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.

Алгоритм II. Расчеты по термохимическим уравнениям

Задача II.1.

Какое количество теплоты выделится при сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О+878 кДж

Кратко записать условие задачи

Дано: Q = +878 кДж

V (СН 4 ) = 4,48л

Найти: Q 1 - ?

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q

4,48 л Q 1

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q

1 моль 878 кДж

22,4л /моль

Найти количество вещества метана, занимающего объем 4,48 л

n = V / Vm

n ( CH 4 )= 4,48л / 22,4л/моль = 0,2 моль

Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании метана количеством вещества 0,2 моль

По уравнению:

878 кДж – 1 моль СН 4

По условию:

Q 1 – 0,2 моль СН 4

Q 1 = 175,6 кДж

Сформулировать ответ

При сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) выделится 175,6 кДж теплоты

Задача II.2.

Дано: Q = +2700 кДж

V (С 2 Н 2 ) = 224

Найти: Q 1 - ?

Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении

2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q

Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением

224 л Q 1

2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q

1 моль 2700 кДж

44,8 л/моль

Найти количество вещества ацетилена, занимающего объем 224 л

n = V / Vm

n ( C 2 H 2 )= 224л / 44,8/моль = 5 моль

Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании ацетилена количеством вещества 5 моль

По уравнению:

2700 кДж – 1 моль С 2 Н 2

По условию:

Q 1 – 5 моль С 2 Н 2

Q 1 = 13500 кДж

Сформулировать ответ

При сгорании ацетилена объемом 224 л (н.у.) выделится 13500 кДж теплоты

Задача II.3.

Дано: Q = +1642 кДж

Найти: m ( CH 3 COOH ) - ?

V(CO 2 ) - ?

Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q

Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением

m - ? 1642 кДж

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q 1 1 моль 2 моль

Найти относительные молекулярные массы, молярные массы веществ, используемых при решении задачи

Mr ( CH 3 COOH) = 12+3*1+12+16*2+1=60

M ( CH 3 COOH) = 60 г / моль

Mr ( CO 2 ) = 12+16*2= 44

M ( CO 2) = 44 г / моль

Вычислим количество вещества уксусной кислоты, при сжигании которой выделилось 1642 кДж теплоты

По уравнению:

821 кДж – 1 моль CH 3 COOH

По условию:

1642 кДж - 2 моль CH 3 COOH

Вычислим массу уксусной кислоты, количество вещества которой 2 моль

m ( CH 3 COOH ) = n * M

m ( CH 3 COOH ) = 2 моль *60г/моль = 120 г

Вычислим количество вещества оксида углерода(IV) , образовавшегося в ходе реакции

По уравнению:

2 моль CO 2 – 1 моль CH 3 COOH

По условию:

4 моль CO 2 - 2 моль CH 3 COOH

Вычислим какой объем оксида углерода (IV) выделился в течении реакции

V( CO 2 ) = Vm* n (CO 2)

V( CO 2 ) = 22,4*4 моль = 89,6 л

Сформулировать ответ

120 г уксусной кислоты получится, если в результате реакции выделится 1642 кДж теплоты, объем оксида углерода (IV) при этом составит 89,6 л

Задачи для самостоятельного решения.

Задача II.4. Какое количество теплоты выделится при сгорании уксусной кислоты объемом 2,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 821 кДж

Задача II.5. Какое количество теплоты выделится при сгорании этена объемом 22,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

C 2 Н 4 + 3 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 1500 кДж

Задача II.6. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 л метана (измерено при н.у.), если тепловой эффект этой реакции равен 801 кДж?

Задача II.7При сжигании 1 моль ацетилена выделится 1350 кДж теплоты. Сколько теплоты выделится при сжигании 10 л ацетилена (н.у)?

Задача II.8. При сжигании 5 моль этанола выделяется 1248 кДж теплоты. Какая масса этанола должна сгореть, чтобы выделилось 624 кДж теплоты?

Задача II.9. При сжигании 2 моль ацетилена выделяется 1350 кДж теплоты. Какая масса ацетилена должна сгореть, чтобы выделилось 200 кДж теплоты?

Задача II.10. При сжигании 10 моль метана выделяется 1600 кДж теплоты. Какой объем метана должен сгореть, чтобы выделилось 3000 кДж теплоты?

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.

Теплота образования

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

Напишите термохимическое уравнение реакции между СО (г) и водородом, в результате которой образуются СН4 (г) и Н2О (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия

Ответ: 618,48 кДж

Запишем уравнение реакции:

СО (г) + 3H 2(г) > СН 4(г) + Н 2 О (г)

Вычислим изменение энтальпии данной реакции:

Таким образом, уравнение принимает вид:

СО(г) + 3H2(г) > СН4(г) + Н2О(г) + 206,16 кДж

Данное уравнение справедливо при образовании 1 моля или 22,4 л (н.у.) метана. При образовании 67,2 л или 3 моль метана уравнение принимает вид:

• 3СО (г) + 9H 2(г) > 3СН 4(г) + 3Н 2 О (г) + 618,48 кДж
• 3.Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите?S°298 для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях

Ответ: а) 118,78 Дж/(моль · К); б) - 3,25 Дж/(моль · К)

а) При переходе воды в пар энтропия системы увеличивается.

В 1911 г. Макс Планк предложил следующий постулат: энтропия правильно сформированного кристалла чистого вещества при абсолютном нуле равна нулю. Этот постулат может быть объяснен статистической термодинамикой, согласно которой энтропия есть мера беспорядочности системы на микроуровне:

где W - число различных состояний системы, доступное ей при данных условиях, или термодинамическая вероятность макросостояния системы; R = 1,38,10-16 эрг/град - постоянная Больцмана.

Очевидно, что энтропия газа существенно превышает энтропию жидкости. Это подтверждают расчеты:

H2O(ж) < H2O(г)

• ?S°проц. = 188,72 - 69,94 = 118,78 Дж/моль*К
• б) При переходе графита в алмаз энтропия системы уменьшается, т.к. число различных состояний системы уменьшается. Это подтверждают расчеты:

Cграф. > Cалм.

S°проц. = 2,44 - 5,69 = -3,25 Дж/моль*К

Вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях, так как энтропия характеризует неупорядоченность системы, то при аллотропных превращениях, если система становится более упорядоченной (в данном случае алмаз тверже и прочнее графита), то энтропия системы уменьшается. При фазовых превращениях: при переходе вещества из твердой, жидкой фазы в газообразную система становится менее упорядоченной и энтропия увеличивается и наоборот.