Problema 10.1. Folosind ecuația termochimică: 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ, determinați masa de apă formată dacă se eliberează 1479 kJ de energie.

Soluţie. Scriem ecuația reacției sub forma:

Avem
x = (2 mol 1479 kJ) / (484 kJ) = 6,11 mol.
Unde
m(H2O) = v M = 6,11 mol 18 g/mol = 110 g
Dacă enunțul problemei nu indică cantitatea de reactant, ci raportează doar o modificare a unei anumite cantități (masă sau volum), care, de regulă, se referă la un amestec de substanțe, atunci este convenabil să se introducă un termen suplimentar. în ecuația de reacție corespunzătoare acestei modificări.

Problema 10.2. La un amestec de 10 L (N.O.) de etan și acetilenă, s-au adăugat 10 L (N.O.) de hidrogen. Amestecul a fost trecut peste un catalizator de platină încălzit. După aducerea produselor de reacție la condițiile inițiale, volumul amestecului a devenit 16 litri. Defini fractiune in masa acetilenă în amestec.

Soluţie. Hidrogenul reacționează cu acetilena, dar nu și cu etanul.
C2H6 + H22≠
C2H2 + 2H2 → C2H6
În acest caz, volumul sistemului scade cu
ΔV = 10 + 10 – 16 = 4 l.
Scăderea volumului se datorează faptului că volumul produsului (C 2 H 6) este mai mic decât volumul reactivilor (C 2 H 2 şi H 2).
Să scriem ecuația reacției introducând expresia ΔV.
Dacă reacționează 1 litru de C 2 H 2 și 2 litri de H 2 și se formează 1 litru de C 2 H 6, atunci
ΔV = 1 + 2 – 1 = 2 l.


Din ecuație este clar că
V(C2H2) = x = 2 l.
Apoi
V(C2H6) = (10 - x) = 8 l.
Din expresie
m / M = V / V M
avem
m = M V / V M
m(C2H2) = MV/VM= (26 g/mol 2l) / (22,4 l/mol) = 2,32 g,
m(C2H6) = M V / V M,
m(amestec) = m(C2H2) + m(C2H6) = 2,32 g + 10,71 g = 13,03 g,
w(C2H2) = m(C2H2) / m(amestec) = 2,32 g / 13,03 g = 0,18.

Problema 10.3. O placă de fier cântărind 52,8 g a fost plasată într-o soluție de sulfat de cupru (II). Determinați masa fierului dizolvat dacă masa plăcii devine 54,4 g.

Soluţie. Modificarea masei plăcii este egală cu:
Δm = 54,4 - 52,8 = 1,6 g.
Să scriem ecuația reacției. Se poate observa că, dacă din placă se dizolvă 56 g de fier, atunci pe placă se vor depune 64 g de cupru, iar placa va deveni cu 8 g mai grea:


Este clar că
m(Fe) = x = 56 g 1,6 g / 8 g = 11,2 g.

Problema 10.4.În 100 g de soluție care conține un amestec de acizi clorhidric și acizi azotic, se dizolvă maximum 24,0 g de oxid de cupru (II). După evaporarea soluției și calcinarea reziduului, masa acestuia este de 29,5 g. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile care au loc și determinați fracția de masă a acidului clorhidric din soluția originală.

Soluţie. Să scriem ecuațiile reacției:
СuО + 2НCl = СuСl 2 + Н 2 O (1)
CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O (2)
2Сu(NO 3) 2 = 2СuО + 4NO 2 + O 2 (3)
Se poate observa că creșterea masei de la 24,0 g la 29,5 g este asociată doar cu prima reacție, deoarece oxidul de cupru dizolvat în acid azotic conform reacției (2), în timpul reacției (3) s-a transformat din nou în oxid de cupru de aceeași masă. Dacă în timpul reacției (1) reacționează 1 mol de CuO cu o greutate de 80 g și se formează 1 mol de CuCl 2 cu o greutate de 135 g, atunci masa va crește cu 55 g. Având în vedere că masa a 2 moli de HCl este de 73 g, vom scrieți din nou ecuația (1), adăugând expresia Δm.

Este clar că
m(HCl) = x = 73 g 5,5 g / 55 g = 7,3 g.
Aflați fracția de masă a acidului:
w(HCl) = m(HCl) / m soluție =
= 7,3 g / 100 g = 0,073.

Conceptul de ecuații ale reacțiilor termochimice

Ecuațiile reacțiilor chimice în care este indicat efectul termic se numesc ecuații termochimice. Efectul termic este dat ca valoare a modificării entalpiei reacției AN. În ecuațiile termochimice, spre deosebire de ecuațiile chimice obișnuite, trebuie indicate stările agregate ale substanțelor („lichid” lichid, „solid” solid sau „g” gazos). Acest lucru se datorează faptului că aceeași substanță în diferite stări de agregare are entalpie diferită. Prin urmare, o reacție chimică care implică substanțe identice, dar în stări diferite de agregare, se caracterizează printr-un efect termic diferit.

Efectul termic al unei reacții în ecuațiile termochimice este notat în două moduri:

1) indicați doar semnul AN - dacă trebuie doar să observați dacă reacția este exo- sau endotermă:

Modificarea entalpiei dată în ecuația termochimică este aceeași parte a ecuației chimice ca și formulele substanțelor și, prin urmare, respectă aceleași relații. De exemplu, pentru ecuația arderii etanului:

Pentru alte cantități de reactanți sau produse, cantitatea de căldură se va modifica proporțional.

Adesea, pentru a facilita utilizarea ecuațiilor termochimice, coeficienții din ele sunt reduse, astfel încât formulele substanțelor utilizate pentru calcule sunt precedate de un coeficient de 1. Desigur, în acest caz, alți coeficienți se pot dovedi a fi fracționali, și este necesară reducerea proporțională a valorii modificării entalpiei. Astfel, pentru reacția sodiului cu apa dată mai sus, putem scrie ecuația termochimică:

Întocmirea ecuațiilor de reacție termochimică Exemplul 1. Când azotul reacționează cu 1 mol dintr-o substanță cu oxigen pentru a forma oxid de azot(N), se absorb 181,8 kJ de energie. Scrieți o ecuație termochimică pentru reacție.

Soluţie. Deoarece energia este absorbită, AH este un număr pozitiv. Ecuația termochimică ar arăta astfel:

Exemplul 2. Pentru reacția de sinteză a iodurii de hidrogen din substanțe gazoase simple AN = +52 kJ/mol. Scrieți o ecuație termochimică pentru descompunerea iodurii de hidrogen în substanțe simple.

Soluţie. Reacțiile de sinteză de iodură de hidrogen și descompunerea acesteia sunt reacții opuse. Analizând figura 18.4, putem concluziona că în acest caz substanțele, și deci entalpiile lor, sunt aceleași. Singura diferență este care substanță este produsul reacției și care este reactantul. Pe baza acestui fapt, concluzionăm că în procesele opuse AN-urile sunt identice ca valoare, dar diferite ca semn. Deci, pentru reacția de sinteză a iodurii de hidrogen:

Deoarece în practică se măsoară masa sau volumul substanțelor, este necesar să se compună ecuații termochimice folosind exact aceste date. Exemplu. Când s-a format apă lichidă cu o greutate de 18 g, s-a eliberat 241,8 kJ de căldură din substanțele simple. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție. Soluţie. Apa care cântărește 18 g corespunde cantității de substanță n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. Și în ecuația pentru reacția de formare a apei din substanțe simple, formula apei este precedată de un coeficient de 2. Aceasta înseamnă că în ecuația termochimică este necesar să se noteze modificarea entalpiei atunci când apa se formează cu un cantitate de substanță de 2 moli, adică 241,8. 2 = 483,6:

Etichetele produselor alimentare trebuie să conțină informații despre acestea valoare energetică, care este adesea numit conținut de calorii. Pentru majoritatea oamenilor, informațiile despre conținutul de calorii al alimentelor îi fac să se gândească: „Cât de mult mă voi îngrășa dacă mănânc asta?” De fapt, numerele care sunt indicate pe etichetă sunt efectul termic al reacției de ardere completă a 100 g din acest produs la dioxid de carbon si apa. Acest efect termic este adesea dat în unități învechite de măsurare a căldurii - calorii sau kilocalorii (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), de unde provine termenul „calorie”.

Idee cheie

Modificarea entalpiei este o caracteristică cantitativă a căldurii eliberate sau absorbite într-un proces reactie chimica.

Sarcini pentru stăpânirea materialului

210. Ce ecuații de reacție se numesc termochimice?

211. Determinați care dintre ecuațiile termochimice date corespund proceselor exoterme? procese endoterme?

212. Folosind ecuaţia termochimică pentru sinteza amoniacului, calculaţi câtă căldură va fi degajată: a) când se consumă azot în cantitate de 1 mol de substanţă; b) formarea amoniacului cu o cantitate de substanţă de 2 mol. 1\12 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.

213. Modificarea entalpiei reacției de ardere a cărbunelui este de 393,5 kJ/mol. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

214. Când a fost ars metanul, 1 mol de substanță a eliberat 890 kJ de energie. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

215. Oxidul de fer (11) este redus cu oxidul de carbon (11) la fier. Această reacție este însoțită de eliberarea a 1318 kJ de căldură atunci când se produce 1 mol de fier. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

216. Când hidrogenul interacționează cu iodul, iodură de hidrogen se formează cu o cantitate de substanță de 2 mol. În acest caz, au fost absorbite 101,6 kJ de energie. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

217. Folosind ecuațiile termochimice din sarcina 211, creați ecuații termochimice pentru reacțiile: a) formarea oxidului de mercur(II) din substanțe simple; b) descompunerea acidului clorhidric; c) formarea glucozei în timpul fotosintezei.

218. În timpul arderii oxidului de carbon(I), 2 mol dintr-o substanță au eliberat 566 kJ de energie. Scrieți o ecuație termochimică pentru reacție.

219. Descompunerea carbonatului de bariu cu o greutate de 197 g necesită 272 kJ de căldură. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

220. Când fierul cu o greutate de 56 g interacționează cu sulful, se eliberează 95 kJ de căldură. Scrieți o ecuație termochimică pentru această reacție.

221. Comparați ecuațiile termochimice date și explicați diferențele de modificare a entalpiei:

222*. Modificarea entalpiei reacției de neutralizare a acidului clorhidric cu hidroxid de sodiu este de -56,1 kJ/mol, iar cu hidroxid de potasiu - -56,3 kJ/mol. Când acidul azotat reacționează cu hidroxidul de litiu, modificarea entalpiei este de -55,8 kJ/mol. De ce crezi că efectele termice ale acestor reacții sunt aproape aceleași?

Acesta este material de manual

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 litri (n.s.) de metan. Când se formează 67,2 litri 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 în 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 corespunzător dintr-o substanță pură la zero absolut este zero. Acest postulat poate fi explicat prin termodinamică statistică, conform căreia entropia este o măsură a dezordinei unui sistem la nivel micro:

unde W este numărul diverse conditii sistem, accesibil acestuia în condiții date, sau probabilitatea termodinamică a macrostarii sistemului; R = 1,38,10-16 erg/grad - constanta Boltzmann.

Este evident că entropia gazului depășește semnificativ entropia lichidului. Acest lucru este confirmat de calcule:

H2O(l)< H2O(г)

• ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
• b) Când grafitul se transformă în diamant, entropia sistemului scade, deoarece numărul de stări diferite ale sistemului scade. Acest lucru este confirmat de calcule:

Cgraf. > Salm.

S°prot. = 2,44 - 5,69 = -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 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-o fază gazoasă, sistemul devine mai puțin ordonat și entropia crește și invers.

Tutorial video 2: Calcule folosind ecuații termochimice

Lectura: Efectul termic al unei reacții chimice. Ecuații termochimice

Efectul termic al unei reacții chimice

Termochimie este o ramură a chimiei care studiază termica, i.e. efectele termice ale reacțiilor.

După cum știți, toată lumea element chimic are n-cantitate de energie. Ne confruntăm cu asta în fiecare zi, pentru că... Fiecare masă furnizează corpul nostru cu energie compuși chimici. Fără aceasta, nu vom avea puterea să ne mișcăm sau să muncim. Această energie menține un t constant de 36,6 în corpul nostru.

În timpul reacțiilor, energia elementelor este cheltuită fie pentru distrugere, fie pentru formarea de legături chimice între atomi. Energia trebuie cheltuită pentru a rupe o legătură și eliberată pentru a o forma. Și când energia eliberată este mai mare decât energia cheltuită, excesul de energie rezultat se transformă în căldură. Prin urmare:

Se numește eliberarea și absorbția căldurii în timpul reacțiilor chimice efectul termic al reacției, și este desemnat prin literele Q.

Reacții exoterme– în procesul unor astfel de reacții, căldură este eliberată și este transferată în mediu.

Acest tip de reacție are un efect termic pozitiv +Q. Ca exemplu, să luăm reacția de ardere a metanului:

Reacții endoterme– în procesul unor astfel de reacții, căldura este absorbită.

Acest tip de reacție are un efect termic negativ -Q. De exemplu, luați în considerare reacția cărbunelui și apei la t mare:

Efectul termic al unei reacții depinde direct de temperatură, precum și de presiune.

Ecuații termochimice

Efectul termic al unei reacții se determină folosind o ecuație termochimică. Cum este diferit? În această ecuație, lângă simbolul unui element, este indicată starea lui de agregare (solid, lichid, gazos). Acest lucru trebuie făcut pentru că Efectul termic al reacțiilor chimice este influențat de masa substanței în stare agregată. La sfârșitul ecuației, după semnul =, este indicată valoarea numerică a efectelor termice în J sau kJ.

Ca exemplu, este prezentată o ecuație de reacție care arată arderea hidrogenului în oxigen: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.

Ecuația arată că se eliberează 286 kJ de căldură pentru 1 mol de oxigen și 1 mol de apă format. Reacția este exotermă. Această reacție are un efect termic semnificativ.

Când se formează orice compus, va fi eliberată sau absorbită aceeași cantitate de energie ca cea absorbită sau eliberată în timpul descompunerii sale în substanțe primare.

Aproape toate calculele termochimice se bazează pe legea termochimiei - legea lui Hess. Legea a fost elaborată în 1840 de celebrul om de știință rus G. I. Hess.

Legea fundamentală a termochimiei: efectul termic al unei reacții depinde de natura și starea fizică a substanțelor inițiale și finale, dar nu depinde de calea reacției.

Prin aplicarea acestei legi, se va putea calcula efectul termic al unei etape intermediare a unei reacții dacă se cunosc efectul termic general al reacției și efectele termice ale altor etape intermediare.

Cunoştinţe efect termic reacția este de mare importanță practică. De exemplu, nutriționiștii le folosesc atunci când compilează dieta corecta nutriție; în industria chimică, aceste cunoștințe sunt necesare la încălzirea reactoarelor și, în cele din urmă, fără a calcula efectul termic este imposibil să lansați o rachetă pe orbită.

Orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie sub formă de căldură.

Pe baza eliberării sau absorbției de căldură, se disting exotermicȘi endotermic reactii.

exotermic reacțiile sunt reacții în timpul cărora se eliberează căldură (+Q).

Reacțiile endoterme sunt reacții în care căldura este absorbită (-Q).

Efectul termic al reacției (Q) este cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită în timpul interacțiunii unei anumite cantități de reactivi inițiali.

O ecuație termochimică este o ecuație care specifică efectul termic al unei reacții chimice. Deci, de exemplu, ecuațiile termochimice sunt:

De asemenea, trebuie remarcat faptul că ecuațiile termochimice din obligatoriu ar trebui să includă informații despre stările agregate ale reactivilor și produselor, deoarece valoarea efectului termic depinde de aceasta.

Calcule ale efectului termic al reacției

Un exemplu de problemă tipică pentru a găsi efectul termic al unei reacții:

Când 45 g de glucoză reacţionează cu excesul de oxigen conform ecuaţiei

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

S-au eliberat 700 kJ de căldură. Determinați efectul termic al reacției. (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)

Soluţie:

Să calculăm cantitatea de glucoză:

n(C6H12O6) = m(C6H12O6) / M(C6H12O6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol

Acestea. Când 0,25 mol de glucoză interacționează cu oxigenul, se eliberează 700 kJ de căldură. Din ecuația termochimică prezentată în condiție rezultă că interacțiunea a 1 mol de glucoză cu oxigenul produce o cantitate de căldură egală cu Q (efectul termic al reacției). Atunci următoarea proporție este corectă:

0,25 mol glucoză - 700 kJ

1 mol de glucoză - Q

Din această proporție rezultă ecuația corespunzătoare:

0,25 / 1 = 700 / Q

Rezolvând care, aflăm că:

Astfel, efectul termic al reacției este de 2800 kJ.

Calcule folosind ecuații termochimice

Mult mai des în Teme de examen de stat unificatîn termochimie, valoarea efectului termic este deja cunoscută, deoarece condiția dă ecuația termochimică completă.

În acest caz, este necesar să se calculeze fie cantitatea de căldură eliberată/absorbită cu o cantitate cunoscută de reactiv sau produs, fie, dimpotrivă, prin valoare cunoscută căldură, este necesar să se determine masa, volumul sau cantitatea unei substanțe a oricărui participant la reacție.

Exemplul 1

Conform ecuaţiei reacţiei termochimice

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

S-au format 68 g de oxid de aluminiu. Câtă căldură s-a eliberat? (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)

Soluţie

Să calculăm cantitatea de substanță oxid de aluminiu:

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

În conformitate cu ecuația termochimică a reacției, când se formează 4 moli de oxid de aluminiu, se eliberează 3330 kJ. În cazul nostru, se formează 0,6667 mol de oxid de aluminiu. După ce am notat cantitatea de căldură eliberată în acest caz cu x kJ, creăm proporția:

4 mol Al203 - 3330 kJ

0,667 mol Al203-x kJ

Această proporție corespunde ecuației:

4 / 0,6667 = 3330 / x

Rezolvând care, aflăm că x = 555 kJ

Acestea. când se formează 68 g de oxid de aluminiu în conformitate cu ecuația termochimică din condiție, se eliberează 555 kJ de căldură.

Exemplul 2

Ca rezultat al unei reacții a cărei ecuație termochimică

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

S-a eliberat 1655 kJ de căldură. Determinați volumul (l) de dioxid de sulf eliberat (nr.). (Scrieți numărul la cel mai apropiat număr întreg.)

Soluţie

În conformitate cu ecuația termochimică a reacției, atunci când se formează 8 moli de SO2, se eliberează 3310 kJ de căldură. În cazul nostru, s-au eliberat 1655 kJ de căldură. Fie cantitatea de SO2 formată în acest caz x mol. Atunci următoarea proporție este corectă:

8 mol S02 - 3310 kJ

x mol S02 - 1655 kJ

Din care rezultă ecuația:

8 / x = 3310 / 1655

Rezolvând care, aflăm că:

Astfel, cantitatea de substanță SO2 formată în acest caz este de 4 moli. Prin urmare, volumul său este egal cu:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l(rotunjit la numere întregi, deoarece acest lucru este necesar în condiție.)

Pot fi găsite probleme mai analizate cu privire la efectul termic al unei reacții chimice.