Din materialele lecției, veți afla ce ecuație a unei reacții chimice se numește termochimic. Lecția este dedicată studiului algoritmului de calcul pentru ecuația termochimică a reacțiilor.
Tema: Substanțe și transformările lor
Lecția: Calcule folosind ecuații termochimice
Aproape toate reacțiile au loc cu eliberarea sau absorbția căldurii. Se numește cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în timpul unei reacții efectul termic al unei reacții chimice.
Dacă efectul termic este scris în ecuația unei reacții chimice, atunci o astfel de ecuație se numește termochimic.
În ecuațiile termochimice, spre deosebire de ecuațiile chimice convenționale, se indică în mod necesar starea de agregare a unei substanțe (solid, lichid, gazos).
De exemplu, ecuația termochimică pentru reacția dintre oxidul de calciu și apă arată astfel:
CaO (t) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (t) + 64 kJ
Cantitatea de căldură Q eliberată sau absorbită în timpul unei reacții chimice este proporțională cu cantitatea de substanță din reactant sau produs. Prin urmare, folosind ecuații termochimice, se pot face diverse calcule.
Luați în considerare exemple de rezolvare a problemelor.
Sarcina 1:Determinați cantitatea de căldură consumată la descompunerea a 3,6 g de apă în conformitate cu TCA al reacției de descompunere a apei:
Puteți rezolva această problemă folosind proporția:
în timpul descompunerii a 36 g de apă s-au absorbit 484 kJ
în descompunerea a 3,6 g apă absorbită x kJ
Astfel, se poate întocmi ecuația reacției. Rezolvarea completă a problemei este prezentată în Fig.1.
Orez. 1. Formularea soluției problemei 1
Problema poate fi formulată în așa fel încât va trebui să scrieți o ecuație de reacție termochimică. Să luăm în considerare un exemplu de astfel de sarcină.
Sarcina 2: Interacțiunea a 7 g de fier cu sulful a eliberat 12,15 kJ de căldură. Pe baza acestor date, faceți o ecuație termochimică pentru reacție.
Vă atrag atenția asupra faptului că răspunsul la această problemă este ecuația reacției termochimice în sine.
Orez. 2. Formularea soluției problemei 2
1. Culegere de sarcini și exerciții la chimie: clasa a VIII-a: la manual. P.A. Orjekovski și alții „Chimie. Nota a 8-a / P.A. Orjekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (p. 80-84)
2. Chimie: anorganică. chimie: manual. pentru 8kl. general inst. /GE. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Iluminismul, SA „Manuale de la Moscova”, 2009. (§23)
3. Enciclopedie pentru copii. Volumul 17. Chimie / Capitolul. editat de V.A. Volodin, conducând. științific ed. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.
Resurse web suplimentare
1. Rezolvarea problemelor: calcule după ecuații termochimice ().
2. Ecuații termochimice ().
Teme pentru acasă
1) cu. 69 sarcini №№ 1,2 din manualul „Chimie: anorganice. chimie: manual. pentru 8kl. general inst.» /GE. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Educație, SA „Manuale de la Moscova”, 2009.
2) p.80-84 nr.241, 245 din Culegerea de sarcini și exerciții la chimie: clasa a VIII-a: la manual. P.A. Orjekovski și alții „Chimie. Nota a 8-a / P.A. Orjekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.
Algoritmul II. Calcule după ecuații termochimice
Sarcina II.1.
Ce cantitate de căldură va fi eliberată în timpul arderii metanului cu un volum de 4,48 litri (n.o.) în conformitate cu ecuația termochimicăCH4 +2O2 = CO2 +2 ore2 О+878 kJ
Scrieți pe scurt starea problemei
Dat:Q= +878 kJ
V(CH4 ) = 4,48l
A găsi:Q 1 - ?
CH 4 +2O2 = CO2 +2 ore2 O+ Q
4,48 lQ1
CH 4 +2O2 = CO2 +2 ore2 Oh +Q
1 cârtiță878 kJ
22,4 l/mol
Aflați cantitatea de substanță metanică care ocupă un volum de 4,48 litri
n= V/ Vm
n( CH4 )= 4,48 l/ 22,4 l / mol \u003d 0,2 mol
Calculați cantitatea de căldură degajată în timpul arderii metanului cu o cantitate de substanță 0,2 mol
Conform ecuației:
878 kJ - 1 mol CH4
După condiție:
Q1 - 0,2 mol CH4
Q1 = 175,6 kJ
Formulați un răspuns
La arderea metanului cu un volum de 4,48 l (n.c.), se vor degaja 175,6 kJ de căldură
Sarcina II.2.
Dat:Q= +2700 kJV(CU2 H2 ) = 224
A găsi:Q 1 - ?
Scrieți ecuația reacției, subliniați formulele acelor substanțe care sunt utilizate în soluție
2 C 2 H 2 + 5 O2 = 4 C O 2 + 2H2 O + Q
Notați datele problemei și cele căutate deasupra formulelor, sub formulele - caracteristicile cantitative necesare calculelor în conformitate cu ecuația
224 lQ1
2 C 2 H 2 + 5 O2 = 4 CO2 + 2H2 O + Q
1 cârtiță2700 kJ
44,8 l/mol
Aflați cantitatea de substanță acetilenă care ocupă un volum de 224 litri
n= V/ Vm
n( C2 H2 )= 224l/ 44,8/mol = 5 mol
Calculați cantitatea de căldură degajată în timpul arderii acetilenei cu o cantitate de substanță 5 mol
Conform ecuației:
2700 kJ - 1 mol C2 H2
După condiție:
Q1 - 5 mol C2 H2
Q1 = 13500 kJ
Formulați un răspuns
În timpul arderii acetilenei cu un volum de 224 l (n.o.) se vor degaja 13500 kJ de căldură
Sarcina II.3.
Dat:Q= +1642 kJA găsi:m( CH3 COOH) - ?
V(CO2 ) - ?
Scrieți ecuația reacției, subliniați formulele acelor substanțe care sunt utilizate în soluție
C H 3 COOH + 2 O2 = 2 C O 2 + 2H2 O + Q
Notați datele problemei și cele căutate deasupra formulelor, sub formulele - caracteristicile cantitative necesare calculelor în conformitate cu ecuația
m - ? 1642 kJ
C H 3 COOH + 2 O2 = 2 C O 2 + 2H2 O + Q 1 1 cârtiță2 cârtiță
Găsiți mase moleculare relative, mase molare ale substanțelor utilizate în rezolvarea problemei
Domnul(CH3 COOH) = 12+3*1+12+16*2+1=60
M(CH3 COOH) = 60G/ cârtiță
Domnul(CO2 ) = 12+16*2= 44
M(CO2) = 44 G/ cârtiță
Să calculăm cantitatea de substanță de acid acetic, în timpul arderii căreia s-au eliberat 1642 kJ de căldură
Conform ecuației:
821 kJ - 1 molCH3 COOH
După condiție:
1642 kJ - 2 molCH3 COOH
Calculați masa acidului acetic, a cărui cantitate de substanță este de 2 moli
m( CH3 COOH) = n* M
m( CH3 COOH) = 2 mol * 60g/mol = 120 g
Calculați cantitatea de substanță monoxid de carbon (IV) formată în timpul reacției
Conform ecuației:
2 molCO2 - 1 molCH3 COOH
După condiție:
4 molCO2 - 2 molCH3 COOH
Să calculăm ce volum de monoxid de carbon (IV) a fost eliberat în timpul reacției
V(CO2 ) = Vm*n (CO2)
V(CO2 ) = 22,4*4 cârtiță= 89,6 l
Formulați un răspuns
Se vor obține 120 g de acid acetic dacă în urma reacției se eliberează 1642 kJ de căldură, volumul de monoxid de carbon (IV) va fi de 89,6 litri.
Sarcini pentru soluție independentă.
Sarcina II.4. Ce cantitate de căldură va fi eliberată în timpul arderii acidului acetic cu un volum de 2,24 litri (n.o.) în conformitate cu ecuația termochimică
CH3 COOH + 2 O2 = 2 CO2 + 2H2 O+ 821 kJ
Sarcina II.5. Ce cantitate de căldură va fi eliberată în timpul arderii etenei cu un volum de 22,24 l (n.o.) în conformitate cu ecuația termochimică
C2 H4 + 3 O2 = 2 CO2 + 2H2 O+ 1500 kJ
Sarcina II.6. Ce cantitate de căldură va fi eliberată în timpul arderii a 1 litru de metan (măsurat la n.c.), dacă efectul de căldură al acestei reacții este de 801 kJ?
Problema II.7 La arderea a 1 mol de acetilenă se vor elibera 1350 kJ de căldură. Câtă căldură va fi eliberată la arderea a 10 litri de acetilenă (n.c.)?
Sarcina II.8. La arderea a 5 moli de etanol, se eliberează 1248 kJ de căldură. Ce masă de etanol trebuie arsă pentru a elibera 624 kJ de căldură?
Sarcina II.9. La arderea a 2 moli de acetilenă se eliberează 1350 kJ de căldură. Ce masă de acetilenă trebuie arsă pentru a elibera 200 kJ de căldură?
Sarcina II.10. La arderea a 10 moli de metan se eliberează 1600 kJ de căldură. Ce volum de metan trebuie ars pentru a elibera 3000 kJ de căldură?
Sarcina 88.
Efectul termic al cărei reacție este egal cu căldura de formare a metanului? Calculați căldura de formare a metanului din următoarele ecuații termochimice:
A) H2 (g) + 1/2O2 (g) \u003d H2O (g); = -285,84 kJ;
b) C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g); = -393,51 kJ;
c) CH4 (g) + 2O2 (g) \u003d 2H2O (g) + CO2 (g); = -890,31 kJ.
Raspuns: -74,88 kJ.
Decizie:
.
105 Pa). Formarea metanului din hidrogen și carbon poate fi reprezentată după cum urmează:
C (grafit) + 2H2 (g) \u003d CH4 (g); = ?
Pe baza acestor ecuații, în funcție de starea problemei, având în vedere că hidrogenul arde în apă, carbonul în dioxid de carbon, metanul în dioxid de carbon și apă și, pe baza legii Hess, ecuațiile termochimice pot fi operate în același mod ca cu cele algebrice. Pentru a obține rezultatul dorit, trebuie să înmulțiți ecuația de ardere a hidrogenului (a) cu 2 și apoi scădeți suma ecuațiilor de ardere a hidrogenului (a) și carbonului (b) din ecuația de ardere a metanului (c):
CH 4 (g) + 2O 2 (g) - 2 H 2 (g) + O 2 (g) - C (c) + O 2 (g) \u003d
\u003d 2H2O (g) + CO2 - 2H2O - CO2;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).
CH4 (g) \u003d C (c) + 2H2 (c); = +74,88 kJ.2
Deoarece căldura de formare este egală cu căldura de descompunere cu semnul opus, atunci
(CH 4) \u003d -74,88 kJ.
Raspuns: -74,88 kJ.
Sarcina 89.
Efectul termic al cărei reacție este egal cu căldura de formare a hidroxidului de calciu? Calculați căldura de formare a hidroxidului de calciu din următoarele ecuații termochimice:
Ca (k) + 1 / 2O (g) \u003d CaO (k); = -635,60 kJ;
H2 (g) + 1/2O2 (g) \u003d H2O (g); = -285,84 kJ;
CaO (c) + H2O (g) \u003d Ca (OH)2 (c); = -65,06 kJ.
Raspuns: -986,50 kJ.
Decizie:
Căldura standard de formare este egală cu căldura de formare a 1 mol din această substanță din substanțe simple în condiții standard (T = 298 K; p = 1,0325 .
105 Pa). Formarea hidroxidului de calciu din substanțe simple poate fi reprezentată astfel:
Ca (c) + O2 (g) + H2 (g) \u003d Ca (OH)2 (c); = ?
Pe baza ecuațiilor care sunt date în funcție de starea problemei și, având în vedere că hidrogenul arde în apă, iar calciul, reacționând cu oxigenul, formează CaO, atunci, pe baza legii lui Hess, ecuațiile termochimice pot fi operate în același mod ca și cu cele algebrice. Pentru a obține rezultatul dorit, trebuie să adăugați toate cele trei ecuații împreună:
CaO (c) + H 2 O (g) + Ca (c) + 1/2O (g) + H 2 (g) + 1/2O 2 (g \u003d (OH) 2 (c) + CaO (c) + H20 (g);
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 kJ.
Deoarece căldurile standard de formare a substanțelor simple sunt luate condiționat egale cu zero, atunci căldura de formare a hidroxidului de calciu va fi egală cu efectul termic al reacției de formare a acestuia din substanțe simple (calciu, hidrogen și oxigen):
== (Ca (OH)2 = -986,50 kJ.2
Răspuns: -986,50 kJ.
Sarcina 90.
Efectul termic al reacției de ardere a benzinei lichide cu formarea de vapori de apă și dioxid de carbon este de -3135,58 kJ. Faceți o ecuație termochimică pentru această reacție și calculați căldura de formare a C 6 H 6 (g). Răspuns: +49,03 kJ.
Decizie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalină, precum și valoarea numerică a efectelor termice, sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu se specifică altfel, valorile efectelor termice la presiune constantă Qp sunt indicate egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele abrevieri pentru starea agregată a unei substanțe: g - gazos, g - lichid, k - cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregată a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției termochimice are forma:
C6H6 (g) + 7/2O2 \u003d 6CO2 (g) + 3H2O (g); = -3135,58 kJ.
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldurile de formare a substanțelor simple sunt luate condiționat egale cu zero. Efectul termic al reacției poate fi calculat folosind corolarul e din legea Hess:
6 (CO 2) + 3 \u003d 0 (H 2 O) - (C 6 H 6)
(C6H6) \u003d -;
(C 6 H 6) \u003d - (-3135,58) \u003d + 49,03 kJ.
Răspuns:+49,03 kJ.
Căldura de formare
Sarcina 91.
Calculați câtă căldură va fi eliberată în timpul arderii a 165 l (n.o.) de acetilenă C 2 H 2 dacă produsele arderii sunt dioxid de carbon și vapori de apă? Raspuns: 924,88 kJ.
Decizie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalină, precum și valoarea numerică a efectelor termice, sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu se specifică altfel, valorile efectelor termice la presiune constantă Qp sunt indicate egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele abrevieri pentru starea agregată a materiei: G- gazos, bine- ceva lichid, la- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregată a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
C2H2 (g) + 5/2O2 (g) \u003d 2CO2 (g) + H20 (g); = ?
2(C02) + (H20) - (C2H2);
= 2(-393,51) + (-241,83) - (+226,75) = -802,1 kJ.
Căldura eliberată în timpul arderii a 165 litri de acetilenă în această reacție este determinată din proporția:
22,4: -802,1 = 165: x; x \u003d 165 (-802,1) / 22,4 \u003d -5908,35 kJ; Q = 5908,35 kJ.
Răspuns: 5908,35 kJ.
Sarcina 92.
Arderea amoniacului gazos produce vapori de apă și oxid de azot. Câtă căldură va fi eliberată în timpul acestei reacții dacă s-au obținut 44,8 litri de NO în condiții normale? Raspuns: 452,37 kJ.
Decizie:
Ecuația reacției este:
NH3 (g) + 5/4O2 = NO (g) + 3/2H2O (g)
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldurile de formare a substanțelor simple sunt luate condiționat egale cu zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind corolarul din legea lui Hess:
\u003d (NO) + 3/2 (H2O) - (NH3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) - (-46,19) = -226,185 kJ.
Ecuația termochimică va arăta astfel:
Căldura degajată în timpul arderii a 44,8 litri de amoniac poate fi calculată din proporția:
22,4: -226,185 = 44,8: x; x \u003d 44,8 (-226,185) / 22,4 \u003d -452,37 kJ; Q = 452,37 kJ.
Răspuns: 452,37 kJ
Scrieți ecuația termochimică pentru reacția dintre CO (g) și hidrogen, care are ca rezultat formarea de CH4 (g) și H2O (g). Câtă căldură va fi eliberată în timpul acestei reacții dacă s-au obținut 67,2 litri de metan în condiții normale
Raspuns: 618,48 kJ
Să scriem ecuația reacției:
CO (g) + 3H2 (g) > CH4 (g) + H20 (g)
Să calculăm modificarea entalpiei acestei reacții:
Astfel, ecuația devine:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Această ecuație este valabilă pentru formarea a 1 mol sau 22,4 l (n.o.) de metan. Odată cu formarea a 67,2 l sau 3 moli de metan, ecuația ia forma:
- 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2 O (g) + 618,48 kJ
- 3. Entropia scade sau crește în timpul tranzițiilor: a) apa în abur; b) grafit la diamant? De ce? Calculați?S°298 pentru fiecare transformare. Trageți o concluzie despre modificarea cantitativă a entropiei în timpul transformărilor de fază și alotropice
Răspuns: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Când apa se transformă în abur, entropia sistemului crește.
În 1911, Max Planck a propus următorul postulat: entropia unui cristal format corect dintr-o substanță pură la zero absolut este zero. Acest postulat poate fi explicat prin termodinamică statistică, conform căreia entropia este o măsură a aleatoriei unui sistem la nivel micro:
unde W este numărul de stări diferite ale sistemului disponibil în condiții date sau probabilitatea termodinamică a macrostarii sistemului; R \u003d 1.38.10-16 erg / deg - constanta lui Boltzmann.
Este evident că entropia gazului depășește semnificativ entropia lichidului. Acest lucru este confirmat de calculele:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°proc. \u003d 188,72 - 69,94 \u003d 118,78 J / mol * K
- b) Când grafitul trece în diamant, entropia sistemului scade, deoarece numărul de stări diferite ale sistemului scade. Acest lucru este confirmat de calculele:
Graf. > Salm.
S° la sută \u003d 2,44 - 5,69 \u003d -3,25 J / mol * K
Concluzia despre modificarea cantitativă a entropiei în timpul transformărilor de fază și alotropice, deoarece entropia caracterizează dezordinea sistemului, apoi în timpul transformărilor alotropice, dacă sistemul devine mai ordonat (în acest caz, diamantul este mai dur și mai puternic decât grafitul), atunci entropia sistemului scade. În timpul transformărilor de fază: când o substanță trece dintr-o fază solidă, lichidă, într-un sistem gazos, sistemul devine mai puțin ordonat și entropia crește și invers.
