Качественные задачи на расчеты по термохимическому уравнению. Учебно-методическое пособие

1.1. Примеры задач с решениями

Задача 1. Запишите термохимическое уравнение реакции, если известно, что при образовании 1 моль газообразного хлороводорода HCl из простых веществ в стандартных условиях выделяется 92 кДж теплоты.

Решение

Термохимическими уравнениями называют уравнения химических реакций, записанные с указанием значения энтальпии DH (кДж) и агрегатного состояния участвующих в реакции веществ.

Энтальпия реакции DH 0 = Q p = ‑92 кДж, появление знака (‑) связано с тем, что энтальпии экзотермических реакций принято считать отрицательными.

Термохимическое уравнение реакции

1/2H 2(г) + 1/2Cl 2(г) = HCl (г) , ∆Н 0 = – 92 кДж.

Возможен другой вариант ответа, получаемый удвоением этого уравнения:

H 2(г) + Cl 2(г) = 2HCl (г) , ∆Н 0 = – 184 кДж.

Задача 2 . Рассчитайте стандартную энтальпию образования Al 2 O 3(т) , если известно термохимическое уравнение

4Al (т) + 3O 2 (г) = 2Al 2 O 3 (т) , DH 0 = – 3340 кДж.

Решение

Энтальпией образования вещества называют энтальпию реакции образования 1 моль данного вещества из простых веществ, устойчивых в стандартных условиях. Уравнение приведенной реакции соответствует образованию 2 моль оксида алюминия из простых веществ – алюминия и кислорода. С термохимическими уравнениями можно проводить простейшие математические процедуры: складывать, вычитать, умножать или делить на какое-либо число. Разделим уравнение реакции на два, чтобы оно соответствовало образованию 1 моль вещества (пропорционально уменьшим и значение энтальпии):

2Al (т) + 3/2O 2 (г) = Al 2 O 3 (т) , .

Ответ: стандартная энтальпия образования оксида алюминия

Задача 3 . Расположите формулы веществ (см. таблицу) в порядке увеличения устойчивости. Ответ мотивируйте.

Решение

Значения энтальпий образования позволяют сравнивать устойчивость однотипных соединений: чем меньше значение энтальпии образования, тем устойчивее соединение. Расположение формул веществ в порядке увеличения устойчивости

H 2 Te (г) H 2 Se (г) H 2 S (г) H 2 O (г) .

Задача 4 . Запишите, какое соотношение существует между энтальпиями реакций DH 1 , DH 2 и DH 3 , если известны термохимические уравнения.

1) С (графит) + O 2(г) = CO 2(г) , DH 1 ;

2) С (графит) + 1/2O 2(г) = CO (г) , DH 2 ;

3) CO (г) + 1/2O 2(г) = CO 2 (г) , DH 3 .

Решение

Термохимические уравнения можно складывать, вычитать и т. д. Уравнение (1) может быть получено сложением уравнений (2) и (3), т.е.

Ответ:

Задача 5. Определите по справочным данным стандартную энтальпию реакции

С 2 H 5 OH (ж) + 3O 2(г) = 2СО 2(г) + 3H 2 O (г) .

Решение

Значение энтальпии реакции находим по первому следствию закона Гесса

Ответ:

Задача 6. Рассчитайте количество теплоты, выделяющейся (или поглощающейся) при гашении 1 кг извести в стандартных условиях. Значения стандартных энтальпий образования веществ приведены в таблице.

Решение

Уравнение реакции гашения извести:

CaO (т) + Н 2 О (ж) = Са(ОН) 2(т) .

Тепловой эффект реакции равен энтальпии реакции, значение которой находим по первому следствию закона Гесса:

Энтальпия реакции отрицательна, т.е. при гашении извести теплота выделяется. Количество теплоты Q = H 0 = ‑66 кДж соответствует гашению 1 моль СаО. Рассчитываем количество вещества, содержащееся в 1 кг оксида кальция:

Количество теплоты, выделяющейся при гашении 1 кг извести,

Ответ: при гашении 1 кг извести в стандартных условиях выделяется 1175 кДж теплоты.

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.

Готовые работы

ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ

Многое уже позади и теперь ты - выпускник, если, конечно, вовремя напишешь дипломную работу. Но жизнь - такая штука, что только сейчас тебе становится понятно, что, перестав быть студентом, ты потеряешь все студенческие радости, многие из которых, ты так и не попробовал, всё откладывая и откладывая на потом. И теперь, вместо того, чтобы навёрстывать упущенное, ты корпишь над дипломной работой? Есть отличный выход: скачать нужную тебе дипломную работу с нашего сайта - и у тебя мигом появится масса свободного времени!
Дипломные работы успешно защищены в ведущих Университетах РК.
Стоимость работы от 20 000 тенге

КУРСОВЫЕ РАБОТЫ

Курсовой проект - это первая серьезная практическая работа. Именно с написания курсовой начинается подготовка к разработке дипломных проектов. Если студент научиться правильно излагать содержание темы в курсовом проекте и грамотно его оформлять, то в последующем у него не возникнет проблем ни с написанием отчетов, ни с составлением дипломных работ, ни с выполнением других практических заданий. Чтобы оказать помощь студентам в написании этого типа студенческой работы и разъяснить возникающие по ходу ее составления вопросы, собственно говоря, и был создан данный информационный раздел.
Стоимость работы от 2 500 тенге

МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В настоящее время в высших учебных заведениях Казахстана и стран СНГ очень распространена ступень высшего профессионального образования, которая следует после бакалавриата - магистратура. В магистратуре обучаются с целью получения диплома магистра, признаваемого в большинстве стран мира больше, чем диплом бакалавра, а также признаётся зарубежными работодателями. Итогом обучения в магистратуре является защита магистерской диссертации.
Мы предоставим Вам актуальный аналитический и текстовый материал, в стоимость включены 2 научные статьи и автореферат.
Стоимость работы от 35 000 тенге

ОТЧЕТЫ ПО ПРАКТИКЕ

После прохождения любого типа студенческой практики (учебной, производственной, преддипломной) требуется составить отчёт. Этот документ будет подтверждением практической работы студента и основой формирования оценки за практику. Обычно, чтобы составить отчёт по практике, требуется собрать и проанализировать информацию о предприятии, рассмотреть структуру и распорядок работы организации, в которой проходится практика, составить календарный план и описать свою практическую деятельность.
Мы поможет написать отчёт о прохождении практики с учетом специфики деятельности конкретного предприятия.

Занятие №17

Тема занятия: Расчеты по термохимическим уравнениям

Тип занятия: урок изучения нового материала

Цель занятия:

рассмотреть химические процессы с точки зрения их энергетической составляющей, актуализировать понятия «термохимические реакции», «тепловой эффект химической реакции», «экзотермические и эндотермические процессы»;

раскрыть понятие «теплота образования соединений», стандартная энтальпия, закон Гесса;

познакомить с понятием энтропия и оценкой возможности самопроизвольного протекания реакций;

развивать умение решать расчетные задачи по термохимическим уравнениям, рассчитывать тепловой эффект химической реакции с использованием понятий «теплота образования», составлять термохимические уравнения реакций, определять теплоты образования веществ по термохимическим уравнениям реакций

Средства обучения:

Компьютер, проекционная аппаратура

Ход занятия:

I. Вводное слово учителя, введение в тему урока Слайд 1

II. Актуализация знаний. Слайд 2

Тепловые эффекты химических реакций. Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.

Вводное задание (классификация х.р. по тепловому эффекту) Самостоятельная деятельность учащихся по актуализации понятий «термохимические реакции», «тепловой эффект химической реакции», «экзотермические и эндотермические реакции».

III. Объяснение нового материала.

Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии, чаще всего в виде теплоты. Реакции, при которых теплота выделяется, называются экзотермическими, поглощается – эндотермическими. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, протекающей при постоянной температуре, называется тепловым эффектом реакции. При постоянном давлении тепловой эффект реакции равен изменению энтальпии (ΔН).

Тепловой эффект реакции выражается в единицах энергии – килоджоулях (кДж) или килокалориях (ккал) (1ккал = 4,1868кДж).

Наука, которая изучает тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией, а уравнения химических реакций, в которых указывается тепловой эффект, - термохимическими уравнениями.

Тепловой эффект реакции (ΔН) зависит от природы реагирующих веществ, от количества этих веществ и их агрегатного состояния, от температуры.

Для сопоставления энергетических эффектов различных реакций и для проведения термохимических расчетов используют стандартные тепловые эффекты (обозначаются ).

Слайд 3 Под стандартным понимается тепловой эффект реакции, осуществляемой в условиях, когда все участвующие в реакции вещества находятся в заданных стандартных состояниях (давление 101 кПа).

Слайд 4 В термохимических уравнениях необходимо указывать агрегатные состояния веществ с помощью буквенных индексов, а тепловой эффект реакции (ΔН) записывать отдельно, через запятую.

Например, термохимическое уравнение

показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531кДж теплоты, если давление 101кПа, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции.

При экзотермических реакциях, когда тепло выделяется, ∆Н отрицательно. При эндотермических реакциях (тепло поглощается) и ∆H положительно.

H 2 + Cl 2 = 2Сl 2 + Q,

где Q - количество выделенной теплоты. Если использовать энтальпию (характеристику энергосодержания системы), то это уравнение следует записать иначе:

H 2 + Cl 2 = 2Сl 2 , ∆Н

Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю.

В термохимии часто используют уравнения, в которых тепловой эффект относят к одному молю образовавшегося вещества, применяя в случае необходимости дробные коэффициенты.

Например, кДж.

Тепловой эффект данной химической реакции равняется энтальпии образования HCl (г) , т.е.

Слайд 5 Откуда взялся знак "минус" перед значением теплового эффекта? Принято потерянную любой системой энергию представлять со знаком "минус". Рассмотрим, например, уже знакомую нам систему из молекул метана и кислорода. В результате экзотермической реакции между ними происходит выделение теплоты:

СH 4 (г) + 2 O 2 (г) = СO2(г) + 2 H 2 О(ж) + 890 кДж

Можно записать эту реакцию и другим уравнением, где выделившаяся ("потерянная") теплота имеет знак "минус":

СH 4 (г) + 2 O 2 (г) – 890 кДж = СO 2 (г) + 2 H 2 О(ж)

По традиции энтальпию этой и других экзотермических реакций в термодинамике принято записывать со знаком "минус":

∆Н о 298 = –890 кДж/моль (энергия выделяется).

Слайд 6 Наоборот, если в результате эндотермической реакции система поглотила энергию, то энтальпия такой эндотермической реакции записывается со знаком "плюс". Например, для реакции получения CO и водорода из угля и воды (при нагревании):

C(тв) + H 2 О(г) + 131,3 кДж = CO(г) + H 2 (г)

(∆Н о 298 = +131,3 кДж/моль)

Тепловой эффект экзотермической реакции считают отрицательным (ΔН 0).

Слайд 7 В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса . Тепловой эффект (∆Н) химической реакции (при постоянных Р и Т) не зависит от пути ее протекания, а зависит от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции.

ΔН х.р. = ∑ ΔН прод обр - ∑ ΔН исх обр

Следствия из закона Гесса

Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку.

Тепловой эффект химической реакции (∆Н) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, взятых с учетом коэффициентов в уравнении реакции.

IV . Объяснение алгоритма решения расчетных задач с применением термохимических расчетов по уравнениям.

Слайд 8 Пример При образовании 1,8 г воды (H 2 O (ж)) из газообразных водорода и кислорода выделилось 28,6 кДж тепла. Вычислить энтальпию образования H 2 O (ж) и написать уравнение реакции, тепловой эффект которой равен
.

Решение. 1-й способ .

Так как 1 моль воды равен 18 г, то энтальпию образования

1 моль H 2 O (ж) можно вычислить

кДж/моль,

что соответствует уравнению

кДж/моль.

2-й способ: Из условия: H=-28,6 кДж.

По определению:
;

Следовательно,

кДж/моль.

V . Первичный контроль усвоения теоретического материала, решение расчетных задач.

Слайд 9 Пример 1. Сколько выделится теплоты при получении 1 кг железа по реакции

Fe 2 O 3(к) +3СО (г) =2Fe (к) +3СО 2(г) , если энтальпии образования Fe 2 O 3(к) , СО (г) и СО 2(г) соответственно равны (кДж/моль): -822,7; -110,6 и -394,0.

Решение

1.Вычисляем тепловой эффект реакции (H), используя следствие из закона Гесса.

Так как энтальпия образования простого вещества принимается равной нулю то,
.

Проведем расчет по термохимическому уравнению:

если образуется 256г Fe, то выделяется 27,2 кДж;

если образуется 1000г Fe, то выделяется х кДж.

Решаем пропорцию и получаем

кДж, т.е.

выделится 242,9 кДж теплоты.

Слайд 10 Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

C 2 H 6 (г) + 3½O 2 = 2 CO 2 (г) + 3H 2 O (ж); ΔHх.р. = -1559,87 кДж. Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО 2 (г) и Н 2 О(ж)

Решение.

Исходя из следующих данных:

а) С 2 Н 6 (г) + 3 ½О 2 (г) = 2СО 2 (г) + 3Н 2 О(ж); ΔН = -1559,87 кДж

б) С (графит) + О 2 (г) = СО2(г); ΔН = -393,51 кДж

в) Н 2 (г) + ½О 2 = Н 2 О(ж); ΔН = -285,84 кДж

На основании закона Гесса

С 2 Н 6 = 3 ½О 2 – 2С – 2О 2 – 3Н 2 – 3 / 2 О 2 = 2СО 2 + 3Н 2 О – 2СО 2 – 3Н 2 О

ΔН = -1559,87 – 2(-393,51) – 3(-285,84) = +84,67 к Дж;

ΔН = -1559,87 + 787,02 + 857,52; С 2 Н 2 = 2С + 3Н 2 ;

ΔН = +84,67 кДж

Следовательно

∆H обр С 2 Н 6 = -84,67 кДж

Слайд 11 Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

С 2 Н 5 ОН(ж) + 3О 2 (г) = 2СО 2 (г) + 3Н 2 О(ж); ΔН = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С 2 Н 5 ОН(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С 2 Н 5 ОН(г); СО 2 (г); Н 2 О(ж).

Решение. Для определения ΔН реакции необходимо знать теплоту образования С 2 Н 5 ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С 2 Н 5 ОН(ж) = С 2 Н 5 ОН(г); ΔН = + 42,36 кДж.

42,36 = -235,31 – ∆HC 2 H 5 OH(ж);

∆HC 2 H 5 OH(ж) = -235,31 – 42,36 = -277,67 кДж.

Вычисляем ΔН реакции, применяя следствия из закона Гесса:

ΔН х.р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Слайд 12 Пример 4. Вычислить энтальпию образования N 2 O 5 (кр), если известен тепловой эффект реакции N 2 O 5 (к)+2KOH(к)=2KNO 3 (к)+H 2 O(ж); кДж, а также энтальпии образования KOH(к), KNO 3 (к) и H 2 O(ж), которые соответственно равны -425,0;-493,2 и –286,0 (кДж/моль).

Решение.

Используя следствие из закона Гесса, запишем

Подставим данные из условия и получим

380,6=(2-493,2-286)-(
+2-425)

Проводим арифметические вычисления:

380,6=-422,4-
.

КДж/моль

VI . Рефлексия Слайд 13

Что называется тепловым эффектом химической реакции (DH)?

Перечислите факторы, влияющие на тепловой эффект химической реакции (DH).

Какие реакции называются экзотермическими и эндотермическими? Приведите примеры.

Какой знак имеет тепловой эффект (DH) для экзотермических и эндотермических реакций?

Дайте определение стандартной энтальпии образования сложного вещества.

Дайте формулировку закона Гесса.

Сформулируйте следствия из закона Гесса.

VII . Домашнее задание Слайд 14

1. При взаимодействии 1 моль водорода и 1 моль хлора выделяется 184 кДж. Чему равна энтальпия образования хлористого водорода?

2. На разложение 1 моль бромистого водорода на простые вещества требуется затратить 72 кДж теплоты. Чему равна энтальпия образования HBr?

3. Сколько выделится теплоты при сжигании 1 кг алюминия, если
кДж/моль.

4. При сжигании какого количества магния выделяется 1000 кДж, если
кДж/моль?

Таблица 1

Стандартные теплоты (энтальпии) образования ΔH о 298 некоторых веществ

Вещество	Состояние	ΔH о 298, кДж/моль	Вещество	Состояние	ΔH о 298, кДж/моль
		92,31 уравнениям . 1.При соединении 4,2 г железа с серой выделилось... кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции горения фосфора. 7.По термохимическому уравнению горения водорода 2H2 + ... Расчеты по термохими ческому уравнению (тху) реакции Документ ЗАДАЧИ 11 класс Расчеты по уравнению реакции Какая масса... с массовой долей брома 3,2%? Расчеты по термохимическому уравнению (ТХУ) реакции Какое количество... этилена (н.у.) и 5 г воды. Вычисления по уравнениям последовательных реакций Сожгли 12 л (при... Ib вычисление теплового эффекта реакции, составление термохимического уравнения Решение Расчетные задачи «Расчеты по термохимическим уравнениям » IA Расчет по термохимическому уравнению Образец решения задачи Термохимическое уравнение реакции разложения известняка: CaCO3 = CaO ... Рабочая программа по естествознанию для 5 Акласса Составитель Рабочая программа Умения и навыки: решать задачи по уравнениям химических реакций. 51 8 Расчеты по термохимическим уравнениям . - комбинированный урок - объяснение... Пояснительная записка рабочая программа по химии в 8 классе составлена на основе: Федерального компонента образовательного стандарта основного общего образования по химии Пояснительная записка Получение и свойства кислорода. Расчетные задачи. Расчеты по термохимическим уравнениям . Тема 3. Водород (3 часа) Водород... воздуха Уметь: записывать уравнения реакции окисления; вести расчеты по термохимическим уравнениям ; получать и собирать...

Для того, чтобы сравнивать энергетические эффекты различных процессов, тепловые эффекты определяют при стандартных условиях . За стандартные принимают давление 100 кПа (1 бар), температуру 25 0 С (298 К), концентрацию - 1 моль/л. Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартном состоянии, то тепловой эффект химической реакции называется стандартной энтальпией системы и обозначается ΔН 0 298 или ΔН 0 .

Уравнения химических реакций с указанием теплового эффекта называют термохимическими уравнениями .

В термохимических уравнениях указывают фазовое состояние и полиморфную модификацию реагирующих и образующихся веществ: г -газовое, ж - жидкое, к -кристаллическое, т - твердое, р - растворенное и др. Если агрегатные состояния веществ для условий реакции очевидны, например, О 2 , N 2 , Н 2 - газы, Аl 2 О 3 , СаСО 3 - твердые вещества и т.д. при 298 К, то их могут не указывать.

Термохимическое уравнение включает в себя тепловой эффект реакции ΔН , который в современной терминологии записывают рядом с уравнением. Например:

С 6 Н 6(Ж) + 7,5О 2 = 6СО 2 + 3Н 2 О (Ж) ΔН 0 = - 3267,7 кДж

N 2 + 3Н 2 = 2NН 3(Г) ΔН 0 = - 92,4 кДж.

С термохимическими уравнениями можно оперировать, как и с алгебраическими уравнениями (складывать, вычитать друг из друга, умножать на постоянную величину и т.д.).

Термохимические уравнения часто (но не всегда) приводятся для одного моля рассматриваемого вещества (получаемого или расходуемого). При этом другие участники процесса могут входить в уравнение с дробными коэффициентами. Это допускается, так как термохимические уравнения оперируют не с молекулами, а с молями веществ.

Термохимические расчеты

Тепловые эффекты химических реакций определяют как экспериментально, так и с помощью термохимических расчетов.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1841 г):

Тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому протекает реакция (т.е. от числа промежуточных стадий), а определяется начальным и конечным состоянием системы.

Например, реакция горения метана может протекать по уравнению:

СН 4 +2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О (Г) ΔН 0 1 = -802,34 кДж

Эту же реакцию можно провести через стадию образования СО:

СН 4 +3/2О 2 = СО + 2Н 2 О (Г) ΔН 0 2 = -519,33 кДж

СО +1/2О 2 = СО 2 ΔН 0 3 = -283,01 кДж

При этом оказывается, что ΔН 0 1 = ΔН 0 2 + ΔН 0 3 . Следовательно, тепловой эффект реакции, протекающей по двум путям, одинаков. Закон Гесса хорошо иллюстрируется с помощью энтальпийных диаграмм (рис.2)

Из закона Гесса вытекает ряд следствий:

1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком.

2. Если в результате ряда последовательных химических реакций система приходит в состояние, полностью совпадающее с исходным, то сумма тепловых эффектов этих реакций равна нулю (ΔН = 0). Процессы, в которых система после последовательных превращений возвращается в исходное состояние, называются круговыми процессами или циклами . Метод циклов широко используется в термохимических расчетах. .

3. Энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Здесь встречаемся с понятием ""энтальпия образования"" .

Энтальпией (теплотой) образования химического соединения называется тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25 0 С (298 К) и 100 кПа. Стандартные энтальпии образования химических веществ обозначаются ΔН 0 298 (или ΔН 0 ), измеряются в кДж/моль и приводятся в справочниках. Энтальпию образования простых веществ, устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа, принимают равной нулю.

В таком случае следствие из закона Гесса для теплового эффекта химической реакции (ΔН (Х.Р.) ) имеет вид:

ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 продуктов реакции - ∑ΔН 0 исходных веществ

Используя закон Гесса, можно рассчитывать энергию химической связи, энергию кристаллических решеток, теплоты сгорания топлив, калорийность пищи и т.д.

Наиболее распространенные расчеты – вычисление тепловых эффектов (энтальпий) реакций, что необходимо для технологических и научных целей.

Пример 1. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО 2(Г) и водородом, в результате которой образуются СН 4(Г) и Н 2 О (Г) , вычислив ее тепловой эффект на основе данных, приведенных в приложении. Сколько теплоты выделится в этой реакции при получении 67,2 л метана в пересчете на стандартные условия?

Решение .

СО 2(Г) + 3Н 2(Г) = СН 4(Г) + 2Н 2 О (Г)

Находим в справочнике (приложение) стандартные теплоты образования соединений, участвующих в процессе:

ΔН 0 (СО 2(Г) ) = -393,51 кДж/моль ΔН 0 (СН 4(Г) ) = -74,85 кДж/моль ΔН 0 (Н 2(Г) ) = 0 кДж/моль ΔН 0 (Н 2 О (Г) ) = ―241,83 кДж/моль

Обратите внимание, что теплота образования водорода, как и всех простых веществ в их устойчивом при данных условиях состоянии, равна нулю. Рассчитываем тепловой эффект реакции:

ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 (прод.) - ∑ΔН 0 (исх.) =

ΔН 0 (СН 4(Г) ) + 2ΔН 0 (Н 2 О (Г) ) - ΔН 0 (СО 2(Г) ) -3ΔН 0 (Н 2(Г) )) =

74,85 + 2(-241,83) - (-393,51) - 3·0 = -165,00 кДж/моль.

Термохимическое уравнение имеет вид:

СО 2(Г) + 3Н 2(Г) = СН 4(Г) + 2Н 2 О (Г) ; ΔН = -165,00 кДж

Согласно этому термохимическому уравнению, 165,00 кДж теплоты выделится при получении 1 моль, т.е. 22,4 л метана. Количество теплоты, выделившейся при получении 67,2 л метана, находим из пропорции:

22,4 л -- 165,00 кДж 67,2·165,00

67,2 л -- Q кДж Q = ------ = 22,4

Пример 2. При сгорании 1л этилена С 2 Н 4(Г) (стандартные условия) с образованием газообразного оксида углерода (IV) и жидкой воды выделяется 63,00 кДж теплоты. Рассчитайте по этим данным мольную энтальпию горения этилена и запишите термохимическое уравнение реакции. Вычислите энтальпию образования С 2 Н 4(Г) и сравните полученное значение с литературными данными (приложение).

Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:

С 2 Н 4(Г) + 3О 2(Г) = 2СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ;  Н = ?

Создаваемое термохимическое уравнение описывает горение 1 моль, т.е. 22,4 л этилена. Необходимую для него мольную теплоту горения этилена находим из пропорции:

1л -- 63,00 кДж 22,4·63,00

22,4 л -- Q кДж Q = ------ =

1410,96 кДж

Н = -Q , термохимическое уравнение горения этилена имеет вид: С 2 Н 4(Г) + 3О 2(Г) = 2СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ;  Н = -1410,96 кДж

Для расчета энтальпии образования С 2 Н 4(Г) привлекаем следствие из закона Гесса: ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 (прод.) - ∑ΔН 0 (исх.).

Используем найденную нами энтальпию горения этилена и приведенные в приложении энтальпии образования всех (кроме этилена) участников процесса.

1410,96 = 2·(-393,51) + 2·(-285,84) - ΔН 0 (С 2 Н 4(Г) ) - 3·0

Отсюда ΔН 0 (С 2 Н 4(Г) ) = 52,26 кДж/моль. Это совпадает со значением, приведенным в приложении и доказывает правильность наших вычислений.

Пример 3. Напишите термохимическое уравнение образования метана из простых веществ, вычислив энтальпию этого процесса из следующих термохимических уравнений:

СН 4(Г) + 2О 2(Г) = СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ΔН 1 = -890,31 кДж (1)

С (ГРАФИТ) + О 2(Г) = СО 2(Г)  Н 2 = -393,51 кДж (2)

Н 2(Г) + ½О 2(Г) = Н 2 О (Ж)  Н 3 = -285,84 кДж (3)

Сравните полученное значение с табличными данными (приложение).

Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:

С (ГРАФИТ) + 2Н 2(Г) = СН 4(Г)  Н 4 =  Н 0 (СН 4(Г)) ) =? (4)

С термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Мы должны в результате алгебраических действий с уравнениями 1, 2 и 3 получить уравнение 4. Для этого следует уравнение 3 умножить на 2, результат сложить с уравнением 2 и вычесть уравнение 1.

2Н 2(Г) + О 2(Г) = 2Н 2 О (Ж)  Н 0 (СН 4(Г) ) = 2  Н 3 +  Н 2 -  Н 1

+ С (ГРАФИТ) + О 2(Г) + СО 2(Г)  Н 0 (СН 4(Г) ) = 2(-285,84)

- СН 4(Г) - 2О 2(Г) -СО 2(Г) - 2Н 2 О (Ж) + (-393,51)

С (ГРАФИТ) + 2Н 2(Г) = СН 4(Г)  Н 0 (СН 4(Г) ) = -74,88 кДж

Это совпадает со значением, приведенным в приложении, что доказывает правильность наших вычислений.