιορίστε το κλάσμα μάζας του υδροχλωρικού οξέος στο αρχικό διάλυμα.

Λύση.Ας γράψουμε τις εξισώσεις αντίδρασης:
CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)
CuO + 2HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + H 2 O (2)
2Cu (NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2 (3)
Μπορεί να φανεί ότι η αύξηση της μάζας από 24,0 g σε 29,5 g σχετίζεται μόνο με την πρώτη αντίδραση, επειδή το οξείδιο του χαλκού, διαλυμένο σε νιτρικό οξύσύμφωνα με την αντίδραση (2), στην πορεία της αντίδρασης (3) μετατράπηκε πάλι σε οξείδιο του χαλκού της ίδιας μάζας. Αν κατά την αντίδραση (1) αντιδράσει 1 mol CuO με μάζα 80 g και σχηματιστεί 1 mol CuCl 2 με μάζα 135 g, τότε η μάζα θα αυξηθεί κατά 55 g. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η μάζα 2 mol HCl είναι 73 g, γράφουμε ξανά την εξίσωση (1), προσθέτοντας την παράσταση Δm.

Είναι ξεκάθαρο ότι
m (HCl) \u003d x \u003d 73 g 5,5 g / 55 g \u003d 7,3 g.
Βρείτε το κλάσμα μάζας του οξέος:
w(HCl) = m(HCl) / m διάλυμα =
= 7,3 g / 100 g = 0,073.

Η έννοια των εξισώσεων θερμοχημικής αντίδρασης

Οι εξισώσεις των χημικών αντιδράσεων στις οποίες υποδεικνύεται το θερμικό αποτέλεσμα ονομάζονται θερμοχημικές εξισώσεις. Το θερμικό αποτέλεσμα δίνεται ως η τιμή της μεταβολής της ενθαλπίας της αντίδρασης ΑΝ. Στις θερμοχημικές εξισώσεις, σε αντίθεση με τις συνηθισμένες χημικές εξισώσεις, υποδεικνύονται απαραίτητα οι αθροιστικές καταστάσεις των ουσιών (υγρό "υγρό", στερεό "στερεό" ή αέριο "g"). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ίδια ουσία σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης έχει διαφορετική ενθαλπία. Επομένως, μια χημική αντίδραση που περιλαμβάνει τις ίδιες ουσίες, αλλά σε διαφορετικές κατάσταση συνάθροισηςχαρακτηρίζεται από διαφορετική θερμική επίδραση.

Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης στις θερμοχημικές εξισώσεις συμβολίζεται με δύο τρόπους:

1) υποδείξτε μόνο το σύμβολο AN - εάν πρέπει απλώς να σημειώσετε εάν η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη:

Η μεταβολή της ενθαλπίας που δίνεται στη θερμοχημική εξίσωση είναι το ίδιο μέρος χημική εξίσωση, όπως οι τύποι των ουσιών, και επομένως υπακούει στις ίδιες σχέσεις. Για παράδειγμα, για την εξίσωση καύσης αιθανίου:

Για άλλες ποσότητες αντιδρώντων ή προϊόντων, η ποσότητα της θερμότητας θα αλλάξει αναλογικά.

Συχνά, για να διευκολυνθεί η χρήση θερμοχημικών εξισώσεων, οι συντελεστές σε αυτές μειώνονται έτσι ώστε οι τύποι των ουσιών για τις οποίες πραγματοποιούνται υπολογισμοί να προηγούνται από συντελεστή 1. Φυσικά, σε αυτήν την περίπτωση, άλλοι συντελεστές μπορούν να αποδειχθούν να είναι κλασματική και είναι απαραίτητο να μειωθεί αναλογικά η τιμή της μεταβολής της ενθαλπίας. Έτσι, για την αντίδραση της αλληλεπίδρασης του νατρίου με το νερό, που δίνεται παραπάνω, μπορούμε να γράψουμε τη θερμοχημική εξίσωση:

Σύνταξη θερμοχημικών εξισώσεων αντιδράσεων Παράδειγμα 1. Όταν το άζωτο αντιδρά με 1 mol μιας ουσίας με οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο του αζώτου (II), απορροφώνται 181,8 kJ ενέργειας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για την αντίδραση.

Λύση. Εφόσον η ενέργεια απορροφάται, το ΑΝ είναι θετικός αριθμός. Η θερμοχημική εξίσωση θα μοιάζει με αυτό:

Παράδειγμα 2. Για την αντίδραση της σύνθεσης υδροϊωδίου από απλό αέριες ουσίεςΑΝ = +52 kJ/mol. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για την αποσύνθεση του υδροϊωδίου σε απλές ουσίες.

Λύση. Οι αντιδράσεις της σύνθεσης υδροϊωδιούχου και η αποσύνθεσή του είναι αντίθετες αντιδράσεις. Αναλύοντας το Σχήμα 18.4, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι σε αυτή την περίπτωση οι ουσίες, άρα και οι ενθαλπίες τους, είναι ίδιες. Η μόνη διαφορά είναι ποια από τις ουσίες είναι το προϊόν της αντίδρασης και ποια είναι το αντιδρών. Με βάση αυτό, συμπεραίνουμε ότι σε αντίθετες διαδικασίες, τα AH είναι ίδια σε αξία, αλλά διαφορετικά σε πρόσημο. Έτσι, για την αντίδραση σύνθεσης υδροϊωδίου:

Εφόσον στην πράξη μετράται η μάζα ή ο όγκος των ουσιών, είναι απαραίτητο να συνταχθούν θερμοχημικές εξισώσεις χρησιμοποιώντας ακριβώς αυτά τα δεδομένα. Παράδειγμα. Κατά τον σχηματισμό υγρού νερού βάρους 18 g, απελευθερώθηκαν 241,8 kJ θερμότητας από απλές ουσίες. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση. Λύση. Το νερό που ζυγίζει 18 g αντιστοιχεί στην ποσότητα της ουσίας n (H 2 O) \u003d m / M \u003d 18 g / 18 g / mol \u003d 1 mol. Και στην εξίσωση αντίδρασης για το σχηματισμό νερού από απλές ουσίες, ο τύπος του νερού προηγείται από συντελεστή 2. Ως εκ τούτου, στη θερμοχημική εξίσωση, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η μεταβολή της ενθαλπίας κατά το σχηματισμό νερού με μια ποσότητα ουσίας 2 mol, δηλαδή 241,8. 2 = 483,6:

Στις ετικέτες των τροφίμων δίνονται απαραίτητα πληροφορίες σχετικά με την ενεργειακή τους αξία, που συχνά ονομάζεται περιεκτικότητα σε θερμίδες. Για τους περισσότερους ανθρώπους, οι πληροφορίες σχετικά με την περιεκτικότητα σε θερμίδες των τροφίμων προκαλούν σκέψη: «Πόσο θα κερδίσω αν το φάω;» Στην πραγματικότητα, οι αριθμοί που αναγράφονται στην ετικέτα είναι το θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης της πλήρους καύσης 100 g αυτού του προϊόντος σε διοξείδιο του άνθρακακαι νερό. Αυτό το θερμικό αποτέλεσμα δίνεται συχνά στις απαρχαιωμένες μονάδες μέτρησης θερμότητας - θερμίδες ή χιλιοθερμίδες (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), από όπου προέρχεται ο όρος «θερμιδικό περιεχόμενο».

Βασική ιδέα

Αλλαγή ενθαλπίας — ποσοτικό χαρακτηριστικόθερμότητα που απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης.

Εργασίες για τον έλεγχο του υλικού

210. Ποιες εξισώσεις αντίδρασης ονομάζονται θερμοχημικές;

211. Να προσδιορίσετε ποιες από τις δοσμένες θερμοχημικές εξισώσεις αντιστοιχούν σε εξώθερμες διεργασίες; ενδόθερμες διεργασίες;

212. Σύμφωνα με τη θερμοχημική εξίσωση για τη σύνθεση της αμμωνίας, να υπολογίσετε πόση θερμότητα θα απελευθερωθεί: α) όταν το άζωτο καταναλωθεί από μια ουσία 1 mol. β) ο σχηματισμός αμμωνίας από την ποσότητα της ουσίας 2 mol. 1\1 2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.

213. Η μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης καύσης του άνθρακα είναι 393,5 kJ / mol. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

214. Κατά την καύση του μεθανίου, η ποσότητα της ουσίας 1 mol απελευθέρωσε 890 kJ ενέργειας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

215. Το οξείδιο του σιδήρου(11) ανάγεται με οξείδιο του άνθρακα(11) σε σίδηρο. Αυτή η αντίδραση συνοδεύεται από την απελευθέρωση 1318 kJ θερμότητας κατά τη λήψη 1 mol σιδήρου. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

216. Στην αλληλεπίδραση του υδρογόνου με το ιώδιο σχηματίστηκε υδροιώδιο σε ποσότητα ουσίας 2 mol. Σε αυτή την περίπτωση, απορροφήθηκαν 101,6 kJ ενέργειας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

217. Σύμφωνα με τις θερμοχημικές εξισώσεις στην εργασία 211, να σχηματίσετε τις θερμοχημικές εξισώσεις των αντιδράσεων: α) τον σχηματισμό οξειδίου του υδραργύρου (II) από απλές ουσίες. β) αποσύνθεση υδροχλωρίου. γ) ο σχηματισμός γλυκόζης κατά τη φωτοσύνθεση.

218. Κατά την καύση του οξειδίου του άνθρακα (Ι) απελευθερώθηκαν 566 kJ ενέργειας σε ποσότητα ουσίας 2 mol. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για την αντίδραση.

219. Η αποσύνθεση ανθρακικού βαρίου βάρους 197 g καταναλώνει 272 kJ θερμότητας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

220. Κατά την αλληλεπίδραση σιδήρου βάρους 56 g με θείο, απελευθερώθηκαν 95 kJ θερμότητας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

221. Συγκρίνετε τις δοσμένες θερμοχημικές εξισώσεις και εξηγήστε τις διαφορές στη μεταβολή της ενθαλπίας:

222*. Η αλλαγή στην ενθαλπία της αντίδρασης εξουδετέρωσης του υπερχλωρικού οξέος με υδροξείδιο του νατρίου είναι -56,1 kJ / mol και με υδροξείδιο του καλίου - -56,3 kJ / mol. Στην αντίδραση του νιτρικού οξέος με το υδροξείδιο του λιθίου, η μεταβολή της ενθαλπίας είναι -55,8 kJ/mol. Γιατί πιστεύετε ότι τα θερμικά αποτελέσματα αυτών των αντιδράσεων σχεδόν συμπίπτουν;

Αυτό είναι υλικό σχολικού βιβλίου.

Εργασία 1.
Κατά την καύση 560 ml (Ν.Ο.) ακετυλενίου σύμφωνα με τη θερμοχημική εξίσωση:
2C 2 H 2 (G) + 5O 2 (g) \u003d 4CO 2 (G) + 2H 2 O (G) + 2602,4 kJ
ξεχώρισαν:
1) 16.256 kJ; 2) 32,53 kJ; 3) 32530 kJ; 4) 16265 kJ
Δεδομένος:
όγκος ακετυλενίου: V (C 2 H 2) \u003d 560 ml.
Βρείτε: την ποσότητα της θερμότητας που απελευθερώνεται.
Λύση:
Για να επιλέξετε τη σωστή απάντηση, είναι πιο βολικό να υπολογίσετε την τιμή που αναζητείται στο πρόβλημα και να τη συγκρίνετε με τις προτεινόμενες επιλογές. Ο υπολογισμός σύμφωνα με τη θερμοχημική εξίσωση δεν διαφέρει από τον υπολογισμό σύμφωνα με τη συνήθη εξίσωση αντίδρασης. Πάνω από την αντίδραση, υποδεικνύουμε τα δεδομένα στην κατάσταση και τις επιθυμητές τιμές, κάτω από την αντίδραση - τις αναλογίες τους σύμφωνα με τους συντελεστές. Η θερμότητα είναι ένα από τα προϊόντα, έτσι αριθμητική αξίαθεωρούμε ως συντελεστή.

Συγκρίνοντας τη ληφθείσα απάντηση με τις προτεινόμενες επιλογές, βλέπουμε ότι η απάντηση Νο. 2 είναι κατάλληλη.
Ένα μικρό κόλπο που οδήγησε τους απρόσεκτους μαθητές στη λάθος απάντηση Νο. 3 ήταν οι μονάδες όγκου ασετυλίνης. Ο όγκος που υποδεικνύεται στην κατάσταση σε χιλιοστόλιτρα πρέπει να έχει μετατραπεί σε λίτρα, καθώς ο μοριακός όγκος μετράται σε (l / mol).

Περιστασιακά, υπάρχουν προβλήματα στα οποία η θερμοχημική εξίσωση πρέπει να συνταχθεί ανεξάρτητα από την τιμή της θερμότητας σχηματισμού σύνθετη ουσία.

Εργασία 1.2.
Η θερμότητα σχηματισμού του οξειδίου του αργιλίου είναι 1676 kJ/mol. Προσδιορίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης κατά την οποία η αλληλεπίδραση του αλουμινίου με το οξυγόνο αποδίδει
25,5 g A1 2 O 3 .
1) 140 kJ; 2) 209,5 kJ; 3) 419 kJ; 4) 838 kJ.
Δεδομένος:
θερμότητα σχηματισμού οξειδίου του αργιλίου: Qobr (A1 2 O 3) = = 1676 kJ/mol;
μάζα του ληφθέντος οξειδίου του αργιλίου: m (A1 2 O 3) \u003d 25,5 g.
Εύρεση: θερμική επίδραση.
Λύση:
Αυτό το είδος προβλήματος μπορεί να λυθεί με δύο τρόπους:
με τρόπο
Σύμφωνα με τον ορισμό, η θερμότητα σχηματισμού μιας σύνθετης ουσίας είναι η θερμική επίδραση της χημικής αντίδρασης του σχηματισμού 1 mol αυτής της σύνθετης ουσίας από απλές ουσίες.
Καταγράφουμε την αντίδραση σχηματισμού οξειδίου του αργιλίου από Α1 και Ο2. Κατά την τακτοποίηση των συντελεστών στην εξίσωση που προκύπτει, λαμβάνουμε υπόψη ότι πριν από το A1 2 O 3 θα πρέπει να υπάρχει ένας συντελεστής "1" , που αντιστοιχεί στην ποσότητα της ουσίας σε 1 mol. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη θερμότητα σχηματισμού που δίνεται στην συνθήκη:
2A1 (TV) + 3 / 2O 2 (g) -----> A1 2 O 3 (TV) + 1676 kJ
Έχουμε λάβει μια θερμοχημική εξίσωση.
Για να παραμείνει ο συντελεστής μπροστά από το A1 2 O 3 ίσος με το "1", ο συντελεστής μπροστά από το οξυγόνο πρέπει να είναι κλασματικός.
Κατά τη σύνταξη θερμοχημικών εξισώσεων, επιτρέπονται κλασματικοί συντελεστές.
Υπολογίζουμε την ποσότητα θερμότητας που θα απελευθερωθεί κατά τον σχηματισμό 25,5 g A1 2 O 3:

Κάνουμε μια αναλογία:
με την παραλαβή 25,5 g A1 2 O 3 x kJ απελευθερώνεται (σύμφωνα με την προϋπόθεση)
με την παραλαβή 102 g A1 2 O 3, απελευθερώνονται 1676 kJ (σύμφωνα με την εξίσωση)

Η κατάλληλη απάντηση είναι #3.
Κατά την επίλυση του τελευταίου προβλήματος στις συνθήκες της Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης, ήταν δυνατό να μην συνταχθεί μια θερμοχημική εξίσωση. Ας εξετάσουμε αυτή τη μέθοδο.
μέθοδος II
Σύμφωνα με τον ορισμό της θερμότητας σχηματισμού, απελευθερώνονται 1676 kJ κατά το σχηματισμό 1 mol Al 2 O 3 . Η μάζα 1 mol A1 2 O 3 είναι 102 g, επομένως, είναι δυνατόν να γίνει μια αναλογία:
1676 kJ απελευθερώνονται κατά τον σχηματισμό 102 g A1 2 O 3
x kJ απελευθερώνεται κατά το σχηματισμό 25,5 g A1 2 O 3

Η κατάλληλη απάντηση είναι #3.
Απάντηση: Q = 419kJ.

Εργασία 1.3.
Με το σχηματισμό 2 mol CuS από απλές ουσίες απελευθερώνονται 106,2 kJ θερμότητας. Κατά τον σχηματισμό 288 g CuS, απελευθερώνεται θερμότητα κατά την ποσότητα:
1) 53,1 kJ; 2) 159,3 kJ; 3) 212,4 kJ; 4) 26,6 kJ
Λύση:
Βρείτε τη μάζα των 2 mol CuS:
m(CuS) = n(CuS) . M(CuS) = 2. 96 = 192
Στο κείμενο της συνθήκης, αντί για την τιμή της ποσότητας της ουσίας CuS, αντικαθιστούμε τη μάζα των 2 mol αυτής της ουσίας και παίρνουμε την τελική αναλογία:
στο σχηματισμό 192 g CuS, απελευθερώνονται 106,2 kJ θερμότητας
στο σχηματισμό 288 g CuS απελευθερώνεται θερμότητα κατά την ποσότητα Χ kJ.

Σωστή απάντηση νούμερο 2.

Ο δεύτερος τύπος προβλημάτων μπορεί να λυθεί τόσο σύμφωνα με το νόμο των ογκομετρικών σχέσεων όσο και χωρίς τη χρήση του. Ας δούμε και τις δύο λύσεις με ένα παράδειγμα.

Εργασίες για την εφαρμογή του νόμου των ογκομετρικών σχέσεων:

Εργασία 1.4.
Προσδιορίστε τον όγκο του οξυγόνου (n.o.s.) που απαιτείται για την καύση 5 λίτρων μονοξειδίου του άνθρακα (o.s.).
1) 5 l; 2) 10 λίτρα; 3) 2,5 l; 4) 1,5 λίτρο.
Δεδομένος:
όγκος μονοξειδίου του άνθρακα (n.o.): VCO) = 5 l.
Εύρεση: όγκος οξυγόνου (n.o.): V (O 2) \u003d?
Λύση:
Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να γράψετε μια εξίσωση για την αντίδραση:
2CO + O 2 \u003d 2CO
n = 2 mol n = 1 mol
Εφαρμόζουμε τον νόμο των ογκομετρικών αναλογιών:

Βρίσκουμε την αναλογία από την εξίσωση αντίδρασης, και
Το V(CO) θα ληφθεί από την κατάσταση. Αντικαθιστώντας όλες αυτές τις τιμές στον νόμο των ογκομετρικών αναλογιών, παίρνουμε:

Ως εκ τούτου: V (O 2) \u003d 5/2 \u003d 2,5 l.
Η κατάλληλη απάντηση είναι #3.
Χωρίς τη χρήση του νόμου των ογκομετρικών αναλογιών, το πρόβλημα λύνεται με τον υπολογισμό σύμφωνα με την εξίσωση:

Κάνουμε μια αναλογία:
5 l CO2 αλληλεπιδρούν με chl O2 (σύμφωνα με την συνθήκη) 44,8 l CO2 αλληλεπιδρούν με 22,4 l O2 (σύμφωνα με την εξίσωση):

Λάβαμε την ίδια επιλογή απάντησης με αριθμό 3.

Βίντεο μάθημα 2: Υπολογισμοί σύμφωνα με θερμοχημικές εξισώσεις

Διάλεξη: Θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης. Θερμοχημικές εξισώσεις

Θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης

Θερμοχημεία- Αυτός είναι ένας κλάδος της χημείας που μελετά τη θερμική, δηλ. θερμικές επιδράσεις των αντιδράσεων.

Όπως γνωρίζετε, κάθε χημικό στοιχείοέχει n-ποσότητα ενέργειας. Αυτό το αντιμετωπίζουμε καθημερινά γιατί Κάθε γεύμα παρέχει στον οργανισμό μας ενέργεια. χημικές ενώσεις. Χωρίς αυτό δεν θα έχουμε τη δύναμη να κινηθούμε, να δουλέψουμε. Αυτή η ενέργεια διατηρεί σταθερό t 36,6 στο σώμα μας.

Την ώρα των αντιδράσεων, η ενέργεια των στοιχείων ξοδεύεται είτε στην καταστροφή είτε στο σχηματισμό χημικοί δεσμοίμεταξύ ατόμων. Για να καταστραφεί ο δεσμός, πρέπει να δαπανηθεί ενέργεια και για να σχηματιστεί, πρέπει να διατεθεί. Και όταν η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που δαπανάται, η προκύπτουσα περίσσεια ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα. Ετσι:

Η απελευθέρωση και απορρόφηση θερμότητας κατά τις χημικές αντιδράσεις ονομάζεται τη θερμική επίδραση της αντίδρασης, και συμβολίζεται με τα γράμματα Q.

εξώθερμες αντιδράσεις- κατά τη διαδικασία τέτοιων αντιδράσεων, απελευθερώνεται θερμότητα και μεταφέρεται στο περιβάλλον.

Στο αυτού του τύπουθετική αντίδραση θερμική επίδραση +Q. Για παράδειγμα, πάρτε την αντίδραση καύσης του μεθανίου:

Ενδόθερμες αντιδράσεις- στη διαδικασία τέτοιων αντιδράσεων, απορροφάται θερμότητα.

Αυτός ο τύπος αντίδρασης έχει αρνητική θερμική επίδραση -Q. Για παράδειγμα, εξετάστε την αντίδραση άνθρακα και νερού σε υψηλό t:

Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία καθώς και από την πίεση.

Θερμοχημικές εξισώσεις

Η θερμική επίδραση της αντίδρασης προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τη θερμοχημική εξίσωση. Σε τι διαφέρει; ΣΕ δεδομένη εξίσωσηδίπλα στο σύμβολο του στοιχείου, υποδεικνύεται η κατάσταση συσσώρευσής του (στερεό, υγρό, αέριο). Αυτό πρέπει να γίνει γιατί η θερμική επίδραση των χημικών αντιδράσεων επηρεάζεται από τη μάζα της ουσίας σε κατάσταση συσσωμάτωσης. Στο τέλος της εξίσωσης, μετά το σύμβολο =, υποδεικνύεται η αριθμητική τιμή των θερμικών επιδράσεων σε J ή kJ.

Ως παράδειγμα, παρουσιάζεται μια εξίσωση αντίδρασης που δείχνει τη διαδικασία της καύσης υδρογόνου σε οξυγόνο: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.

Η εξίσωση δείχνει ότι απελευθερώνονται 286 kJ θερμότητας ανά 1 mol οξυγόνου και 1 mol νερού που σχηματίζεται. Η αντίδραση είναι εξώθερμη. Αυτή η αντίδραση έχει σημαντική θερμική επίδραση.

Κατά τον σχηματισμό οποιασδήποτε ένωσης, θα απελευθερωθεί ή θα απορροφηθεί η ίδια ποσότητα ενέργειας που απορροφάται ή απελευθερώνεται κατά τη διάσπασή της σε πρωτογενείς ουσίες.

Σχεδόν όλοι οι θερμοχημικοί υπολογισμοί βασίζονται στον νόμο της θερμοχημείας - τον νόμο Hess. Ο νόμος εισήχθη το 1840 από τον διάσημο Ρώσο επιστήμονα G. I. Hess.

Βασικός νόμος της θερμοχημείας: θερμική επίδραση της αντίδρασης, εξαρτάται από τη φύση και φυσική κατάστασηαρχική και τελική ουσία, αλλά δεν εξαρτάται από την πορεία της αντίδρασης.

Εφαρμογή αυτός ο νόμος, θα είναι δυνατός ο υπολογισμός της θερμικής επίδρασης του ενδιάμεσου σταδίου της αντίδρασης εάν είναι γνωστά η συνολική θερμική επίδραση της αντίδρασης και τα θερμικά αποτελέσματα άλλων ενδιάμεσων σταδίων.

Η γνώση της θερμικής επίδρασης μιας αντίδρασης είναι μεγάλη πρακτική αξία. Για παράδειγμα, οι διαιτολόγοι τα χρησιμοποιούν όταν συντάσσουν τη σωστή δίαιτα. V χημική βιομηχανίααυτή η γνώση είναι απαραίτητη όταν θερμαίνονται αντιδραστήρες, και τέλος, χωρίς να υπολογιστεί το θερμικό αποτέλεσμα, είναι αδύνατο να εκτοξευτεί ένας πύραυλος σε τροχιά.