Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты.

По признаку выделения или поглощения теплоты различают экзотермические и эндотермические реакции.

Экзотермические реакции – такие реакции, в ходе которых тепло выделяется (+Q).

Эндотермические реакции – реакции, при протекании которых тепло поглощается (-Q).

Тепловым эффектом реакции (Q ) называют количество теплоты, которое выделяется или поглощается при взаимодействии определенного количества исходных реагентов.

Термохимическим уравнением называют уравнение, в котором указан тепловой эффект химической реакции. Так, например, термохимическими являются уравнения:

Также следует отметить, что термохимические уравнения в обязательном порядке должны включать информацию об агрегатных состояниях реагентов и продуктов, поскольку от этого зависит значение теплового эффекта.

Расчеты теплового эффекта реакции

Пример типовой задачи на нахождение теплового эффекта реакции:

При взаимодействии 45 г глюкозы с избытком кислорода в соответствии с уравнением

C 6 H 12 O 6(тв.) + 6O 2(г) = 6CO 2(г) + 6H 2 O(г) + Q

выделилось 700 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции. (Запишите число с точностью до целых.)

Решение:

Рассчитаем количество вещества глюкозы:

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

Т.е. при взаимодействии 0,25 моль глюкозы с кислородом выделяется 700 кДж теплоты. Из представленного в условии термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 1 моль глюкозы с кислородом образуется количество теплоты, равное Q (тепловой эффект реакции). Тогда верна следующая пропорция:

0,25 моль глюкозы - 700 кДж

1 моль глюкозы - Q

Из этой пропорции следует соответствующее ей уравнение:

0,25 / 1 = 700 / Q

Решая которое, находим, что:

Таким образом, тепловой эффект реакции составляет 2800 кДж.

Расчёты по термохимическим уравнениям

Намного чаще в заданиях ЕГЭ по термохимии значение теплового эффекта уже известно, т.к. в условии дается полное термохимическое уравнение.

Рассчитать в таком случае требуется либо количество теплоты, выделяющееся/поглощающееся при известном количестве реагента или продукта, либо же, наоборот, по известному значению теплоты требуется определить массу, объем или количество вещества какого-либо фигуранта реакции.

Пример 1

В соответствии с термохимическим уравнением реакции

3Fe 3 O 4(тв.) + 8Al (тв.) = 9Fe (тв.) + 4Al 2 O 3(тв.) + 3330 кДж

образовалось 68 г оксида алюминия. Какое количество теплоты при этом выделилось? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Рассчитаем количество вещества оксида алюминия:

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

В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 4 моль оксида алюминия выделяется 3330 кДж. В нашем же случае образуется 0,6667 моль оксида алюминия. Обозначив количество теплоты, выделившейся при этом, через x кДж составим пропорцию:

4 моль Al 2 O 3 - 3330 кДж

0,667 моль Al 2 O 3 - x кДж

Данной пропорции соответствует уравнение:

4 / 0,6667 = 3330 / x

Решая которое, находим, что x = 555 кДж

Т.е. при образовании 68 г оксида алюминия в соответствии с термохимическим уравнением в условии выделяется 555 кДж теплоты.

Пример 2

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

4FeS 2 (тв.) + 11O 2 (г) = 8SO 2(г) + 2Fe 2 O 3(тв.) + 3310 кДж

выделилось 1655 кДж теплоты. Определите объем (л) выделившегося диоксида серы (н.у.). (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 8 моль SO 2 выделяется 3310 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 1655 кДж теплоты. Пусть количество вещества SO 2 , образовавшегося при этом, равняется x моль. Тогда справедливой является следующая пропорция:

8 моль SO 2 - 3310 кДж

x моль SO 2 - 1655 кДж

Из которой следует уравнение:

8 / х = 3310 / 1655

Решая которое, находим, что:

Таким образом, количество вещества SO 2 , образовавшееся при этом, составляет 4 моль. Следовательно, его объем равен:

V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 л/моль ∙ 4 моль = 89,6 л ≈ 90 л (округляем до целых, т.к. это требуется в условии.)

Больше разобранных задач на тепловой эффект химической реакции можно найти .

Задача 1.
При сгорании 560 мл (н.у.) ацетилена согласно термохимическому уравнению:
2С 2 Н 2(Г) + 5О 2(г) = 4СО 2(Г) + 2Н 2 О (Г) + 2602,4 кДж
выделилось:
1) 16,256 кДж; 2) 32,53кДж; 3) 32530 кДж; 4) 16265кДж
Дано:
объем ацетилена: V(С 2 Н 2) = 560 мл.
Найти: количество выделившейся теплоты.
Решение:
Для выбора верного ответа удобнее всего провести расчет искомой в задаче величины и сравнить ее с предлагаемыми вариантами. Расчет по термохимическому уравнению ничем не отличается от расчета по обычному уравнению реакции. Над реакцией мы указываем данные в условии и искомые величины, под реакцией - их соотношения согласно коэффициентам. Теплота представляет собой один из продуктов, поэтому ее числовое значение мы рассматриваем как коэффициент.

Сравнивая полученный ответ с предложенными вариантами, видим, что подходит ответ № 2.
Небольшая хитрость, приводящая невнимательных учеников к неверному ответу № 3, заключалась в единицах измерения объема ацетилена. Объем, указанный в условии в миллилитрах, обязательно нужно было перевести в литры, так как молярный объем измеряется в (л/моль).

Изредка встречаются задачи, в которых термохимическое уравнение необходимо составить самостоятельно по значению теплоты образования сложного вещества.

Задача 1.2.
Теплота образования оксида алюминия равна 1676 кДж/моль. Определите тепловой эффект реакции, в которой при взаимодейс твии алюминия с кислородом получено
25,5г А1 2 О 3 .
1) 140кДж; 2) 209,5кДж; 3) 419кДж; 4) 838кДж.
Дано:
теплота образования оксида алюминия: Qобр (А1 2 О 3) = = 1676 кДж/моль;
масса полученного оксида алюминия: m(А1 2 О 3) = 25,5 г.
Найти: тепловой эффект.
Решение:
Данный тип задач можно решить двумя способами:
I способ
Согласно определению теплота образования сложного вещества - это тепловой эффект химической реакции образования 1 моль этого сложного вещества из простых веществ.
Записываем реакцию образования оксида алюминия из А1 и О 2 . При расстановке коэффициентов в полученном уравнении учитываем, что перед А1 2 О 3 должен быть коэффициент «1» , который соответствует количеству вещества в 1 моль. В этом случае мы можем использовать теплоту образования, указанную в условии:
2А1 (ТВ) + 3/2О 2(г) -----> А1 2 О 3(ТВ) + 1676 кДж
Получили термохимическое уравнение.
Для того чтобы коэффициент перед А1 2 О 3 остался равен «1», коэффициент перед кислородом должен быть дробным.
При записи термохимических уравнений допускаются дробные коэффициенты.
Рассчитываем количество теплоты, которое выделится при образовании 25,5 г А1 2 О 3:

Составляем пропорцию:
при получении 25,5 г А1 2 О 3 выделяется х кДж (по условию)
при получении 102 г А1 2 О 3 выделяется 1676 кДж (по уравнению)

Подходит ответ № 3.
При решении последней задачи в условиях ЕГЭ можно было не составлять термохимическое уравнение. Рассмотрим этот способ.
II способ
Согласно определению теплоты образования 1676 кДж выделяется при образовании 1 моль А1 2 О 3 . Масса 1 моль А1 2 О 3 составляет 102 г, следовательно, можно составить пропорцию:
1676 кДж выделяется при образовании 102 г А1 2 О 3
х кДж выделяется при образовании 25,5 г А1 2 О 3

Подходит ответ № 3.
Ответ: Q = 419кДж.

Задача 1.3.
При образовании 2 моль СuS из простых веществ выделяется 106,2 кДж теплоты. При образовании 288г СuS выделяется теплота количеством:
1) 53,1кДж; 2) 159,З кДж; 3) 212,4 кДж; 4) 26,6кДж
Решение:
Находим массу 2 моль СuS:
m(СuS) = n(СuS) . М(СuS) = 2 . 96 = 192 г.
В текст условия вместо значения количества вещества СuS подставляем массу 2 моль этого вещества и получаем готовую пропорцию:
при образовании 192 г СuS выделяется 106,2 кДж теплоты
при образовании 288 г СuS выделяется теплота количеством х кДж.

Подходит ответ № 2.

Второй вид задач можно решать как по закону объемных отношений, так и без его использования. Рассмотрим оба варианта решения на примере.

Задачи на применение закона объемных отношений:

Задача 1.4.
Определите объем кислорода (н.у.), который потребуется для сжигания 5 литров угарного газа (н.у.).
1) 5 л; 2) 10 л; 3) 2,5 л; 4) 1,5 л.
Дано:
объем угарного газа (н.у.): VСО) = 5 л.
Найти: объем кислорода (н.у.): V(О 2) = ?
Решение:
В первую очередь необходимо составить уравнение реакции:
2СО + О 2 = 2СО
n = 2 моль n =1 моль
Применяем закон объемных отношений:

Отношение мы находим по уравнению реакции, а
V(CO) возьмем из условия. Подставив все эти значения в закон объемных отношений, получим:

Отсюда: V(O 2) = 5/2 = 2,5л.
Подходит ответ № 3.
Без использования закона объемных отношений задача решается с помощью расчета по уравнению:

Составляем пропорцию:
5 л С02 взаимодействуют с х л О2 (по условию) 44,8 л СО2 взаимодействуют с 22,4 л О2(по уравнению):

Получили тот же вариант ответа № 3.

Алгоритм II. Расчеты по термохимическим уравнениям

Задача II.1.

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О+878 кДж

Кратко записать условие задачи

Дано: Q = +878 кДж

V (СН 4 ) = 4,48л

Найти: Q 1 - ?

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q

4,48 л Q 1

СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q

1 моль 878 кДж

22,4л /моль

Найти количество вещества метана, занимающего объем 4,48 л

n = V / Vm

n ( CH 4 )= 4,48л / 22,4л/моль = 0,2 моль

Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании метана количеством вещества 0,2 моль

По уравнению:

878 кДж – 1 моль СН 4

По условию:

Q 1 – 0,2 моль СН 4

Q 1 = 175,6 кДж

Сформулировать ответ

При сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) выделится 175,6 кДж теплоты

Задача II.2.

V (С 2 Н 2 ) = 224

Найти: Q 1 - ?

Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении

2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q

Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением

224 л Q 1

2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q

1 моль 2700 кДж

44,8 л/моль

Найти количество вещества ацетилена, занимающего объем 224 л

n = V / Vm

n ( C 2 H 2 )= 224л / 44,8/моль = 5 моль

Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании ацетилена количеством вещества 5 моль

По уравнению:

2700 кДж – 1 моль С 2 Н 2

По условию:

Q 1 – 5 моль С 2 Н 2

Q 1 = 13500 кДж

Сформулировать ответ

При сгорании ацетилена объемом 224 л (н.у.) выделится 13500 кДж теплоты

Задача II.3.

Найти: m ( CH 3 COOH ) - ?

V(CO 2 ) - ?

Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q

Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением

m - ? 1642 кДж

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q 1 1 моль 2 моль

Найти относительные молекулярные массы, молярные массы веществ, используемых при решении задачи

Mr ( CH 3 COOH) = 12+3*1+12+16*2+1=60

M ( CH 3 COOH) = 60 г / моль

Mr ( CO 2 ) = 12+16*2= 44

M ( CO 2) = 44 г / моль

Вычислим количество вещества уксусной кислоты, при сжигании которой выделилось 1642 кДж теплоты

По уравнению:

821 кДж – 1 моль CH 3 COOH

По условию:

1642 кДж - 2 моль CH 3 COOH

Вычислим массу уксусной кислоты, количество вещества которой 2 моль

m ( CH 3 COOH ) = n * M

m ( CH 3 COOH ) = 2 моль *60г/моль = 120 г

Вычислим количество вещества оксида углерода(IV) , образовавшегося в ходе реакции

По уравнению:

2 моль CO 2 – 1 моль CH 3 COOH

По условию:

4 моль CO 2 - 2 моль CH 3 COOH

Вычислим какой объем оксида углерода (IV) выделился в течении реакции

V( CO 2 ) = Vm* n (CO 2)

V( CO 2 ) = 22,4*4 моль = 89,6 л

Сформулировать ответ

120 г уксусной кислоты получится, если в результате реакции выделится 1642 кДж теплоты, объем оксида углерода (IV) при этом составит 89,6 л

Задачи для самостоятельного решения.

Задача II.4. Какое количество теплоты выделится при сгорании уксусной кислоты объемом 2,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 821 кДж

Задача II.5. Какое количество теплоты выделится при сгорании этена объемом 22,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

C 2 Н 4 + 3 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 1500 кДж

Задача II.6. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 л метана (измерено при н.у.), если тепловой эффект этой реакции равен 801 кДж?

Задача II.7При сжигании 1 моль ацетилена выделится 1350 кДж теплоты. Сколько теплоты выделится при сжигании 10 л ацетилена (н.у)?

Задача II.8. При сжигании 5 моль этанола выделяется 1248 кДж теплоты. Какая масса этанола должна сгореть, чтобы выделилось 624 кДж теплоты?

Задача II.9. При сжигании 2 моль ацетилена выделяется 1350 кДж теплоты. Какая масса ацетилена должна сгореть, чтобы выделилось 200 кДж теплоты?

Задача II.10. При сжигании 10 моль метана выделяется 1600 кДж теплоты. Какой объем метана должен сгореть, чтобы выделилось 3000 кДж теплоты?

Термохимические уравнении. Количество теплоты. которое выделяется или поглощается в результате реакции между определенными количествами реагентов, задаваемых стехиометричес-кими коэффициентами, называют тепловым эффектом химической реакции и обычно обозначают символом Q. Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе Реакции, протекающие с выделением энергии в форме теплоты, получили название экзотермических; реакции, протекающие с поглощением энергии в форме теплоты,- эндотермических. Доказано, что в изобарных химических процессах выделившаяся (или поглощенная) теплота есть мера уменьшения (или, соответственно, увеличения) энтальпии реакции ЛЯ. Таким образом, при экзотермических реакциях, когда теплота выделяется, АН отрицательна. При эндотермических реакциях (теплота поглощается) АН положительна. Величина теплового эффекта химической реакции зависит от природы исходных веществ и продуктов реакция, их агрегатного состояния и температуры. Уравнение реакции, в правой части которого наряду с продуктами реакции указывается изменение энтальпии АН или тепловой эффект реакции Qp, называют термохимическим. Примером экзотермической реакции может служить реакция образования воды: 2Н2(Г) + 02(г)=2Н20(Г) Для осуществления этой реакции необходимо затратить энергию на разрыв связей в молекулах Н2 и 02. Эти количества энергии соответственно равны 435 и 494 кДж/моль. С другой стороны, при образовании связи О - Н выделяется 462 кДж/моль энергии. Суммарное количество энергии (1848 кДж), выделившейся при образовании связей О - Н, больше, чем суммарное количество энергии (1364 кДж), затраченной на разрыв связей Н - Н и О = О, поэтому реакция является экзотермической, т. е. при образовании двух молей парообразной воды выделится 484 кДж энергии. Уравнение реакции образования воды, записанное с учетом изменения энтальпии Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе будет уже термохимическим уравнением реакции. Примером эндотермической реакции может служить образование оксида азота (II) Для осуществления этой реакции необходимо затратить энергию на разрыв связей N = N и 0 = 0 в молекулах исходных веществ. Они соответственно равны 945 и 494 кДж/моль. При образовании связи N = О выделяется энергия в количестве 628,5 кДж/моль. Суммарное количество энергии, необходимой для разрыва связей в молекулах исходных веществ, равно 1439 кДж и больше, чем выделившаяся энергия образования связей в молекулах продукта реакции (1257 кДж). Поэтому реакция является эндотермической и для ее протекания требуется поглощение энергии в количестве 182 кДж из окружающей среды. Термохимические уравнения Экзотермические н эндотермические реакции. Термохимический закон Гессе Этим и объясняется, что оксид азота (II) образуется только при высоких температурах, например, в выхлопных газах автомобилей, в грозовых разрядах и не образуется в обычных условиях.

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.