Problem 10.1. Pomoću termokemijske jednadžbe: 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ, odredi masu vode koja nastaje ako se oslobodi 1479 kJ energije.

Riješenje. Jednadžbu reakcije napišemo u obliku:

Imamo
x = (2 mol 1479 kJ) / (484 kJ) = 6,11 mol.
Gdje
m(H 2 O) = v M = 6,11 mol 18 g/mol = 110 g
Ako se u tvrdnji zadatka ne navodi količina reaktanta, već se samo javlja promjena određene količine (mase ili volumena), koja se u pravilu odnosi na smjesu tvari, tada je zgodno uvesti dodatni termin u reakcijsku jednadžbu koja odgovara ovoj promjeni.

Problem 10.2. U 10 L (N.O.) smjese etana i acetilena dodano je 10 L (N.O.) vodika. Smjesa je propuštena preko zagrijanog platinastog katalizatora. Nakon dovođenja produkata reakcije na početne uvjete, volumen smjese je postao 16 litara. Definirati maseni udio acetilena u smjesi.

Riješenje. Vodik reagira s acetilenom, ali ne i s etanom.
C 2 H 6 + H 2 2 ≠
C 2 H 2 + 2 H 2 → C 2 H 6
U tom se slučaju volumen sustava smanjuje za
ΔV = 10 + 10 – 16 = 4 l.
Smanjenje volumena je posljedica činjenice da je volumen produkta (C 2 H 6) manji od volumena reagensa (C 2 H 2 i H 2).
Napišimo jednadžbu reakcije uvođenjem izraza ΔV.
Ako 1 litra C 2 H 2 i 2 litre H 2 reagiraju i nastane 1 litra C 2 H 6, tada
ΔV = 1 + 2 – 1 = 2 l.


Iz jednadžbe je jasno da
V(C 2 H 2) = x = 2 l.
Zatim
V(C2H6) = (10 - x) = 8 l.
Iz izraza
m / M = V / V M
imamo
m = M V / V M
m(C2H2) = M V / V M= (26 g/mol 2l) / (22,4 l/mol) = 2,32 g,
m(C 2 H 6) = M V / V M,
m(smjesa) = m(C 2 H 2) + m(C 2 H 6) = 2,32 g + 10,71 g = 13,03 g,
w(C 2 H 2) = m (C 2 H 2) / m (smjesa) = 2,32 g / 13,03 g = 0,18.

Problem 10.3.Željezna ploča mase 52,8 g stavljena je u otopinu bakrova (II) sulfata. Odredite masu otopljenog željeza ako masa ploče postane 54,4 g.

Riješenje. Promjena mase ploče jednaka je:
Δm = 54,4 - 52,8 = 1,6 g.
Zapišimo jednadžbu reakcije. Vidi se da ako se iz ploče otopi 56 g željeza, tada će se na ploči taložiti 64 g bakra i ploča će postati 8 g teža:


Jasno je da
m(Fe) = x = 56 g 1,6 g / 8 g = 11,2 g.

Problem 10.4. U 100 g otopine koja sadrži smjesu klorovodične i dušične kiseline otopljeno je najviše 24,0 g bakrova(II) oksida. Nakon isparavanja otopine i kalciniranja ostatka, njegova masa je 29,5 g. Napišite jednadžbe reakcija koje se odvijaju i odredite maseni udio klorovodične kiseline u izvornoj otopini.

Riješenje. Napišimo jednadžbe reakcije:
SuO + 2NCl = SuSl 2 + N 2 O (1)
CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + H 2 O (2)
2Su(NO 3) 2 = 2SuO + 4NO 2 + O 2 (3)
Može se vidjeti da je povećanje mase s 24,0 g na 29,5 g povezano samo s prvom reakcijom, jer je bakrov oksid otopljen u dušična kiselina prema reakciji (2), tijekom reakcije (3) ponovno se pretvorio u bakrov oksid iste mase. Ako tijekom reakcije (1) reagira 1 mol CuO težine 80 g i nastane 1 mol CuCl 2 mase 135 g, tada će se masa povećati za 55 g. S obzirom da je masa 2 mola HCl 73 g ponovno napišite jednadžbu (1) dodajući izraz Δm.

Jasno je da
m(HCl) = x = 73 g 5,5 g / 55 g = 7,3 g.
Odredite maseni udio kiseline:
w(HCl) = m(HCl) / m otopina =
= 7,3 g / 100 g = 0,073.

Pojam jednadžbi termokemijske reakcije

Jednadžbe kemijskih reakcija u kojima je naznačen toplinski učinak nazivaju se termokemijske jednadžbe. Toplinski učinak zadan je kao vrijednost promjene entalpije reakcije AN. U termokemijskim jednadžbama, za razliku od običnih kemijskih jednadžbi, moraju se navesti agregatna stanja tvari (tekućina “tekućina”, čvrsta “krutina” ili plinovita “g”). To je zbog činjenice da ista tvar u različitim agregatnim stanjima ima različitu entalpiju. Stoga je kemijska reakcija koja uključuje identične tvari, ali u različitim agregacijskim stanjima, karakterizirana različitim toplinskim učinkom.

Toplinski učinak reakcije u termokemijskim jednadžbama označava se na dva načina:

1) označite samo znak AN - ako samo trebate primijetiti je li reakcija egzo- ili endotermna:

Promjena entalpije navedena u termokemijskoj jednadžbi isti je dio kemijske jednadžbe kao i formule tvari, te se stoga pokorava istim odnosima. Na primjer, za jednadžbu izgaranja etana:

Za druge količine reaktanata ili proizvoda, količina topline će se promijeniti proporcionalno.

Često, kako bi se olakšala upotreba termokemijskih jednadžbi, koeficijenti u njima se smanjuju tako da formulama tvari koje se koriste za izračune prethodi koeficijent 1. Naravno, u ovom slučaju, drugi koeficijenti mogu se pokazati frakcijskim, te je potrebno proporcionalno smanjiti vrijednost promjene entalpije. Dakle, za reakciju natrija s vodom danu gore, možemo napisati termokemijsku jednadžbu:

Sastavljanje jednadžbi termokemijske reakcije Primjer 1. Kada dušik reagira s 1 molom tvari s kisikom pri čemu nastaje dušikov (N) oksid, apsorbira se 181,8 kJ energije. Napišite termokemijsku jednadžbu reakcije.

Riješenje. Budući da se energija apsorbira, AH je pozitivan broj. Termokemijska jednadžba bi izgledala ovako:

Primjer 2. Za reakciju sinteze jodovodika iz jednostavnih plinovitih tvari AN = +52 kJ/mol. Napišite termokemijsku jednadžbu za razgradnju jodovodika na jednostavne tvari.

Riješenje. Reakcije sinteze jodovodika i njegove razgradnje suprotne su reakcije. Analizirajući sliku 18.4 možemo zaključiti da su u ovom slučaju tvari, a time i njihove entalpije, iste. Jedina je razlika koja je tvar produkt reakcije, a koja reaktant. Na temelju toga zaključujemo da su u suprotnim procesima AN-ovi identični po vrijednosti, ali različiti po predznaku. Dakle, za reakciju sinteze jodovodika:

Budući da se u praksi mjeri masa ili volumen tvari, nameće se potreba sastavljanja termokemijskih jednadžbi upravo na temelju tih podataka. Primjer. Kada je nastala tekuća voda mase 18 g, iz jednostavnih tvari oslobodilo se 241,8 kJ topline. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju. Riješenje. Voda mase 18 g odgovara količini tvari n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. I u jednadžbi za reakciju nastanka vode iz jednostavnih tvari, formuli vode prethodi koeficijent 2. To znači da je u termokemijskoj jednadžbi potrebno zabilježiti promjenu entalpije kada voda nastaje s količina tvari od 2 mola, tj. 241.8. 2 = 483,6:

Oznake hrane moraju sadržavati podatke o njihovoj energetska vrijednost, koji se često naziva sadržajem kalorija. Većinu ljudi informacije o sadržaju kalorija u hrani navode na razmišljanje: "Koliko ću se udebljati ako ovo pojedem?" Zapravo, brojevi koji su navedeni na etiketi su toplinski učinak reakcije potpunog izgaranja 100 g ovog proizvoda na ugljični dioksid i vodu. Taj se toplinski učinak često daje u zastarjelim jedinicama mjerenja topline - kalorijama ili kilokalorijama (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), odakle i potječe pojam kalorija.

Ključna ideja

Promjena entalpije je kvantitativna karakteristika oslobođene ili apsorbirane topline u procesu kemijska reakcija.

Zadaci za svladavanje gradiva

210. Koje se jednadžbe reakcija nazivaju termokemijskim?

211. Odredite koje od navedenih termokemijskih jednadžbi odgovaraju egzotermnim procesima? endotermni procesi?

212. Pomoću termokemijske jednadžbe za sintezu amonijaka izračunajte koliko će se topline osloboditi: a) kada se dušik potroši u količini od 1 mola tvari; b) nastajanje amonijaka s količinom tvari od 2 mol. 1\12 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.

213. Promjena entalpije reakcije izgaranja ugljena iznosi 393,5 kJ/mol. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

214. Pri izgaranju metana 1 mol tvari oslobodio je 890 kJ energije. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

215. Ferum(11) oksid se reducira ugljikovim(11) oksidom u željezo. Ova reakcija je popraćena oslobađanjem 1318 kJ topline kada se proizvede 1 mol željeza. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

216. Kada vodik međudjeluje s jodom, nastaje jodovodik s količinom tvari od 2 mol. U ovom slučaju apsorbirano je 101,6 kJ energije. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

217. Pomoću termokemijskih jednadžbi iz zadatka 211 izradite termokemijske jednadžbe reakcija: a) nastajanja živina(II) oksida iz jednostavnih tvari; b) razgradnja klorovodika; c) stvaranje glukoze tijekom fotosinteze.

218. Pri izgaranju ugljik(I) oksida 2 mol tvari oslobodilo je 566 kJ energije. Napišite termokemijsku jednadžbu reakcije.

219. Za razgradnju barijeva karbonata mase 197 g potrebno je 272 kJ topline. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

220. Pri međudjelovanju željeza mase 56 g sa sumporom oslobađa se 95 kJ topline. Napišite termokemijsku jednadžbu za ovu reakciju.

221. Usporedite navedene termokemijske jednadžbe i objasnite razlike u promjeni entalpije:

222*. Promjena entalpije reakcije neutralizacije kloridne kiseline s natrijevim hidroksidom iznosi -56,1 kJ/mol, a s kalijevim hidroksidom - -56,3 kJ/mol. Kada nitratna kiselina reagira s litijevim hidroksidom, promjena entalpije je -55,8 kJ/mol. Zašto mislite da su toplinski učinci ovih reakcija gotovo isti?

Ovo je udžbenički materijal

Napišite termokemijsku jednadžbu reakcije između CO (g) i vodika, pri čemu nastaju CH4 (g) i H2O (g). Koliko će se topline osloboditi tijekom ove reakcije ako je dobiveno 67,2 litre metana u normalnim uvjetima

Odgovor: 618,48 kJ

Napišimo jednadžbu reakcije:

CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)

Izračunajmo promjenu entalpije ove reakcije:

Dakle, jednadžba postaje:

CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ

Ova jednadžba vrijedi za stvaranje 1 mola ili 22,4 litre (n.s.) metana. Kada nastane 67,2 litara ili 3 mola metana, jednadžba ima oblik:

• 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2 O (g) + 618,48 kJ
• 3. Entropija se smanjuje ili povećava pri prijelazima: a) vode u paru; b) grafit u dijamant? Zašto? Izračunajte ?S°298 za svaku transformaciju. Izvedite zaključak o kvantitativnoj promjeni entropije tijekom faznih i alotropskih transformacija

Odgovor: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)

a) Kada voda prelazi u paru, entropija sustava raste.

Godine 1911. Max Planck je predložio sljedeći postulat: entropija pravilno oblikovanog kristala čiste tvari na apsolutnoj nuli je nula. Ovaj postulat može se objasniti statističkom termodinamikom, prema kojoj je entropija mjera neuređenosti sustava na mikrorazini:

gdje je W broj raznim uvjetima sustav, koji mu je dostupan u danim uvjetima, ili termodinamička vjerojatnost makrostanja sustava; R = 1,38.10-16 erg/deg - Boltzmannova konstanta.

Očito je da entropija plina znatno premašuje entropiju tekućine. To potvrđuju izračuni:

H2O(l)< H2O(г)

• ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
• b) Kada grafit prelazi u dijamant, entropija sustava se smanjuje, jer smanjuje se broj različitih stanja sustava. To potvrđuju izračuni:

Cgraf. > Salm.

S°prot. = 2,44 - 5,69 = -3,25 J/mol*K

Zaključak o kvantitativnoj promjeni entropije tijekom faznih i alotropskih transformacija, budući da entropija karakterizira neuređenost sustava, zatim tijekom alotropskih transformacija, ako sustav postaje uređeniji (u u ovom slučaju dijamant je tvrđi i jači od grafita), tada entropija sustava opada. Tijekom faznih transformacija: kada tvar prelazi iz krute, tekuće faze u plinovitu fazu, sustav postaje manje uređen, a entropija raste i obrnuto.

Video vodič 2: Proračuni pomoću termokemijskih jednadžbi

Predavanje: Toplinski učinak kemijske reakcije. Termokemijske jednadžbe

Toplinski učinak kemijske reakcije

Termokemija je grana kemije koja proučava toplinske, tj. toplinski učinci reakcija.

Kao što znate, svi kemijski element ima n-količinu energije. S tim se suočavamo svaki dan, jer... Svaki obrok opskrbljuje naše tijelo energijom kemijski spojevi. Bez toga nećemo imati snage ni za kretanje ni za rad. Ova energija održava konstantan t od 36,6 u našem tijelu.

U vrijeme reakcija, energija elemenata se troši ili na razaranje ili na stvaranje kemijskih veza između atoma. Energija se mora potrošiti da bi se veza raskinula i osloboditi da bi se formirala. A kada je oslobođena energija veća od potrošene energije, nastali višak energije pretvara se u toplinu. Tako:

Oslobađanje i apsorpcija topline tijekom kemijskih reakcija naziva se toplinski učinak reakcije, a označava se slovima Q.

Egzotermne reakcije– u procesu takvih reakcija oslobađa se toplina, koja se predaje okolini.

Ova vrsta reakcije ima pozitivan toplinski učinak +Q. Kao primjer, uzmimo reakciju izgaranja metana:

Endotermne reakcije– u procesu takvih reakcija apsorbira se toplina.

Ova vrsta reakcije ima negativan toplinski učinak -Q. Na primjer, razmotrite reakciju ugljena i vode pri visokim t:

Toplinski učinak reakcije izravno ovisi o temperaturi i tlaku.

Termokemijske jednadžbe

Toplinski učinak reakcije određuje se pomoću termokemijske jednadžbe. Kako je drugačije? U ovoj jednadžbi, uz simbol elementa, naznačeno je njegovo agregatno stanje (kruto, tekuće, plinovito). To se mora učiniti jer Na toplinski učinak kemijskih reakcija utječe masa tvari u agregatnom stanju. Na kraju jednadžbe iza znaka = navedena je brojčana vrijednost toplinskih učinaka u J ili kJ.

Kao primjer prikazana je jednadžba reakcije koja prikazuje izgaranje vodika u kisiku: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.

Jednadžba pokazuje da se po 1 molu kisika i 1 molu nastale vode oslobodi 286 kJ topline. Reakcija je egzotermna. Ova reakcija ima značajan toplinski učinak.

Kada nastane bilo koji spoj, ista će se količina energije osloboditi ili apsorbirati kao što se apsorbira ili oslobodi tijekom njegove razgradnje na primarne tvari.

Gotovo svi termokemijski proračuni temelje se na zakonu termokemije – Hessovom zakonu. Zakon je 1840. godine izveo poznati ruski znanstvenik G. I. Hess.

Osnovni zakon termokemije: toplinski učinak reakcije ovisi o prirodi i agregatnom stanju polazne i konačne tvari, ali ne ovisi o putu reakcije.

Primjenom ovog zakona bit će moguće izračunati toplinski učinak međufaze reakcije ako su poznati ukupni toplinski učinak reakcije i toplinski učinci ostalih međufaza.

Znanje toplinski učinak reakcija je od velike praktične važnosti. Na primjer, nutricionisti ih koriste pri sastavljanju pravilna prehrana prehrana; u kemijskoj industriji to je znanje potrebno kod zagrijavanja reaktora i, konačno, bez proračuna toplinskog učinka nemoguće je lansirati raketu u orbitu.

Svaka kemijska reakcija popraćena je oslobađanjem ili apsorpcijom energije u obliku topline.

Na temelju oslobađanja ili upijanja topline razlikuju se egzotermna I endotermički reakcije.

Egzotermno reakcije su reakcije tijekom kojih se oslobađa toplina (+Q).

Endotermne reakcije su reakcije tijekom kojih se apsorbira toplina (-Q).

Toplinski učinak reakcije (Q) je količina topline koja se oslobađa ili apsorbira tijekom interakcije određene količine početnih reagensa.

Termokemijska jednadžba je jednadžba koja opisuje toplinski učinak kemijske reakcije. Tako su, na primjer, termokemijske jednadžbe:

Također treba napomenuti da su termokemijske jednadžbe u obavezna treba sadržavati podatke o agregatnim stanjima reagensa i proizvoda, budući da o tome ovisi vrijednost toplinskog učinka.

Proračuni toplinskog učinka reakcije

Primjer tipičnog problema za pronalaženje toplinskog učinka reakcije:

Kada 45 g glukoze reagira s viškom kisika prema jednadžbi

C 6 H 12 O 6 (krutina) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q

Oslobođeno je 700 kJ topline. Odredite toplinski učinak reakcije. (Napišite broj do najbližeg cijelog broja.)

Riješenje:

Izračunajmo količinu glukoze:

n(C 6 H 12 O 6) = m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Oni. Prilikom interakcije 0,25 mola glukoze s kisikom oslobađa se 700 kJ topline. Iz termokemijske jednadžbe prikazane u uvjetu slijedi da interakcija 1 mola glukoze s kisikom proizvodi količinu topline jednaku Q (toplinski učinak reakcije). Tada je sljedeća proporcija točna:

0,25 mol glukoze - 700 kJ

1 mol glukoze - Q

Iz ovog udjela slijedi odgovarajuća jednadžba:

0,25 / 1 = 700 / Q

Rješavajući koje, nalazimo da je:

Dakle, toplinski učinak reakcije iznosi 2800 kJ.

Proračuni pomoću termokemijskih jednadžbi

Mnogo češće u Zadaci Jedinstvenog državnog ispita u termokemiji je već poznata vrijednost toplinskog učinka jer uvjet daje potpunu termokemijsku jednadžbu.

U ovom slučaju, potrebno je izračunati ili količinu topline oslobođenu/apsorbiranu s poznatom količinom reagensa ili produkta, ili, obrnuto, poznata vrijednost topline, potrebno je odrediti masu, volumen ili količinu tvari bilo kojeg sudionika u reakciji.

Primjer 1

Prema jednadžbi termokemijske reakcije

3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ

Nastalo je 68 g aluminijevog oksida. Koliko se topline oslobodilo? (Napišite broj do najbližeg cijelog broja.)

Riješenje

Izračunajmo količinu tvari aluminijevog oksida:

n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol

U skladu s termokemijskom jednadžbom reakcije, kada nastane 4 mola aluminijevog oksida, oslobađa se 3330 kJ. U našem slučaju nastaje 0,6667 mol aluminijevog oksida. Označivši količinu topline oslobođenu u ovom slučaju s x kJ, stvaramo omjer:

4 mol Al2O3 - 3330 kJ

0,667 mol Al2O3 - x kJ

Ovaj udio odgovara jednadžbi:

4 / 0,6667 = 3330 / x

Rješavajući koji, nalazimo da je x = 555 kJ

Oni. kada nastane 68 g aluminijevog oksida u skladu s termokemijskom jednadžbom u stanju, oslobađa se 555 kJ topline.

Primjer 2

Kao rezultat reakcije čija termokemijska jednadžba

4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ

Oslobođeno je 1655 kJ topline. Odredite volumen (l) oslobođenog sumpornog dioksida (br.). (Napišite broj do najbližeg cijelog broja.)

Riješenje

U skladu s termokemijskom jednadžbom reakcije, pri nastanku 8 mola SO 2 oslobađa se 3310 kJ topline. Kod nas se oslobodilo 1655 kJ topline. Neka količina nastalog SO 2 u ovom slučaju bude x mol. Tada je sljedeća proporcija pravedna:

8 mol SO 2 - 3310 kJ

x mol SO2 - 1655 kJ

Iz čega slijedi jednadžba:

8 / x = 3310 / 1655

Rješavajući koje, nalazimo da je:

Dakle, količina tvari SO 2 koja nastaje u ovom slučaju je 4 mol. Stoga je njegov volumen jednak:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(zaokruženo na cijele brojeve, budući da je to potrebno u uvjetu.)

Više analiziranih problema o toplinskom učinku kemijske reakcije može se pronaći.