Kvalitativni problemi za izračune z uporabo termokemijskih enačb. Računske naloge na podlagi enačb termokemičnih reakcij in enačb, povezanih s spremembami enega ali drugega parametra Sestavljanje termokemičnih enačb

Naloga 88.

Toplotni učinek katere reakcije je enak toploti tvorbe metana? Izračunajte toploto tvorbe metana na podlagi naslednjih termokemijskih enačb:

A) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (l); = -285,84 kJ;
b) C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g); = -393,51 kJ;
c) CH 4 (g) + 2O 2 (g) = 2H 2 O (l) + CO 2 (g); = -890,31 kJ.
Odgovor: -74,88 kJ.

rešitev:
. 105 Pa). Nastanek metana iz vodika in ogljika lahko predstavimo na naslednji način:

C (grafit) + 2H 2 (g) = CH 4 (g); = ?

Na podlagi teh enačb glede na pogoje problema, ob upoštevanju, da vodik zgori v vodo, ogljik v ogljikov dioksid, metan v ogljikov dioksid in vodo ter na podlagi Hessovega zakona, lahko termokemične enačbe upravljamo na enak način kot algebraične tiste. Če želite dobiti želeni rezultat, morate enačbo zgorevanja vodika (a) pomnožiti z 2 in nato od enačbe zgorevanja metana (c) odšteti vsoto enačb zgorevanja vodika (a) in ogljika (b):

CH 4 (g) + 2O 2 (g) - 2 H 2 (g) + O 2 (g) - C (k) + O 2 (g) =
= 2H 2 O (l) + CO 2 - 2H 2 O - CO 2;
= -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).

CH4 (g) = C (k) + 2H2 (k); = +74,88 kJ.2

Ker je toplota tvorbe enaka toploti razgradnje z nasprotnim predznakom, potem

(CH 4) = -74,88 kJ.

Odgovor: -74,88 kJ.

Naloga 89.
Toplotni učinek katere reakcije je enak toploti tvorbe kalcijevega hidroksida? Izračunajte toploto tvorbe kalcijevega hidroksida na podlagi naslednjih termokemijskih enačb:

Ca (k) + 1/2O (g) = CaO (k); = -635,60 kJ;
H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (l); = -285,84 kJ;
CaO (k) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (k); = -65,06 kJ.
Odgovor: -986,50 kJ.

rešitev:
Standardna tvorbena toplota je enaka reakcijski toploti tvorbe 1 mola te snovi iz enostavnih snovi pri standardnih pogojih (T = 298 K; p = 1,0325). . 105 Pa). Tvorbo kalcijevega hidroksida iz preprostih snovi lahko predstavimo na naslednji način:

Ca (k) + O 2 (g) + H 2 (g) = Ca (OH) 2 (k); = ?

Na podlagi enačb, ki so podane glede na pogoje problema in ob upoštevanju, da vodik zgori v vodo, kalcij pa pri reakciji s kisikom tvori CaO, potem lahko na podlagi Hessovega zakona termokemične enačbe delujemo na enak način kot algebraične. Če želite dobiti želeni rezultat, morate sešteti vse tri enačbe:

CaO (k) + H 2 O (l) + Ca (k) + 1/2O (g) + H 2 (g) + 1/2O 2 (g = (OH) 2 (k) + CaO (k) + H20 (l);
= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 kJ.

Ker so standardne toplote tvorbe enostavnih snovi običajno enake nič, bo toplota tvorbe kalcijevega hidroksida enaka toplotnemu učinku reakcije njegove tvorbe iz enostavnih snovi (kalcija, vodika in kisika):

== (Ca(OH) 2 = -986,50 kJ.2

Odgovori: -986,50 kJ.

Naloga 90.
Toplotni učinek reakcije zgorevanja tekočega bencina s tvorbo vodne pare in ogljikovega dioksida je enak -3135,58 kJ. Sestavite termokemijsko enačbo za to reakcijo in izračunajte toploto tvorbe C 6 H 6 (l). Odgovor: +49,03 kJ.
rešitev:
Reakcijske enačbe, v katerih so poleg simbolov kemičnih spojin navedene agregatno stanje ali kristalna modifikacija ter numerična vrednost toplotnih učinkov, se imenujejo termokemične. V termokemijskih enačbah, če ni posebej navedeno, so vrednosti toplotnih učinkov pri konstantnem tlaku Qp prikazane enake spremembi entalpije sistema. Vrednost je običajno podana na desni strani enačbe, ločena z vejico ali podpičjem. Sprejete so naslednje skrajšane oznake za agregatno stanje snovi: g - plinasto, g - tekoče, j - kristalno. Ti simboli so izpuščeni, če je agregatno stanje snovi očitno, na primer O 2, H 2 itd.
Termokemična enačba reakcije je:

C 6 H 6 (l) + 7/2O 2 = 6CO 2 (g) + 3H 2 O (g); = -3135,58 kJ.

Vrednosti standardnih toplot tvorbe snovi so podane v posebnih tabelah. Ob upoštevanju, da so toplote tvorbe enostavnih snovi običajno enake nič. Toplotni učinek reakcije je mogoče izračunati s pomočjo posledice Hessovega zakona:

6 (CO 2) + 3 =0 (H 2 O) – (C 6 H 6)

(C6H6) = -;
(C 6 H 6) = - (-3135,58) = +49,03 kJ.

odgovor:+49,03 kJ.

Toplota nastajanja

Naloga 91.
Izračunajte, koliko toplote se bo sprostilo pri zgorevanju 165 litrov (n.s.) acetilena C 2 H 2, če sta produkta zgorevanja ogljikov dioksid in vodna para? Odgovor: 924,88 kJ.
rešitev:
Reakcijske enačbe, v katerih so poleg simbolov kemičnih spojin navedene agregatno stanje ali kristalna modifikacija ter numerična vrednost toplotnih učinkov, se imenujejo termokemične. V termokemijskih enačbah, če ni posebej navedeno, so vrednosti toplotnih učinkov pri konstantnem tlaku Qp prikazane enake spremembi entalpije sistema. Vrednost je običajno podana na desni strani enačbe, ločena z vejico ali podpičjem. Sprejete so naslednje skrajšane oznake za agregatno stanje snovi: G- plinasto, in- tekočina, Za-- kristalno. Ti simboli so izpuščeni, če je agregatno stanje snovi očitno, na primer O 2, H 2 itd.
Enačba reakcije je:

C 2 H 2 (g) + 5/2O 2 (g) = 2CO 2 (g) + H 2 O (g); = ?

2(CO 2) + (H 2 O) – (C 2 H 2);
= 2(-393,51) + (-241,83) – (+226,75) = -802,1 kJ.

Toploto, ki se sprošča pri zgorevanju 165 litrov acetilena s to reakcijo, določimo iz razmerja:

22,4 : -802,1 = 165 : x; x = 165 (-802,1)/22,4 = -5908,35 kJ; Q = 5908,35 kJ.

odgovor: 5908,35 kJ.

Naloga 92.
Ko plin amoniak gori, proizvaja vodno paro in dušikov oksid. Koliko toplote se bo sprostilo med to reakcijo, če bi dobili 44,8 litra NO glede na normalne pogoje? Odgovor: 452,37 kJ.
rešitev:
Enačba reakcije je:

NH 3 (g) + 5/4O 2 = NO (g) + 3/2H 2 O (g)

Vrednosti standardnih toplot tvorbe snovi so podane v posebnih tabelah. Ob upoštevanju, da so toplote tvorbe enostavnih snovi običajno enake nič. Toplotni učinek reakcije je mogoče izračunati s pomočjo posledice Hessovega zakona:

= (NO) + 3/2 (H 2 O) – (NH 3);
= +90,37 +3/2 (-241,83) – (-46,19) = -226,185 kJ.

Termokemična enačba bo:

Toploto, ki se sprosti pri zgorevanju 44,8 litra amoniaka, izračunamo iz razmerja:

22,4 : -226,185 = 44,8 : x; x = 44,8 (-226,185)/22,4 = -452,37 kJ; Q = 452,37 kJ.

odgovor: 452,37 kJ

Termokemijske enačbe. Količina toplote. ki se sprosti ali absorbira kot posledica reakcije med določenimi količinami reagentov, določenimi s stehiometričnimi koeficienti, imenujemo toplotni učinek kemijske reakcije in ga običajno označimo s simbolom Q. Eksotermne in endotermne reakcije. Hessov termokemični zakon Reakcije, ki potekajo s sproščanjem energije v obliki toplote, imenujemo eksotermne; reakcije, ki nastanejo z absorpcijo energije v obliki toplote, so endotermne. Dokazano je, da je pri izobaričnih kemijskih procesih sproščena (ali absorbirana) toplota merilo za zmanjšanje (oziroma povečanje) entalpije reakcije. Tako je pri eksotermnih reakcijah, ko se sprosti toplota, AN negativen. Pri endotermnih reakcijah (toplota se absorbira) je AN pozitiven. Velikost toplotnega učinka kemijske reakcije je odvisna od narave izhodnih snovi in ​​reakcijskih produktov, njihovega agregatnega stanja in temperature. Reakcijska enačba, na desni strani katere je poleg reakcijskih produktov prikazana sprememba entalpije AN ali toplotni učinek reakcije Qp, se imenuje termokemična. Primer eksotermne reakcije je reakcija nastajanja vode: 2H2(G) + 02(g) = 2H20(G). Za izvedbo te reakcije je potrebna energija za pretrganje vezi v molekulah H2 in 02. Ti količini energije sta 435 oziroma 494 kJ/mol. Po drugi strani pa se pri nastanku O - H vezi sprosti 462 kJ/mol energije. Skupna količina energije (1848 kJ), ki se sprosti pri tvorbi O - H vezi, je večja od skupne količine energije (1364 kJ), porabljene za pretrganje vezi H - H in O = O, zato je reakcija eksotermna, tj. , bosta ob nastanku dveh molov vode v obliki pare sprostila 484 kJ energije. Enačba za reakcijo nastajanja vode, zapisana ob upoštevanju spremembe entalpije Eksotermne in endotermne reakcije. Hessov termokemični zakon bo že termokemična enačba reakcije. Primer endotermne reakcije je tvorba dušikovega oksida (II).Za izvedbo te reakcije je potrebna energija za prekinitev vezi N = N in 0 = 0 v molekulah izhodnih snovi. Enako sta 945 in 494 kJ/mol. Pri nastanku vezi N = O se sprosti energija v količini 628,5 kJ/mol. Skupna količina energije, ki je potrebna za pretrganje vezi v molekulah izhodnih snovi, je 1439 kJ in je večja od sproščene energije za nastanek vezi v molekulah reakcijskega produkta (1257 kJ). Reakcija je torej endotermna in za njeno izvedbo je potrebna absorpcija energije v količini 182 kJ iz okolja. Termokemijske enačbe Eksotermne in endotermne reakcije. Hessov termokemični zakon To pojasnjuje, da se dušikov oksid (II) tvori samo pri visokih temperaturah, na primer v izpušnih plinih avtomobilov, pri razelektritvah strele in se ne tvori v normalnih pogojih.

Video lekcija 2: Izračuni z uporabo termokemijskih enačb

Predavanje: Toplotni učinek kemijske reakcije. Termokemijske enačbe

Toplotni učinek kemijske reakcije

Termokemija je veja kemije, ki proučuje toplotno, tj. toplotni učinki reakcij.

Kot veste, ima vsak kemični element n-količino energije. S tem se soočamo vsak dan, saj... Vsak obrok naše telo shrani energijo iz kemičnih spojin. Brez tega ne bomo imeli moči za gibanje ali delo. Ta energija v našem telesu vzdržuje konstanten t 36,6.

V času reakcij se energija elementov porabi bodisi za uničenje bodisi za tvorbo kemičnih vezi med atomi. Energijo je treba porabiti za prekinitev vezi in sprostiti za njeno nastanek. In ko je sproščena energija večja od porabljene energije, se nastala presežna energija spremeni v toploto. Torej:

Sproščanje in absorpcija toplote med kemičnimi reakcijami se imenuje toplotni učinek reakcije, in je označen s črkami Q.

Eksotermne reakcije– pri takšnih reakcijah se sprošča toplota, ki se prenaša v okolje.

Ta vrsta reakcije ima pozitiven toplotni učinek +Q. Kot primer vzemimo reakcijo zgorevanja metana:

Endotermne reakcije– v procesu takih reakcij se absorbira toplota.

Ta vrsta reakcije ima negativen toplotni učinek -Q. Na primer, razmislite o reakciji premoga in vode pri visoki t:

Toplotni učinek reakcije je neposredno odvisen od temperature in tlaka.

Termokemijske enačbe

Toplotni učinek reakcije se določi s termokemijsko enačbo. Kako je drugače? V tej enačbi je poleg simbola elementa navedeno njegovo agregatno stanje (trdno, tekoče, plinasto). To je treba storiti, ker Na toplotni učinek kemijskih reakcij vpliva masa snovi v agregatnem stanju. Na koncu enačbe je za znakom = navedena številčna vrednost toplotnih učinkov v J ali kJ.

Kot primer je predstavljena reakcijska enačba, ki prikazuje zgorevanje vodika v kisiku: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.

Enačba kaže, da se na 1 mol kisika in 1 mol nastale vode sprosti 286 kJ toplote. Reakcija je eksotermna. Ta reakcija ima pomemben toplotni učinek.

Ko nastane katera koli spojina, se sprosti ali absorbira enaka količina energije, kot se absorbira ali sprosti med njeno razgradnjo v primarne snovi.

Skoraj vsi termokemijski izračuni temeljijo na zakonu termokemije - Hessovem zakonu. Zakon je leta 1840 izpeljal znani ruski znanstvenik G. I. Hess.

Osnovni zakon termokemije: toplotni učinek reakcije je odvisen od narave in agregatnega stanja izhodne in končne snovi, ni pa odvisen od poti reakcije.

Z uporabo tega zakona bo mogoče izračunati toplotni učinek vmesne stopnje reakcije, če so znani skupni toplotni učinek reakcije in toplotni učinki drugih vmesnih stopenj.

Poznavanje toplotnega učinka reakcije je zelo praktičnega pomena. Nutricionisti jih na primer uporabljajo pri pripravi pravilne prehrane; v kemični industriji je to znanje potrebno pri segrevanju reaktorjev in končno brez izračuna toplotnega učinka ni mogoče izstreliti rakete v orbito.

Naloga 1.
Ko zgori 560 ml (n.s.) acetilena v skladu s termokemijsko enačbo:
2C 2 H 2 (G) + 5O 2 (G) = 4CO 2 (G) + 2H 2 O (G) + 2602,4 kJ
izstopati:
1) 16,256 kJ; 2) 32,53 kJ; 3) 32530 kJ; 4) 16265 kJ
podano:
prostornina acetilena: V(C 2 H 2) = 560 ml.
Ugotovite: količino sproščene toplote.
rešitev:
Za izbiro pravilnega odgovora je najprimerneje izračunati iskano količino v problemu in jo primerjati s predlaganimi možnostmi. Izračun z uporabo termokemijske enačbe se ne razlikuje od izračuna z uporabo običajne reakcijske enačbe. Nad reakcijo navedemo podatke v stanju in zahtevane količine, pod reakcijo pa njihova razmerja glede na koeficiente. Toplota je eden od produktov, zato njeno številčno vrednost obravnavamo kot koeficient.

Če primerjamo prejeti odgovor s predlaganimi možnostmi, vidimo, da je odgovor št. 2 primeren.
Majhna zvijača, ki je nepazljive učence pripeljala do napačnega odgovora št. 3, so bile merske enote za prostornino acetilena. Prostornino, navedeno v pogoju v mililitrih, je bilo treba pretvoriti v litre, saj se molska prostornina meri v (l/mol).

Občasno se pojavijo težave, pri katerih je treba neodvisno sestaviti termokemično enačbo na podlagi vrednosti tvorbene toplote kompleksne snovi.

Problem 1.2.
Toplota tvorbe aluminijevega oksida je 1676 kJ/mol. Določite toplotni učinek reakcije, pri kateri pri interakciji aluminija s kisikom
25,5 g A1 2 O 3.
1) 140 kJ; 2) 209,5 kJ; 3) 419 kJ; 4) 838 kJ.
podano:
toplota tvorbe aluminijevega oksida: Qrev (A1 2 O 3) = = 1676 kJ/mol;
masa nastalega aluminijevega oksida: m(A1 2 O 3) = 25,5 g.
Najdi: toplotni učinek.
rešitev:
To vrsto težave je mogoče rešiti na dva načina:
Metoda I
Po definiciji je toplota tvorbe kompleksne snovi toplotni učinek kemijske reakcije tvorbe 1 mola te kompleksne snovi iz enostavnih snovi.
Zapišemo reakcijo nastanka aluminijevega oksida iz A1 in O2. Pri razporejanju koeficientov v dobljeni enačbi upoštevamo, da mora biti pred A1 2 O 3 koeficient "1" , kar ustreza količini snovi v 1 molu. V tem primeru lahko uporabimo toploto tvorbe, navedeno v pogoju:
2A1 (TV) + 3/2O 2(g) -----> A1 2 O 3(TV) + 1676 kJ
Dobili smo termokemijsko enačbo.
Da bi koeficient A1 2 O 3 ostal enak "1", mora biti koeficient kisika delni.
Pri pisanju termokemijskih enačb so dovoljeni delni koeficienti.
Izračunamo količino toplote, ki se bo sprostila pri tvorbi 25,5 g A1 2 O 3:

Naredimo razmerje:
po prejemu 25,5 g A1 2 O 3 se sprosti x kJ (glede na stanje)
pri prejemu 102 g A1 2 O 3 se sprosti 1676 kJ (v skladu z enačbo)

Primeren je odgovor številka 3.
Pri reševanju zadnjega problema pod pogoji Enotnega državnega izpita ni bilo mogoče ustvariti termokemijske enačbe. Razmislimo o tej metodi.
II metoda
Po definiciji tvorbene toplote se pri nastanku 1 mol A1 2 O 3 sprosti 1676 kJ. Masa 1 mola A1 2 O 3 je 102 g, zato lahko razmerje sestavimo:
Pri nastanku 102 g A1 2 O 3 se sprosti 1676 kJ
x kJ se sprosti, ko nastane 25,5 g A1 2 O 3

Primeren je odgovor številka 3.
Odgovor: Q = 419 kJ.

Problem 1.3.
Ko iz enostavnih snovi nastaneta 2 mola CuS, se sprosti 106,2 kJ toplote. Ko nastane 288 g CuS, se sprosti toplota v količini:
1) 53,1 kJ; 2) 159,3 kJ; 3) 212,4 kJ; 4) 26,6 kJ
rešitev:
Poiščite maso 2 mol CuS:
m(СuS) = n(СuS) . M(CuS) = 2. 96 = 192 g.
V besedilu pogoja namesto vrednosti količine snovi CuS nadomestimo maso 2 molov te snovi in ​​dobimo končni delež:
ko nastane 192 g CuS, se sprosti 106,2 kJ toplote
ko nastane 288 g CuS, se sprosti toplota v količini X kJ.

Odgovor številka 2 je primeren.

Drugo vrsto problema je mogoče rešiti tako z uporabo zakona volumetričnih odnosov kot brez njegove uporabe. Oglejmo si obe rešitvi na primeru.

Naloge za uporabo zakona volumetričnih odnosov:

Problem 1.4.
Določite prostornino kisika (n.o.), ki bo potrebna za zgorevanje 5 litrov ogljikovega monoksida (n.o.).
1) 5 l; 2) 10 l; 3) 2,5 l; 4) 1,5 l.
podano:
prostornina ogljikovega monoksida (n.s.): VCO) = 5 l.
Ugotovite: prostornina kisika (št.): V(O 2) = ?
rešitev:
Najprej morate sestaviti enačbo za reakcijo:
2CO + O 2 = 2CO
n = 2 mol n = 1 mol
Uporabimo zakon volumetričnih razmerij:

Povezavo najdemo iz reakcijske enačbe in
Iz pogoja vzamemo V(CO). Če nadomestimo vse te vrednosti v zakonu volumetričnih razmerij, dobimo:

Zato: V(O 2) = 5/2 = 2,5 l.
Primeren je odgovor številka 3.
Brez uporabe zakona volumetričnih razmerij se problem reši z izračunom po enačbi:

Naredimo razmerje:
5 l CO2 interagira z x l O2 (glede na pogoje) 44,8 l CO2 interagira z 22,4 l O2 (glede na enačbo):

Prejeli smo enako možnost odgovora št. 3.

Iz učnih gradiv boste izvedeli, katero enačbo kemijske reakcije imenujemo termokemična. Lekcija je namenjena preučevanju računskega algoritma za enačbo termokemijske reakcije.

Tema: Snovi in ​​njihove pretvorbe

Lekcija: Izračuni z uporabo termokemijskih enačb

Skoraj vse reakcije potekajo s sproščanjem ali absorpcijo toplote. Količina toplote, ki se sprosti ali absorbira med reakcijo, se imenuje toplotni učinek kemične reakcije.

Če je toplotni učinek zapisan v enačbi kemijske reakcije, se taka enačba imenuje termokemični.

V termokemijskih enačbah je treba za razliko od navadnih kemijskih navesti agregatno stanje snovi (trdno, tekoče, plinasto).

Na primer, termokemijska enačba za reakcijo med kalcijevim oksidom in vodo izgleda takole:

CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ

Količina toplote Q, ki se sprosti ali absorbira med kemijsko reakcijo, je sorazmerna s količino snovi reaktanta ali produkta. Zato je mogoče z uporabo termokemijskih enačb narediti različne izračune.

Poglejmo si primere reševanja problemov.

Naloga 1:Določite količino toplote, porabljeno za razgradnjo 3,6 g vode v skladu s TCA reakcije razgradnje vode:

To težavo lahko rešite z uporabo razmerja:

pri razgradnji 36 g vode se je absorbiralo 484 kJ

pri razgradnji se je absorbiralo 3,6 g vode x kJ

Na ta način lahko napišemo enačbo za reakcijo. Celotna rešitev problema je prikazana na sliki 1.

riž. 1. Oblikovanje rešitve problema 1

Težavo lahko formuliramo tako, da boste morali sestaviti termokemijsko enačbo za reakcijo. Poglejmo primer takšne naloge.

Problem 2: Pri interakciji 7 g železa z žveplom se sprosti 12,15 kJ toplote. Na podlagi teh podatkov sestavite termokemijsko enačbo reakcije.

Opozarjam vas na dejstvo, da je odgovor na to težavo termokemijska enačba same reakcije.

riž. 2. Formalizacija rešitve problema 2

1. Zbirka nalog in vaj pri kemiji: 8. razred: za uč. P.A. Orzhekovsky in drugi "Kemija. 8. razred” / P.A. Oržekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (str.80-84)

2. Kemija: anorganska. kemija: učbenik. za 8. razred Splošna izobrazba ustanovitev /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Izobraževanje, OJSC "Moskovski učbeniki", 2009. (§23)

3. Enciklopedija za otroke. Zvezek 17. Kemija / Pogl. ur.V.A. Volodin, Ved. znanstveni izd. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.

Dodatni spletni viri

1. Reševanje problemov: izračuni z uporabo termokemijskih enačb ().

2. Termokemične enačbe ().

Domača naloga

1) str. 69 naloge št. 1,2 iz učbenika "Kemija: anorganska." kemija: učbenik. za 8. razred Splošna izobrazba ustanova." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Izobraževanje, OJSC "Moskovski učbeniki", 2009.

2) str. 80-84 št. 241, 245 iz Zbirke nalog in vaj pri kemiji : 8. razred : za uč. P.A. Orzhekovsky in drugi "Kemija. 8. razred” / P.A. Oržekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.