Исходя из термохимических уравнений реакций. Задачи на расчет по термохимическим уравнениям реакции и по уравнениям, связанным с изменением того или иного параметра. Тепловые эффекты химических реакций

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.

Задача 1. Термохимическое уравнение реакции

Газообразный этиловый спирт можно получить при взаимодействии этилена и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив его тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакцию вступило 10 л этилена при н.у.?

Решение: Составим термохимическое уравнение реакции:

С 2 Н 4 (r) + H 2 O(r) = C 2 H 5 OH(r) DHхр = ?

Согласно следствия закона Гесса:

DНхр = DH С2Н5ОН(r) - DH C 2 H 4(r) - DH H 2 O (r)

Подставляем значения DН из таблицы:

DНхр = -235,31 – 52,28 – (-241,84) = -45,76кДж

Один моль этилена (н.у.) занимает объем 22,4 л. Исходя из следствия закона Авогардо, можно составить пропорцию:

22,4 л С 2 Н 4 ¾ 45,76 кДж

10 л С 2 Н 4 ¾DНхр DНхр =20.43 кДж

Если в реакцию вступило 10 л С 2 Н 4 , то выделяется 20,43кДж теплоты.

Ответ:20,43кДж теплоты.

Задача 2 . Определение энтальпии реакции
Определить изменение энтальпии химической реакции и ее тепловой эффект.
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Решение:
По справочнику определим энтальпии образования компонентов.
ΔH 0 (NaOH) = -426 кДж/моль.
ΔH 0 (H 2 SO 4) = -813 кДж/моль.
ΔH 0 (H 2 O) = -285 кДж/моль.
ΔH 0 (Na 2 SO 4) = -1387 кДж/моль.
По следствию из закона Гесса определим изменение энтальпии реакции:
ΔHх.р. = [ΔH(Na 2 SO 4) + 2ΔH(H 2 O)] - [ΔH(H 2 SO 4) + 2ΔH(NaOH)] =
= [-1387 + 2(-285)] - [-813 + 2(-426)] = - 1957 - (-1665) = - 292 кДж/моль.
Определим тепловой эффект:
Q = - ΔHх.р. = 292 кДж.
Ответ: 292 кДж.
Задача 3. Гашение извести описывается уравнением: СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .
ΔHх.р. = - 65 кДж/моль. Вычислить теплоту образования оксида кальция, если ΔH 0 (H 2 O) = -285 кДж/моль,
ΔH 0 (Ca(OH) 2) = -986 кДж/моль.
Решение:
Запишем по закону Гесса:
ΔHх.р. = ΔH 0 (Ca(OH) 2) - ΔH 0 (H 2 O) - ΔH 0 (CaO)
Отсюда,
ΔH 0 (CaO) = ΔH 0 (Ca(OH) 2) - ΔH 0 (H 2 O) - ΔHх.р. = - 986 - (-285) - (-65) = - 636 кДж/моль.

Ответ: - 636 кДж/моль.

Задача 4. Рассчитайте энтальпию образования сульфата цинка из простых веществ при T = 298 K на основании следующих даных:
ZnS = Zn + S ΔH 1 = 200,5 кДж
2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 ΔH 2 = - 893,5 кДж
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ΔH 3 = - 198,2 кДж
ZnSO 4 = ZnO + SO 3 ΔH 4 = 235,0 кДж
Решение:
Из закона Гесса следует, что, поскольку путь перехода не важен, расчеты подчиняются алгебраическим правилам работы с обычными уравнениями. Иными словами, их можно "тасовать" как угодно. Попробуем применить эту возможность.
Нам необходимо прийти к уравнению:
Zn + S + 2O 2 = ZnSO 4.
Для этого скомпонуем имеющийся "материал" так, чтобы слева оказались Zn, S, O 2 , а справа - сульфат цинка. Перевернем первое и четвертое уравнение слева направо, а во втором и третьем разделим коэффициенты на 2.
Получим:
Zn + S = ZnS
ZnS + 1,5O 2 = ZnO + SO 2
SO 2 + 0,5O 2 = SO 3
ZnO + SO 3 = ZnSO 4.
Теперьпопростусложимправыечастиилевыечасти.
Zn + S + ZnS + 1,5O 2 + SO 2 + 0,5O 2 + ZnO + SO 3 = ZnS + ZnO + SO 2 + SO 3 + ZnSO 4
Чтобудетравно
Zn + S + 2O 2 + ZnS + SO 2 + SO 3 + ZnO = ZnS + SO 2 + SO 3 + ZnO + ZnSO 4

Видно, да, чтополучается? Все подчеркнутое сокращаем (опять же, чистая арифметика!)
И имеем в итоге
Zn + S + 2O 2 = ZnSO 4 - что и требовалось.
Теперь применим тот же принцип и к энтальпиям. Первую и четвертую реакции перевернули, значит, энтальпии получат противоположный знак. Вторую и третью делим пополам (поскольку делили коэффициенты).
ΔH = - 200,5 + (-893,5/2) + (-198,2/2) + (-235,0) = - 981,35 кДж/моль.
Ответ:- 981,35 кДж/моль.

Задача 5. Вычислите энтальпию реакции полного окисления этилового спирта до уксусной кислоты, если энтальпия образования всех веществ, участвующих в реакции, равны:

∆Нº обр. С 2 Н 5 ОН ж = - 277 кДж/моль;

∆Нº обр. СН 3 СООН ж = - 487 кДж/моль;

∆Нº обр. Н 2 О ж = - 285,9 кДж/моль;

∆Нº обр. О 2 = 0

Решение: Реакция окисления этилового спирта:

С 2 Н 5 ОН + О 2 = СН 3 СООН + Н 2 О

Из закона Гесса следует, что ∆Н р-ции = (∆Нº обр. СН 3 СООН + ∆Нº обр. Н 2 О) –

(∆Нº обр. С 2 Н 5 ОН + ∆Нº обр. О 2) = - 487 – 285,9 + 277,6 = - 495,3 кДж.

Задача 6. Определение теплоты сгорания

Вычислите теплоту сгорания этилена С 2 Н 4 (г) + 3O 2 = 2СO 2 (г) + 2H 2 O(г) если теплота его образования равна 52,3 кДж/моль. Каков тепловой эффект сгорания 5 л. этилена?
Решение:
Определим изменение энтальпии реакции по закону Гесса.
По справочнику определим энтальпии образования компонентов, кДж/моль:
ΔH 0 (C 2 H 4 (г)) = 52.
ΔH 0 (CO 2 (г)) = - 393.
ΔH 0 (H 2 O(г)) = - 241.
ΔHх.р. = - = -1320 кДж/моль.
Количество выделившегося тепла при сгорании 1 моль этилена Q = - ΔHх.р. = 1320 кДж
Количество теплоты, выделяющейся при сгорании 5 л. этилена:
Q1 = Q * V / Vm = 1320 * 5 / 22,4 = 294,6 кДж.
Ответ:294,6 кДж.

Задача 7. Температура наступления равновесия
Определить температуру, при которой наступит равновесие системы:
ΔHх.р. = + 247,37 кДж.
Решение:
Критерием возможности протекания химической реакции служит энергия Гиббса, ΔG.
ΔG < 0, реакция возможна.
ΔG = 0, порог возможности.
ΔG > 0, реакция невозможна.
С энтальпией и энтропией энергия Гиббса связана соотношением:
ΔG = ΔH - TΔS.
Отсюда, для наступления равновесия (достижения порога), должно выполниться соотношение:
T = ΔH/ΔS
Определим изменение энтропии по следствию из закона Гесса.
CH 4 (г) + CO 2 (г) = 2CO (г) + 2H 2 (г)
ΔS 0 х.р. = -
Выписав из справочника соотв. значения, решаем:
ΔS 0 х.р. = (2*198 + 2*130) - (186 + 213) = 656 - 399 = 257 Дж/моль*К = 0,257 кДж/моль*К.
T = ΔH/ΔS = 247,37/0,257 = 963 о К.
Ответ:963 о К.

Задача 8. Знак изменения энтропии

Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии процессов:
1. H 2 O(г) ---> H 2 O(ж)
2. 2H 2 S + O 2 = 2S(тв.) + 2H 2 O(ж)
3. (NH 4) 2 CO 3 (тв.) = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O (все продукты газообразны).

Решение:
Поскольку энтропия - мера неупорядоченности системы, то выполняется общая закономерность:
S(тв.) < S(жидкость) < S(газ).
В свете этого проанализируем задачу.
1. Из газа конденсируется жидкость.
Поскольку S(жидкость) < S(газ), ΔS < 0.
2. Из 3 моль газов получается 2 моль тв. вещества и 2 моль жидкости.
Очевидно, что ΔS < 0.
3. Из твердого вещества получаются газы.
Поскольку S(тв.) < S(газ), ΔS > 0.

Задача 9. Возможность процесса

Заданы условия:
1. ΔS < 0, ΔH < 0
2. ΔS < 0, ΔH > 0
3. ΔS > 0, ΔH < 0
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Проанализировать возможность протекания реакции.
Решение:
В решении будем опираться на формулу: ΔG = ΔH - TΔS. (Подробнее - см. задача № 7).
1. При ΔS < 0, ΔH < 0.
Первое слагаемое формулы (ΔH) меньше нуля, а второе, за счет отрицательного знака энтропии, больше нуля
(-T(-ΔS) = +TΔS) . Возможность реакции будет определяться соотношением величин первого и второго слагаемого. Если значение энтальпии (по модулю) будет больше произведения TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), т.е. в целом энергия Гиббса будет меньше нуля, реакция возможна.
2. ΔS < 0, ΔH > 0.
И первое, и второе слагаемое больше нуля. Энергия Гиббса больше нуля. Реакция невозможна.
3. ΔS > 0, ΔH < 0.
Первое слагаемое меньше нуля, второе - тоже. Энергия Гиббса меньше нуля, реакция возможна.
4. ΔS > 0, ΔH > 0
Первое слагаемое формулы (ΔH) больше нуля, а второе, за счет положительного знака энтропии, больше нуля
(-T(+ΔS) = - TΔS) . Возможность реакции будет определяться соотношением величин первого и второго слагаемого. Если значение энтальпии (по модулю) будет больше произведения TΔS, (|ΔH| > |TΔS|), т.е. в целом энергия Гиббса будет больше нуля, реакция невозможна. Однако, с ростом температуры будет расти (по модулю) второе слагаемое, и за определенным пределом температуры реакция станет возможна.
Ответ: 1 – возможна; 2 - невозможна.; 3 – возможна; 4 – возможна.
Задача 10. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислить DG o 298 реакции СО(г) + H 2 O(ж) = СО 2 (г) + Н 2 (г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Решение: DG о определяем из уравнения DG o =DH o -TDS o

DHхр = DН СО2 - DН СО - DН Н2О (ж) == -393,51 – (110,52) – (-285,84) = -218,19 кДж.

DSхр = S CO2 + S H2 - S CO – S H2O (ж) = = 213,65+130,59–197,91–69,94=76,39 Дж/моль×К

или 0,07639 кДж.

DG = -218,19 – 298 × 0,07639 = -240,8 кДж

DG<0, значит реакция возможна.

Ответ:реакция возможна.

Варианты контрольных заданий

Вариант 1

1. Как вычислить изменение энергии Гиббса в реакции по термодинамическим характеристикам исходных веществ и продуктов реакции?

2. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO(к) + СО(г) = Fe(к) + СО 2 (г); ∆Н 1 = -13,18 кДж;

СО(г) + О 2 (г) = СО 2 (г); ∆Н 2 = -283,0 кДж;

Н 2 (г) + О 2 (г) = Н 2 О(г); ∆Н 3 = -241,83 кДж.

Ответ : +27,99 кДж.

Вариант 2

1. Каковы термодинамические условия самопроизвольного протекания химической реакции?

2. Газообразный этиловый спирт С 2 Н 5 ОН можно получить при взаимодействии этилена С 2 Н 4 (г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Ответ: -45,76 кДж.

Вариант 3

1. Что называется термохимическим уравнением? Почему в нём необходимо указывать агрегатное состояние веществ и их полиморфные модификации?

2. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлороводорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ : 78,97 кДж.

Вариант 4

1. Каковы две системы знаков тепловых эффектов?

2. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С 6 Н 6 (ж). Ответ : +49,03 кДж.

Вариант 5

1. Что называется стандартной теплотой (энтальпией) образования соединения? Какие условия называются стандартными?

2. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(г) и водородом, в результате которой образуются СН 4 (г) и Н 2 О(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 618,48 кДж.

Вариант 6

1. Сформулируйте закон Гесса и следствие из этого закона. Какова взаимосвязь закона Гесса и закона сохранения энергии?

2. Восстановление Fe 3 O 4 оксидом углерода идет по уравнению

Fe 3 O 4 (к) + CO(г) = 3FeO(к) + CO 2 (г).

Вычислите ∆G 0 298 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно ∆S 0 298 в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/К.

Вариант 7

1. В каком направлении самопроизвольно протекают химические реакции? Что является движущей силой химического процесса?

2. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С 2 Н 5 ОН(ж). Ответ : -277,67 кДж.

Вариант 8

1. Что такое изобарно – изотермический потенциал химической реакции и как он связан с изменением энтальпии и энтропии реакции?

2. Тепловой эффект реакции равен –560,0 кДж. Вычислите стандартную теплоту образования .Ответ : 83,24 кДж/моль.

Вариант 9

1. Что такое энтропия реакции?

2. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ∆G 0 298 реакции, протекающей по уравнению NH 3 (г) + HCl(г) = NH 4 Cl(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ : -92,08 кДж.

Вариант 10

1. Как изменяется энтропия с увеличением движения частиц в системе?

2. Пользуясь значениями реагирующих веществ, вычислите реакции и определите, может ли она осуществиться при стандартных условиях.

Вариант 11

1. Основные Понятия термодинамики: система, фаза, виды систем, параметры состояния систем, виды процессов.

2. Определить энтальпию реакции спиртового брожения глюкозы

С 6 Н 12 О 6 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

ферменты

∆Нº 298 (С 6 Н 12 О 6) = - 1273,0 кДж/моль

∆Нº 298 (С 2 Н 5 ОН) = - 1366,91 кДж/моль

∆Нº 298 (СО 2) = - 393,5 кДж/моль

Вариант 12

1. Первый закон термодинамики для изохорного и изобарного процессов. Энтальпия.

2. Определить энтальпию реакции: NH 3 (г) + НСl (г) = NH 4 Cl (Т)

∆Нº 298 (НCl) = - 92,3 кДж/моль

∆Нº (NН 3) = - 46,2 кДж/моль

∆Нº (NH 4 Cl) = - 313,6 кДж/моль

Вариант 13

1. Термохимия: экзо- и эндотермические реакции. Термохимические уравнения, их особенности.

2. Определите какая из данных реакций экзо-, а какая эндотермическая реакция? Ответ обоснуйте.

N 2 + O 2 D 2NO ∆Н = + 80 кДж

N 2 + 3H 2 D 2NO 3 ∆Н = - 88 кДж

Вариант 14

1.Что такое параметры системы? Какие параметры Вы знаете?

2. Вычислить энтальпию образования газообразного серного ангидрида,если при сгорании 16 г.серы выделилось 197.6 кДж тепла.

Вариант 15

1. Перечислить функции состояния системы.

4HCl(г) + О 2 (г) ↔ 2Н 2 О(г) + 2Сl 2 (г); ∆Н =-114,42 Дж.

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при какой температуре? Ответ: 891К.

Вариант 16

1. Какие типы термодинамических процессов Вы знаете?

2. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция Н 2 (г) + СО 2 (г) = СО(г) + Н 2 О(ж); ∆Н = -2,85 кДж. Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите ∆G 0 298 этой реакции. Ответ : -19,91 кДж.

Вариант 17

1. Закон Гесса и следствия, вытекающие из него.

2. Определите системы . Ответ : 160,4 Дж/(моль·К).

Вариант 18

1. Чем отличается энтальпия образования вещества от энтальпии реакции?

2. Вычислите ∆Н 0 ,∆S 0 ,∆G 0 Т реакции, протекающей по уравнению Fe 2 O 3 (к) + 3Н 2 (г) = 2Fe(к) + 2Н 2 О(г). Возможна ли реакция восстановления Fe 2 O 3 водородом при 500 и 2000 К? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

Вариант 19

2. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

Н 2 (г) + О 2 (г) = Н 2 О; ∆Н 1 = -285,84 кДж;

С(к) + О 2 (г) = СО 2 (г); ∆Н 2 = -393,51 кДж;

СН 4 (г) + 2О 2 (г) = 2Н 2 О(ж) + СО 2 (г); ∆Н 3 = -890,31 кДж.

Ответ : -74,88 кДж.

Вариант 20

1. Какие процессы сопровождаются увеличением энтропии?

2. Подсчитав реакции, определите, какая из двух реакций термодинамически возможна: ; .

Вариант 21

1. Что называется стандартной энтальпией образования?

2. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ∆G 0 298 реакции, протекающей по уравнению СО 2 (г) + 4Н 2 (г) = СН 4 (г) + 2Н 2 О(ж). Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ : -130,89 кДж.

Вариант 22

1. Каков знак ∆ G процесса таяния льда при 263 К?

2. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ∆S 0 298 для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж/(моль∙К); б) -3,25 Дж/(моль∙К).

Вариант 23

1. Каков знак ∆ H процесса горения угля?

2. При стандартных условиях реакция протекает самопроизвольно. Определите знаки ∆Ни ∆S в этой системе.

Вариант 24

1. Каков знак ∆ S процесса сублимации “сухого льда”?

2. Вычислите ∆Н О,∆S О,∆G О Т реакции, протекающей по уравнению TiO 2 (к) +2C(к) = Ti(к) + 2СО(г). Возможна ли реакция восстановления TiO 2 углеродом при 1000 и 3000 К? Ответ: +722,86 кДж; 364,84 Дж/К; +358,02 кДж; -371,66 кДж.

Вариант 25

1. Каков знак изменения энтропии в процессе кипения воды?

2. Найдите изменение внутренней энергии при испарении 75г этилового спирта при температуре кипения, если удельная теплота его испарения равна 857,7 Дж/г, а удельный объем пара при температуре кипения равен 607 см 3 /г. Объемом жидкости пренебречь. Ответ : 58,39 кДж.

Вариант 26

1. II закон термодинамики. Теорема Карно - Клаузиуса.

2. Рассчитайте расход тепловой энергии при реакции , если было получено 336г железа. Ответ : –2561,0 кДж.

Вариант 27

1. III закон термодинамики.

2. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению

С 2 Н 2 (г) + О 2 (г) = 2СО 2 (г) + Н 2 О(ж)

Вычислите ∆G 0 298 и ∆S 0 298 . Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж; -216,15 Дж/(моль∙К).

Вариант 28

1. Теорема Нернста.

2. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ : 452,37 кДж.

Вариант 29

1. Постулат Планка.

2. При какой температуре наступит равновесие системы

СН 4 (г) + СО 2 (г) ↔ 2СО(г) + 2Н 2 (г); ∆Н = +247,37 кДж?

Вариант 30

1. Основы термодинамических расчетов

2. Подсчитав тепловой эффект и изменение энергии Гиббса при 25ºC для реакции , определите для этой реакции. Ответ : –412,4 Дж/(моль·К).

Похожая информация.

Задача 10.1. Используя термохимическое уравнение: 2Н 2 (г) + O 2 (г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж , определите массу образовавшейся воды, если выделилось 1479 кДж энергии.

Решение. Записываем уравнение реакции в виде:

Имеем
x = (2 моль 1479 кДж) / (484 кДж) = 6,11 моль .
Откуда
m(Н 2 О) = v М = 6,11 моль 18 г/моль = 110 г
Если в условии задачи не указано количество реагирующего вещества, а сообщается лишь об изменении некоторой величины (массы или объема), относящейся, как правило, к смеси веществ, то удобно вводить в уравнение реакции дополнительный член, соответствующий этому изменению.

Задача 10.2. К смеси этана и ацетилена объемом 10 л (н.у.) добавили 10 л (н.у.) водорода. Смесь пропустили над нагретым платиновым катализатором. После приведения продуктов реакции к исходным условиям объем смеси стал равен 16 л. Определите массовую долю ацетилена в смеси.

Решение. Водород реагирует с ацетиленом, но не с этаном.
С 2 Н 6 + Н2 2 ≠
С 2 Н 2 + 2Н 2 → С 2 Н 6
При этом объем системы уменьшается на
ΔV = 10 + 10 — 16 = 4 л .
Уменьшение объема связано с тем, что объем продукта (С 2 Н 6) меньше объема реагентов (С 2 Н 2 и Н 2).
Запишем уравнение реакции, введя выражение ΔV.
Если в реакцию вступят 1 л С 2 Н 2 и 2л Н 2 , а образуется 1 л С 2 Н 6 , то
ΔV = 1 + 2 — 1 = 2 л .

Из уравнения видно, что
V(С 2 Н 2) = х = 2 л .
Тогда
V(С 2 Н 6) = (10 — х) = 8 л .
Из выражением
m / М = V / V M
имеем
m = М V / V M
m(С 2 Н 2) = М V / V M = (26 г/моль 2л) / (22,4 л/моль) = 2,32 г,
m(С 2 Н 6) = М V / V M ,
m(смеси) = m(С 2 Н 2) + m(С 2 Н 6) = 2,32 г + 10,71 г = 13,03 г ,
w(С 2 Н 2) = m(С 2 Н 2) / m(смеси) = 2,32 г / 13,03 г = 0,18 .

Задача 10.3. Железную пластинку массой 52,8 г поместили в раствор сульфата меди (II). Определите массу растворившегося железа, если масса пластинки стала равной 54,4 г.

Решение. Изменение массы пластинки равно:
Δm = 54,4 — 52,8 = 1,6 г .
Запишем уравнение реакции. Видно, что если из пластинки растворится 56 г железа, то на пластинку будет осаждено 64 г меди и пластинка станет тяжелее на 8 г:

Видно, что
m(Fe) = х = 56 г 1,6 г / 8 г = 11,2 г .

Задача 10.4. В 100 г раствора, содержащего смесь хлороводородной и азотной кислот, растворяется максимум 24,0 г оксида меди(II). После упаривания раствора и прокаливания остатка его масса составляет 29,5 г. Напишите уравнения происходящих реакций и определите массовую долю хлороводородной кислоты в исходном растворе.

Решение. Напишем уравнения реакций:
СuО + 2НCl = СuСl 2 + Н 2 O (1)
СuО + 2НNO 3 = Сu(NO 3) 2 + Н 2 O (2)
2Сu(NO 3) 2 = 2СuО + 4NO 2 + O 2 (3)
Видно, что увеличение массы с 24,0 г до 29,5 г связано только с первой реакцией, ведь оксид меди, растворенный в азотной кислоте по реакции (2), в ходе реакции (3) вновь превратился в оксид меди такой же массы. Если в ходе реакции (1) прореагирует 1 моль СuО массой 80 г и образуется 1 моль СuСl 2 массой 135 г, то масса увеличится на 55 г. Учитывая, что масса 2 моль НСl равна 73 г, напишем уравнение (1) еще раз, добавив выражение Δm.

Видно, что
m(НСl) = х = 73 г 5,5 г / 55 г = 7,3 г .
Находим массовую долю кислоты:
w(НСl) = m(НСl) / m р-ра =
= 7,3 г / 100 г = 0,073 .

Алгоритм II. Расчеты по термохимическим уравнениям

Задача II.1.

Какое количество теплоты выделится при сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением

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.

Дано: Q = +2700 кДж

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.

Дано: Q = +1642 кДж

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

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?

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.