Z učebných materiálov sa dozviete, ktorá rovnica chemickej reakcie sa nazýva termochemická. Lekcia je venovaná štúdiu výpočtového algoritmu pre termochemickú rovnicu reakcií.
Téma: Látky a ich premeny
Lekcia: Výpočty pomocou termochemických rovníc
Takmer všetky reakcie prebiehajú s uvoľňovaním alebo absorpciou tepla. Množstvo tepla uvoľneného alebo absorbovaného počas reakcie sa nazýva tepelný účinok chemickej reakcie.
Ak je tepelný efekt zapísaný v rovnici chemickej reakcie, potom sa takáto rovnica nazýva termochemické.
V termochemických rovniciach sa na rozdiel od konvenčných chemických rovníc nevyhnutne uvádza stav agregácie látky (tuhá, kvapalná, plynná).
Napríklad termochemická rovnica pre reakciu medzi oxidom vápenatým a vodou vyzerá takto:
CaO (t) + H20 (l) \u003d Ca (OH) 2 (t) + 64 kJ
Množstvo tepla Q uvoľneného alebo absorbovaného počas chemickej reakcie je úmerné množstvu látky reaktantu alebo produktu. Preto je možné pomocou termochemických rovníc robiť rôzne výpočty.
Zvážte príklady riešenia problémov.
Úloha 1:Určte množstvo tepla vynaloženého na rozklad 3,6 g vody v súlade s TCA reakcie rozkladu vody:
Tento problém môžete vyriešiť pomocou pomeru:
pri rozklade 36 g vody sa vstrebalo 484 kJ
pri rozklade 3,6 g absorbovanej vody x kJ
Takto je možné zostaviť rovnicu reakcie. Kompletné riešenie úlohy je znázornené na obr.1.
Ryža. 1. Formulácia riešenia úlohy 1
Problém možno formulovať tak, že budete musieť napísať rovnicu termochemickej reakcie. Uvažujme o príklade takejto úlohy.
Úloha 2: Interakciou 7 g železa so sírou sa uvoľnilo 12,15 kJ tepla. Na základe týchto údajov vytvorte termochemickú rovnicu reakcie.
Upozorňujem na skutočnosť, že odpoveďou na tento problém je samotná rovnica termochemickej reakcie.
Ryža. 2. Formulácia riešenia úlohy 2
1. Zbierka úloh a cvičení z chémie: 8. ročník: k učebnici. P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník / P.A. Oržekovskij, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (s. 80-84)
2. Chémia: anorganická. chémia: učebnica. za 8 kl. všeobecný inšt. /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Osveta, JSC "Moskva učebnice", 2009. (§23)
3. Encyklopédia pre deti. Zväzok 17. Chémia / Kapitola. upravil V.A. Volodin, vedúci. vedecký vyd. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.
Ďalšie webové zdroje
1. Riešenie úloh: výpočty podľa termochemických rovníc ().
2. Termochemické rovnice ().
Domáca úloha
1) s. 69 úloh №№ 1,2 z učebnice „Chémia: anorg. chémia: učebnica. za 8 kl. všeobecný inšt.» /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Vzdelávanie, JSC "Moskvaské učebnice", 2009.
2) s.80-84 č.241,245 zo Zbierka úloh a cvičení z chémie: 8. ročník: do učebnice. P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník / P.A. Oržekovskij, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.
Algoritmus II. Výpočty podľa termochemických rovníc
Úloha II.1.
Aké množstvo tepla sa uvoľní pri spaľovaní metánu s objemom 4,48 litra (n.o.) v súlade s termochemickou rovnicouCH4 +202 = CO2 +2H2 О+878 kJ
Stručne zapíšte stav problému
Vzhľadom na to:Q= +878 kJ
V(CH4 ) = 4,48 l
Nájsť:Q 1 - ?
CH 4 +202 = CO2 +2H2 O+ Q
4,48 lQ1
CH 4 +202 = CO2 +2H2 Oh +Q
1 Krtko878 kJ
22,4 l/mol
Nájdite množstvo metánu, ktoré zaberá objem 4,48 litra
n= V/ Vm
n( CH4 )= 4,48 l/ 22,4 l / mol \u003d 0,2 mol
Vypočítajte množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní metánu s látkovým množstvom 0,2 mol
Podľa rovnice:
878 kJ - 1 mol CH4
Podľa podmienok:
Q1 - 0,2 mol CH4
Q1 = 175,6 kJ
Formulujte odpoveď
Pri spaľovaní metánu o objeme 4,48 l (n.c.) sa uvoľní 175,6 kJ tepla
Úloha II.2.
Vzhľadom na to:Q= +2700 kJV(S2 H2 ) = 224
Nájsť:Q 1 - ?
Napíšte rovnicu reakcie, podčiarknite vzorce tých látok, ktoré sa používajú v roztoku
2 C 2 H 2 + 5 O2 = 4 C O 2 + 2H2 O + Q
Zapíšte si údaje problému a tie, ktoré ste hľadali nad vzorcami, pod vzorca - kvantitatívne charakteristiky potrebné na výpočty v súlade s rovnicou
224 lQ1
2 C 2 H 2 + 5 O2 = 4 CO2 + 2H2 O + Q
1 Krtko2700 kJ
44,8 l/mol
Nájdite množstvo acetylénovej látky, ktoré zaberá objem 224 litrov
n= V/ Vm
n( C2 H2 ) = 224 l/ 44,8/mol = 5 mol
Vypočítajte množstvo tepla uvoľneného pri horení acetylénu s množstvom látky 5 mol
Podľa rovnice:
2700 kJ - 1 mol C2 H2
Podľa podmienok:
Q1 - 5 mol C2 H2
Q1 = 13500 kJ
Formulujte odpoveď
Pri spaľovaní acetylénu o objeme 224 l (n.o.) sa uvoľní 13500 kJ tepla
Úloha II.3.
Vzhľadom na to:Q= +1642 kJNájsť:m( CH3 COOH) - ?
V(CO2 ) - ?
Napíšte rovnicu reakcie, podčiarknite vzorce tých látok, ktoré sa používajú v roztoku
C H 3 COOH + 2 O2 = 2 C O 2 + 2H2 O + Q
Zapíšte si údaje problému a tie, ktoré ste hľadali nad vzorcami, pod vzorca - kvantitatívne charakteristiky potrebné na výpočty v súlade s rovnicou
m - ? 1642 kJ
C H 3 COOH + 2 O2 = 2 C O 2 + 2H2 O + Q 1 1 Krtko2 Krtko
Nájdite relatívne molekulové hmotnosti, molárne hmotnosti látok použitých pri riešení úlohy
Pán(CH3 COOH) = 12+3*1+12+16*2+1=60
M(CH3 COOH) = 60G/ Krtko
Pán(CO2 ) = 12+16*2= 44
M(CO2) = 44 G/ Krtko
Vypočítajme množstvo látky kyseliny octovej, pri spaľovaní ktorej sa uvoľnilo 1642 kJ tepla
Podľa rovnice:
821 kJ - 1 molCH3 COOH
Podľa podmienok:
1642 kJ - 2 molCH3 COOH
Vypočítajte hmotnosť kyseliny octovej, ktorej látkové množstvo je 2 mol
m( CH3 COOH) = n* M
m( CH3 COOH) = 2 mol * 60 g/mol = 120 g
Vypočítajte množstvo látky oxidu uhoľnatého (IV) vytvoreného počas reakcie
Podľa rovnice:
2 molCO2 - 1 molCH3 COOH
Podľa podmienok:
4 molCO2 - 2 molCH3 COOH
Vypočítajme, aký objem oxidu uhoľnatého (IV) sa pri reakcii uvoľnil
V(CO2 ) = Vm*n (CO2)
V(CO2 ) = 22,4*4 Krtko= 89,6 l
Formulujte odpoveď
120 g kyseliny octovej sa získa, ak sa v dôsledku reakcie uvoľní 1642 kJ tepla, objem oxidu uhoľnatého (IV) bude 89,6 litrov
Úlohy na samostatné riešenie.
Úloha II.4. Aké množstvo tepla sa uvoľní pri spaľovaní kyseliny octovej s objemom 2,24 litra (n.o.) v súlade s termochemickou rovnicou
CH3 COOH + 2 O2 = 2 CO2 + 2H2 O+ 821 kJ
Úloha II.5. Aké množstvo tepla sa uvoľní pri spaľovaní eténu s objemom 22,24 l (n.o.) v súlade s termochemickou rovnicou
C2 H4 + 3 O2 = 2 CO2 + 2H2 O+ 1500 kJ
Úloha II.6. Aké množstvo tepla sa uvoľní pri spaľovaní 1 litra metánu (merané pri n.c.), ak tepelný účinok tejto reakcie je 801 kJ?
Úloha II.7 Pri spaľovaní 1 mólu acetylénu sa uvoľní 1350 kJ tepla. Koľko tepla sa uvoľní pri spaľovaní 10 litrov acetylénu (n.c.)?
Úloha II.8. Pri spaľovaní 5 mol etanolu sa uvoľní 1248 kJ tepla. Akú hmotnosť etanolu treba spáliť, aby sa uvoľnilo 624 kJ tepla?
Úloha II.9. Pri spaľovaní 2 mol acetylénu sa uvoľní 1350 kJ tepla. Akú hmotnosť acetylénu treba spáliť, aby sa uvoľnilo 200 kJ tepla?
Úloha II.10. Pri spaľovaní 10 mol metánu sa uvoľní 1600 kJ tepla. Aký objem metánu treba spáliť, aby sa uvoľnilo 3000 kJ tepla?
Úloha 88.
Tepelný účinok ktorej reakcie sa rovná teplu tvorby metánu? Vypočítajte teplo vzniku metánu z nasledujúcich termochemických rovníc:
A) H2 (g) + 1/202 (g) \u003d H20 (g); = -285,84 kJ;
b) C (c) + 02 (g) \u003d C02 (g); = -393,51 kJ;
c) CH4 (g) + 202 (g) \u003d 2H20 (g) + C02 (g); = -890,31 kJ.
Odpoveď: -74,88 kJ.
rozhodnutie:
.
105 Pa). Vznik metánu z vodíka a uhlíka možno znázorniť takto:
C (grafit) + 2H2 (g) \u003d CH4 (g); = ?
Na základe týchto rovníc, podľa stavu problému, za predpokladu, že vodík horí na vodu, uhlík na oxid uhličitý, metán na oxid uhličitý a vodu, a na základe Hessovho zákona možno termochemické rovnice prevádzkovať rovnakým spôsobom ako s algebraickými. Aby ste dosiahli požadovaný výsledok, musíte vynásobiť rovnicu spaľovania vodíka (a) 2 a potom odpočítať súčet rovníc spaľovania vodíka (a) a uhlíka (b) od rovnice spaľovania metánu (c):
CH4 (g) + 202 (g) - 2 H2 (g) + O2 (g) - C (c) + O2 (g) \u003d
\u003d 2H20 (g) + C02 - 2H20 - C02;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).
CH4 (g) \u003d C (c) + 2H2 (c); = +74,88 kJ.2
Keďže sa teplo vzniku rovná rozkladnému teplu s opačným znamienkom, potom
(CH 4) \u003d -74,88 kJ.
Odpoveď: -74,88 kJ.
Úloha 89.
Tepelný účinok ktorej reakcie sa rovná teplu tvorby hydroxidu vápenatého? Vypočítajte teplo tvorby hydroxidu vápenatého z nasledujúcich termochemických rovníc:
Ca (k) + 1/20 (g) \u003d CaO (k); = -635,60 kJ;
H2 (g) + 1/202 (g) \u003d H20 (g); = -285,84 kJ;
CaO (c) + H20 (g) \u003d Ca (OH)2 (c); = -65,06 kJ.
Odpoveď: -986,50 kJ.
rozhodnutie:
Štandardné teplo tvorby sa rovná teplu vzniku 1 mol tejto látky z jednoduchých látok za štandardných podmienok (T = 298 K; p = 1,0325 .
105 Pa). Vznik hydroxidu vápenatého z jednoduchých látok možno znázorniť takto:
Ca (c) + 02 (g) + H2 (g) \u003d Ca (OH)2 (c); = ?
Na základe rovníc, ktoré sú dané podľa stavu problému a vzhľadom na to, že vodík horí na vodu a vápnik, ktorý reaguje s kyslíkom, tvorí CaO, potom na základe Hessovho zákona možno termochemické rovnice prevádzkovať rovnakým spôsobom ako s algebraickými. Aby ste dosiahli požadovaný výsledok, musíte spojiť všetky tri rovnice:
CaO (c) + H20 (g) + Ca (c) + 1/20 (g) + H2 (g) + 1/202 (g \u003d (OH) 2 (c) + CaO (c) + H20 (g);
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 kJ.
Pretože štandardné teplo tvorby jednoduchých látok sa podmienečne rovná nule, potom sa teplo tvorby hydroxidu vápenatého bude rovnať tepelnému účinku reakcie jeho tvorby z jednoduchých látok (vápnik, vodík a kyslík):
== (Ca (OH)2 = -986,50 kJ.2
Odpoveď: -986,50 kJ.
Úloha 90.
Tepelný efekt spaľovacej reakcie kvapalného benzínu s tvorbou vodnej pary a oxidu uhličitého je -3135,58 kJ. Vytvorte termochemickú rovnicu pre túto reakciu a vypočítajte teplo vzniku C 6 H 6 (g). Odpoveď: +49,03 kJ.
rozhodnutie:
Reakčné rovnice, v ktorých je pri symboloch chemických zlúčenín uvedený ich stav agregácie alebo kryštalickej modifikácie, ako aj číselná hodnota tepelných účinkov, sa nazývajú termochemické. V termochemických rovniciach, pokiaľ nie je uvedené inak, sú hodnoty tepelných účinkov pri konštantnom tlaku Qp označené ako rovné zmene entalpie systému. Hodnota je zvyčajne uvedená na pravej strane rovnice, oddelená čiarkou alebo bodkočiarkou. Akceptované sú tieto skratky pre agregovaný stav látky: g - plynný, g - kvapalina, k - kryštalický. Tieto symboly sa vynechávajú, ak je zrejmý súhrnný stav látok, napríklad O 2, H 2 atď.
Rovnica termochemickej reakcie má tvar:
C6H6 (g) + 7/202 \u003d 6C02 (g) + 3H20 (g); = -3135,58 kJ.
Hodnoty štandardných teplôt tvorby látok sú uvedené v špeciálnych tabuľkách. Vzhľadom na to, že teplo tvorby jednoduchých látok sa podmienečne rovná nule. Tepelný účinok reakcie možno vypočítať pomocou dôsledku e z Hessovho zákona:
6 (CO2) + 3 \u003d 0 (H20) - (C6H6)
(C6H6) \u003d -;
(C6H6) \u003d - (-3135,58) \u003d + 49,03 kJ.
odpoveď:+49,03 kJ.
Teplo formácie
Úloha 91.
Vypočítajte, koľko tepla sa uvoľní pri spaľovaní 165 l (n.o.) acetylénu C 2 H 2, ak sú produktmi horenia oxid uhličitý a vodná para? Odpoveď: 924,88 kJ.
rozhodnutie:
Reakčné rovnice, v ktorých je pri symboloch chemických zlúčenín uvedený ich stav agregácie alebo kryštalickej modifikácie, ako aj číselná hodnota tepelných účinkov, sa nazývajú termochemické. V termochemických rovniciach, pokiaľ nie je uvedené inak, sú hodnoty tepelných účinkov pri konštantnom tlaku Qp označené ako rovné zmene entalpie systému. Hodnota je zvyčajne uvedená na pravej strane rovnice, oddelená čiarkou alebo bodkočiarkou. Pre súhrnný stav hmoty sú akceptované nasledujúce skratky: G- plynný, dobre- niečo tekuté, do- kryštalický. Tieto symboly sa vynechávajú, ak je zrejmý súhrnný stav látok, napríklad O 2, H 2 atď.
Reakčná rovnica je:
C2H2 (g) + 5/202 (g) \u003d 2C02 (g) + H20 (g); = ?
2(C02)+ (H20)-(C2H2);
= 2(-393,51) + (-241,83) - (+226,75) = -802,1 kJ.
Teplo uvoľnené pri spaľovaní 165 litrov acetylénu pri tejto reakcii sa určí z pomeru:
22,4: -802,1 = 165: x; x \u003d 165 (-802,1) / 22,4 \u003d -5908,35 kJ; Q = 5908,35 kJ.
odpoveď: 5908,35 kJ.
Úloha 92.
Pri spaľovaní plynného amoniaku vzniká vodná para a oxid dusíka. Koľko tepla sa pri tejto reakcii uvoľní, ak sa za normálnych podmienok získa 44,8 litra NO? Odpoveď: 452,37 kJ.
rozhodnutie:
Reakčná rovnica je:
NH3 (g) + 5/402 = NO (g) + 3/2 H20 (g)
Hodnoty štandardných teplôt tvorby látok sú uvedené v špeciálnych tabuľkách. Vzhľadom na to, že teplo tvorby jednoduchých látok sa podmienečne rovná nule. Tepelný účinok reakcie možno vypočítať pomocou následku z Hessovho zákona:
\u003d (NO) + 3/2 (H20) - (NH3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) - (-46,19) = -226,185 kJ.
Termochemická rovnica bude vyzerať takto:
Teplo uvoľnené pri spaľovaní 44,8 litra amoniaku možno vypočítať z podielu:
22,4: -226,185 = 44,8: x; x \u003d 44,8 (-226,185) / 22,4 \u003d -452,37 kJ; Q = 452,37 kJ.
odpoveď: 452,37 kJ
Napíšte termochemickú rovnicu pre reakciu medzi CO (g) a vodíkom, ktorej výsledkom je vznik CH4 (g) a H2O (g). Koľko tepla sa pri tejto reakcii uvoľní, ak sa za normálnych podmienok získa 67,2 litra metánu
Odpoveď: 618,48 kJ
Napíšeme reakčnú rovnicu:
CO (g) + 3H2 (g) > CH4 (g) + H20 (g)
Vypočítajme zmenu entalpie tejto reakcie:
Rovnica teda znie:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Táto rovnica platí pre tvorbu 1 mol alebo 22,4 l (n.o.) metánu. Pri tvorbe 67,2 l alebo 3 mol metánu má rovnica tvar:
- 3CO (g) + 9H2 (g) > 3CH4 (g) + 3H20 (g) + 618,48 kJ
- 3. Entropia klesá alebo stúpa pri prechodoch: a) voda na paru; b) grafit na diamant? prečo? Vypočítajte? S°298 pre každú transformáciu. Urobte záver o kvantitatívnej zmene entropie počas fázových a alotropných transformácií
Odpoveď: a) 118,78 J / (mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Keď sa voda zmení na paru, entropia systému sa zvýši.
V roku 1911 Max Planck navrhol nasledujúci postulát: entropia správne vytvoreného kryštálu čistej látky pri absolútnej nule je nulová. Tento postulát možno vysvetliť štatistickou termodynamikou, podľa ktorej je entropia mierou náhodnosti systému na mikroúrovni:
kde W je počet rôznych stavov systému, ktoré má k dispozícii za daných podmienok, alebo termodynamická pravdepodobnosť makrostavu systému; R \u003d 1,38.10-16 erg / deg - Boltzmannova konštanta.
Je zrejmé, že entropia plynu výrazne prevyšuje entropiu kvapaliny. Potvrdzujú to výpočty:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°proc. \u003d 188,72 – 69,94 \u003d 118,78 J / mol * K
- b) Pri prechode grafitu na diamant sa entropia sústavy znižuje, pretože počet rôznych stavov systému klesá. Potvrdzujú to výpočty:
Graf. > Salm.
S° percent \u003d 2,44 - 5,69 \u003d -3,25 J / mol * K
Záver o kvantitatívnej zmene entropie počas fázových a alotropických premien, keďže entropia charakterizuje neusporiadanosť systému, potom počas alotropných premien, ak sa systém stane usporiadanejším (v tomto prípade je diamant tvrdší a silnejší ako grafit), potom entropia systému klesá. Počas fázových premien: keď látka prechádza z tuhej, kvapalnej fázy do plynného systému, systém sa stáva menej usporiadaným a entropia sa zvyšuje a naopak.
