Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Основы термохимии. Тепловые эффекты химических реакций

План

1. Экзо- и эндотермические реакции.

2. Тепловой эффект химической реакции. Понятие об энтальпии.

3. Термохимические уравнения.

4. Закон Гесса и следствия из него.

Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии (обычно в виде теплоты). Химические реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими, а реакции, протекающие с поглощением теплоты, – эндотермическими.

Например:

С + О₂ CO₂ + Q,

СaCO₃ CaO + CO₂ – Q.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате химической реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q).

Тепловой эффект выражается в кДж или ккал

(1 ккал = 4,187 кДж). Для экзотермических реакций Q > 0, для эндотермических Q < 0.

Уравнения химических реакций, в которых записывается тепловой эффект реакции, называют термохимическими уравнениями. Величина Q указывается в правой части уравнения со знаком «+» в случае экзотермической реакции и со знаком «–» в случае эндотермической реакции. В термохимическом уравнении принято указывать агрегатные состояния реагентов и продуктов реакции, т.к. тепловой эффект реакции зависит от агрегатных состояний реагирующих веществ. По термохимическим уравнениям можно проводить различные расчеты, поскольку тепловой эффект реакции относится к мольным количествам исходных веществ и продуктов реакции. Также термохимические уравнения можно записывать с величиной изменения энтальпии ( Н).

Энтальпия – термодинамическая функция, определяющая общий запас энергии системы (энергетическое состояние вещества), включая энергию, затрачиваемую на преодоление внешнего давления. Q = – H. Размерность энтальпии – Дж/моль.

Например:

С + О₂ CO₂ – Н,

СaCO₃ CaO + CO₂ + Н.

Основной закон термохимии установлен русским ученым Г.И.Гессом в 1840 г. (закон Гесса):

тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Например:

С + 1/2О₂ CO + Q ₁,

СO + 1/2О₂ CO₂ + Q ₂,

С + О₂ CO₂ + Q ₃;

Q ₃ = Q ₁ + Q ₂.

Первое следствие из закона Гесса:

тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом сумм теплот образования исходных веществ (с учетом коэффициентов):

Q _р-ции= Q _{обр. прод} – Q _{обр. реаг.}

Теплота образования (Q _обр) – это теплота, которая выделяется или поглощается при образовании
1 моль сложного вещества из простых веществ при стандартных условиях. Теплоты образования простых веществ приняты равными нулю.

Стандартные условия – давление 1 атм (101,3 кПа), Т = 298К (25 °С).

Второе следствие из закона Гесса:

тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот сгорания исходных веществ за вычетом суммы теплот сгорания продуктов реакции (с учетом коэффициентов):

Q _р-ции = Q _{сгор. реаг} – Q _{сгор. прод.}

Теплота сгорания (Q _сгор) – это теплота, выделяющаяся при сгорании 1 моль вещества в кислороде при стандартных условиях с образованием оксида элемента в высшей степени окисления. Теплоты сгорания негорючих веществ равны нулю.

Теплоты сгорания и образования – справочные величины, они приводятся в справочных термодинамических таблицах при стандартных условиях.

Тест по теме
«Основы термохимии. Тепловые эффекты химических реакций»

1. При стандартных условиях теплота образования равна 0 для:

а) водорода;

б) воды;

в) пероксида водорода;

г) алюминия.

2. Реакция, уравнение которой

N₂ + O₂ = 2NO – Q,

относится к реакциям:

а) эндотермического соединения;

б) экзотермического соединения;

в) эндотермического разложения;

г) экзотермического разложения.

3. При взаимодействии 10 г натрия с водой выделяется 36,46 кДж теплоты. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось, если в результате реакции образовалось 200 г гидроксида натрия?

а) 838; б) 209,5; в) 364,6; г) 419.

4. Эндотермической является реакция:

а) горения водорода; б) разложения воды;

в) горения углерода; г) горения метана.

5. Известны тепловые эффекты следующих процессов:

2С₂Н₂ (г.) + 5О₂ (г.) = 4СО (г.) + 2Н₂О (ж.) + 2600 кДж,

Н₂О (ж.) = Н₂О (г.) – 40 кДж.

Какую массу воды (в г), находящейся при температуре кипения, можно испарить за счет теплоты, полученной при полном сгорании 89,6 л (н.у.) ацетилена?

а) 72; б) 1170; в) 2340; г) 4680.

6. Какое определение неверно для данной реакции:

2NaNO₃ (тв.) = 2NaNO₂ (тв.) + O₂ (г.) – Q?

а) Гомогенная;

б) эндотермическая;

в) реакция соединения;

г) окислительно-восстановительная.

7. Даны теплоты реакций:

С + 1/2О₂ = СО + 110 кДж,

2СО + О₂ = 2СО₂ + 566 кДж.

Определить теплоту образования углекислого газа из простых веществ (в кДж/моль).

а) 346; б) 786; в) 503; г) 393.

8. Дано термохимическое уравнение:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + 198 кДж.

В результате реакции выделилось 495 кДж теплоты. Какая масса (в г) сернистого газа прореагировала с кислородом?

а) 160; б) 640; в) 320; г) 320.

9. Теплота сгорания ацетилена – 1300 кДж/моль. Какое количество теплоты (в кДж) выделится при сгорании 1л ацетилена (в пересчете на н.у.)?

а) 58; б) 116; в) 1300; г) 58 000.

10. Основным законом термохимии является закон:

а) Гей-Люссака; б) Гесса;

в) Авогадро; г) Пруста.

Ключ к тесту

а, г	а	г	б	в	а, в	г	в	а	б