Задание 81.
Вычислите количество теплоты, которое выделится при восстановлении Fe 2 O 3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа. Ответ: 2543,1 кДж.
Решение:
Уравнение реакции:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 кДж

Вычисление количества теплоты, которое выделяется при получении 335,1 г железа, про-изводим из пропорции:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : х; х = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 кДж,

где 55,85 атомная масс железа.

Ответ: 2543,1 кДж.

Тепловой эффект реакции

Задание 82.
Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН 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.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

С 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С2Н 5 ОН (г) ; = ?

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Рассчитаем тепловой эффект реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

= (С 2 Н 5 ОН) – [ (С 2 Н 4) + (Н 2 О)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 кДж

Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q p равные изменению энтальпии системы . Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г - газообразное, ж - жидкое, к

Если в результате реакции выделяется теплота, то < О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

С 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С 2 Н 5 ОН (г) ; = - 45,76 кДж.

Ответ: - 45,76 кДж.

Задание 83.
Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

а) ЕеО (к) + СО (г) = Fe (к) + СO 2 (г); = -13,18 кДж;
б) СO (г) + 1/2O 2 (г) = СO 2 (г) ; = -283,0 кДж;
в) Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 O (г) ; = -241,83 кДж.
Ответ: +27,99 кДж.

Решение:
Уравнение реакции восстановления оксида железа (II) водородом имеет вид:

ЕеО (к) + Н 2 (г) = Fe (к) + Н 2 О (г) ; = ?

= (Н2О) – [ (FeO)

Теплота образования воды определяется уравнением

Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 O (г) ; = -241,83 кДж,

а теплоту образования оксида железа (II) можно вычислить, если из уравнения (б) вычесть уравнение (а).

=(в) - (б) - (а) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 кДж.

Ответ: +27,99 кДж.

Задание 84.
При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS 2 (г) . Напишите термохимическое уравнение этой реакции, предварительно вычислите ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.
Решение:
г - газообразное, ж - жидкое, к -- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О 2 , Н 2 и др.
Уравнение реакции имеет вид:

2H 2 S (г) + CO 2 (г) = 2Н 2 О (г) + СS 2 (г); = ?

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

= (Н 2 О) +(СS 2) – [(Н 2 S) + (СO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 кДж.

2H 2 S (г) + CO 2 (г) = 2Н 2 О (г) + СS 2 (г) ; = +65,43 кДж.

Ответ: +65,43 кДж.

Tермохимическое уравнение реакции

Задание 85.
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.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q p равные изменению энтальпии системы. Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г - газообразное, ж - кое, к - кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О 2 , Н 2 и др.
Уравнение реакции имеет вид:

СО (г) + 3Н 2 (г) = СН 4 (г) + Н 2 О (г) ; = ?

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

= (Н 2 О) + (СН 4) – (СO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

22,4 : -206,16 = 67,2 : х; х = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 кДж; Q = 618,48 кДж.

Ответ: 618,48 кДж.

Теплота образования

Задание 86.
Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования. Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:
а) 4NH 3 (г) + 5О 2 (г) = 4NO (г) + 6Н 2 O (ж) ; = -1168,80 кДж;
б) 4NH 3 (г) + 3О 2 (г) = 2N 2 (г) + 6Н 2 O (ж); = -1530,28 кДж
Ответ: 90,37 кДж.
Решение:
Стандартная теплота образования равна теплоте реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях (Т = 298 К; р = 1,0325 . 105 Па). Образование NO из простых веществ можно представить так:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NO

Дана реакция (а), в которой образуется 4 моль NO и дана реакция (б), в которой образуется 2 моль N2. В обеих реакциях участвует кислород. Следовательно, для определения стандартной теплоты образования NO составим следующий цикл Гесса, т. е. нужно вы-честь уравнение (а) из уравнения (б):

Таким образом, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 кДж.

Ответ: 618,48 кДж.

Задание 87.
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.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q p равные изменению энтальпии системы. Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие кое, к -- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О 2 , Н 2 и др.
Уравнение реакции имеет вид:

NH 3 (г) + НCl (г) = NH 4 Cl (к). ; = ?

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

= (NH4Cl) – [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

Теплоту, выделившуюся при реакции 10 л аммиака по этой реакции, определим из про-порции:

22,4 : -176,85 = 10 : х; х = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 кДж; Q = 78,97 кДж.

Ответ: 78,97 кДж.

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.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал Санкт - Петербургского государственного

морского технического университета

СЕВМАШВТУЗ

Кафедра "Инженерная защита окружающей

среды и реновации техники"

Белозерова Т.И.

Учебно-методическое пособие

к практическим занятиям

Тема: "Термохимические расчеты. Закон Гесса.

Северодвинск

УДК 546(076.1)

Белозерова Т.И.

"Термохимические расчеты. Закон Гесса.

Химическое равновесие. Правило Ле-Шателье".

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

к практическим занятиям

по дисциплине "Общая и неорганическая химия"

Ответственный редактор Гуляева Т.Г.

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Физика» Горин С.В.

к.б.н., доцент кафедры «Инженерная защита окружающей среды»

Камышева Е.А.

Методическое пособие предназначено для студентов 1 курса специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

Методическое пособие содержит сведения об энергетических эффектах, сопровождающих химические процессы, направления и пределы их самопроизвольного протекания. Рассмотрены основы термохимии, направленность химических реакций и химическое равновесие.

Лицензия на издательскую деятельность

Севмашвтуз, 2004г.

Термохимические расчеты. Закон Гесса. Химическое равновесие. Правило Ле-Шателье.

Методическое пособие предназначено для студентов 1 курса, специальность 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

Методическое пособие содержит общие сведения об энергетических эффектах, сопровождающих химические процессы, направление и пределы их самопроизвольного протекания. Рассмотрены основы термохимии, направленность химических реакций и химическое равновесие.

I. Термохимические расчеты. Закон Гесса.

Наука о взаимных превращениях различных видов энергии называется термодинамикой . Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называетсятермохимией . Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты называютсяэкзотермическими , а те которые сопровождаются поглощением теплоты – эндотермическими.

Изменения энергии системы, при протекании в ней химической реакции при условии, что система не совершает никакой другой работы, кроме работы расширения, называется тепловым эффектом химической реакции.

Характеристическая функция

где, V– объем системы,U– внутренняя энергия, называется энтальпией системы.

Энтальпия – функция состояния системы. При постоянном давлении тепловой эффект реакции равен изменению энтальпией реакции ΔH.

При экзотермической реакции ΔH<0 (Q p >0) – энтальпия системы уменьшается.

При эндотермических реакциях ΔH>0 (Q p <0).

Изменения энтальпии в процессе образования данного вещества в стандартном состоянии их простых веществ, также находящихся в стандартных состояниях, называются стандартной энтальпией образования ΔH 0 298. Тепловой эффект зависит от температуры, поэтому в индексе указывается температура (298 К).

Уравнение процессов, в которых указаны тепловые эффекты, называются термохимическими

H 2 + 1/2О 2 =H 2 О (ж) ΔH 0 298 = -285,8 кДж

Чтобы энтальпию отнести к одному молю какого-либо вещества, термохимические уравнения имеют дробные коэффициенты.

В термохимических уравнениях записываются также агрегатные состояния веществ: Г-газовое, Ж-жидкое, Т-твердое, К-кристаллическое.

Энтальпия (теплота) образования – тепловой эффект образования 1 моля сложного вещества из простых веществ, устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа. Обозначают ΔH 0 обр или ΔH 0 f .

Закон Гесса – тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий.

В термохимических расчетах применяют следствие из Закона Гесса:

Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования (ΔH 0 обр) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнениях реакции

ΔНх.р. = ∑Δ Н обр. прод. - ∑ΔН 0 обр. исх. (2)

Значения стандартных энтальпий образования ΔН 0 298 даны в таблице (приложение №1).

Пример 1. Рассчитаем стандартную энтальпию образования пропана С 3 Н 8 , если тепловой эффект реакции его сгорания

С 3 Н 8 + 5О 2 = 3СО 2 + 4Н 2 О (г)

равна ΔН х.р. = -2043,86 кДж/моль

Решение: В соответствии с уравнением (2)

ΔНх.р. = (3ΔН 0 (СО 2) + 4ΔН 0 (Н 2 0)г) – (ΔН 0 (С 3 Н 8) + 5ΔН 0 (О 2)) =

= ΔН 0 обр.(С 3 Н 8) = 3ΔН 0 (СО 2) – 5ΔН 0 (О 2) – ΔН 0 х.р. + 4ΔН 0 (Н 2 О)г

Подставив значение ΔН 0 х.р. и справочные данные, энтальпии простых веществ равны нулю ΔН 0 О 2 = 0

ΔН 0 С 3 Н 8 = 3(-393,51) + 4(-241,82) – 5*0 – (2043,86) = -103,85 кДж/моль

Ответ: энтальпия образования пропана относится к экзотермическим процессам.

Пример 2. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:

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

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная энтальпия С 2 Н 5 ОН(ж) равна + 42,36 кДж и известны энтальпии образования С 2 Н 5 ОН (г); СО 2 (г); Н 2 О(ж) (см. табл.1).

Решение: для определения ∆Н реакции необходимо знать теплоту образования С 3 Н 5 ОН (ж). Последнюю находим из данных задачи:

С 2 Н 5 ОН (ж) = С 2 Н 5 ОН (г); ΔН = +42,36 кДж + 42,36 = -235,31 – ΔН С 2 Н 5 ОН (ж)

ΔН С 2 Н 5 ОН (ж) = - 235,31 – 42,36 = - 277,67 кДж

Теперь вычисляем ΔН реакции, применяя следствие из закона Гесса:

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

Пример 3. Растворение моля безводной соды Na 2 CO 3 в достаточно большом количестве воды сопровождается выделением 25,10 кДж теплоты, тогда как при растворении кристаллогидрата Na 2 CO 3 * 10H 2 O поглощается 66,94 кДж теплоты. Вычислить теплоту гидратации Na 2 CO 3 (энтальпию образования кристаллогидрата).

Решение: составляем термохимические уравнения соответствующих реакций:

А) Na 2 CO 3 + aq = Na 2 CO 3 * aq; ΔН = -25,10 кДж

Б) Na 2 CO 3 * 10H 2 O + aq = Na 2 CO 3 * aq; ΔН = +66,94 кДж

Теперь, вычитая уравнение Б) из уравнения А), получаем ответ:

Na 2 CO 3 + 10H 2 O = Na 2 CO 3 * 10H 2 O; ΔН = -92,04 кДж,

т.е. при образовании Na 2 CO 3 * 10H 2 Oвыделяет 92,04 кДж теплоты.

Пример 4. Зная энтальпию образования воды и водяного пара (см. таб. 1), вычислить энтальпию испарения воды.

Решение: задача решается аналогично задачам в примерах 3 и 4:

А) H 2 (г) + 1/2О 2 (г) = Н 2 О(г); ΔН = -241,83 кДж

Б) Н 2 (г) + 1/2О 2 (г) = Н 2 О(ж) ; ΔН = -285,84 кДж

Вычитая уравнение (Б) из уравнения (А) получаем ответ:

Н 2 О(ж) = Н 2 О(г); ΔН = - 241,83 + 285,84 = + 44,01 кДж,

т.е. для перевода воды в пар необходимо затратить 44,01 кДж тепла.

Пример 5. При образовании хлористого водорода по реакции

Н 2 + Сl 2 = 2HCl

Выделяется 184,6 кДж тепла. Чему равна энтальпия образования HCl?

Решение: энтальпия образования относится к 1 моль, а по уравнению образуется 2 моль HCl.

ΔН 0 НCl = -184,6 / 2 = -92,3 кДж/моль

Термохимическое уравнение:

1/2Н 2 + 1/2Cl 2 = HCl; ΔН = -92,3 кДж/моль

Пример 6. Вычислить тепловой эффект горения аммиака.

2NH 3(г) + 3/2O 2(г) = N 2(г) + 3H 2 O (г)

Решение: на основании следствия из закона Гесса имеем

ΔН = ∑Δ Н 0 кон - ∑ΔН 0 исх. = (ΔН 0 (N 2)+ 3ΔН 0 (Н 2 0)) - (2ΔН 0 (NH 3) + 3/2ΔН 0 (О 2))

Так как энтальпии простых веществ равны 0 (ΔН 0 (N 2) = 0; ΔН 0 (0 2) = 0)

Получаем: ΔН = 3ΔН 0 (H 2 О)(г) – 2ΔН 0 (NH 3)

По таблице находим значение стандартных энтальпий образования

ΔН 0 (NH 3) = -45,94 кДж

ΔН 0 (H 2 О) = -241,84 кДж

ΔН = 3 (-241,84) – 2 (-45,94) = -633,4 кДж

Пример 7. Вычислить тепловой эффект реакции горения

А) 11,2 л ацетилена

Б) 52 кг ацетилена

1. Написать термохимическое уравнение горения ацетилена

C 2 H 2(г) + 5/2O 2(г) = 2CO 2(г) + H 2 O (г) + ΔН

2. Написать выражение для расчета стандартного теплового эффекта реакции, пользуясь следствием из закона Гесса

ΔН 0 х.р. = (2ΔН 0 (СО 2) + ΔН 0 (Н 2 О)(г)– ΔН 0 (С 2 Н 2)

Подставим в это выражение табличные значения стандартных энтальпий образования веществ:

ΔН 0 х.р. = 2(-393,5) + (-241,8) – 226,8 = -802,0 кДж

3. Из термохимического уравнения реакции видно, что количество тепла выделяется при сгорании 1 моль ацетилена (22,4 л или 26 г).

Количество тепла прямо пропорционально количеству участвующего в горении вещества. Следовательно можно составить пропорцию:

1 с п о с о 6:

а) 22,4 л С 2 Н 2 - (-802,0 кДж)

11,2 л С 2 Н 2 - х

х = - 401,0 кДж

Б) 26 г C 2 H 2 - (802,0 кДж)

52*10 3 С 2 Н 2 - х

х = 52*10 3 *(-802) = - 1604 * 103 кДж

2 с п о с о б:

Определяем количество моль ацетилена

٧(С 2 Н 2) =m(C 2 H 2 ) =V (C 2 H 2 )

A) ٧(С 2 Н 2) =11,2 = 0,5 моль

0,5 моль С 2 Н 2 - х

х = -401,О кДж

Б) ٧(С 2 Н 2) =52*10 3 = 2*10 3 моль

1 моль С 2 Н 2 - (- 802,0 кДж)

2*10 3 моль С 2 Н 2 - х

х = 2*10 3 *(-802) = - 1604*10 3 кДж

Пример 8. Определить стандартную энтальпию образования ацетилена, если при сгорании 11,2 л. его выделилось 401 кДж тепла.

Решение: С 2 Н 2 (г) + 5/2О 2 = 2СО 2 + Н 2 О(г) ΔНх.р.

1. Определяем тепловой эффект химической реакции

а) ν(С 2 Н 2) = 11,2 л /22,4 л/моль = 0,5 моль

б) 0,5 моль С 2 Н 2 - - 401 кДж

1 моль С 2 Н 2 - - х

х = 1*(-401) = -802 кДж - ΔН х.р.

2. Пользуясь следствием из закона Гесса определяем стандартную энтальпию образования ΔН 0 (С 2 Н 2):

ΔНх.р. = (2ΔН 0 (СО 2) + ΔН 0 (Н 2 0)) – (ΔН 0 (С 2 Н 2) + 5/2 ΔН 0 (О 2))

ΔН 0 С 2 Н 2 = 2ΔН 0 (СО 2) + ΔН 0 (Н 2 О)г – ΔН х.р. + 5/2 ΔН 0 (О 2)

Подставим в это выражение табличные значения стандартных знтальпий образования веществ:

ΔН 0 С 2 Н 2 = 2 (-393) + (-241,8) – (-802) – 0 = 226 кДж

Ответ: ΔН 0 С 2 Н 2 = 226 кДж/моль

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислите тепловой.эффект реакции восстановления одного моля Fе 2 О 3 металлическим алюминием.

Ответ: -817,7 кДж.

2. Газообразный этиловый спирт С 2 H 5 ОН можно получить при взаимодействии этилена C 2 H 4 ,(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

Ответ: -45,76 кДж.

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

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

СО (г) –1/2O 2 (г) = СО 2 (г); ΔН = -283,0 кДж;

Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 0; ΔН = - 241,83кДж.

Ответ: -27,99 кДж.

3. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS 2 (г). Напишите термохимическое уравнение: этой реакции и вычислите тепловой эффект.

Ответ: + 65,57 кДж.

Напишите термохимическое уравнение реакции образования одного моля метана СН 4 (г)из оксида углерода СО(г) и водорода. Сколько теплоты выделится в результате этой реакции? Ответ: 206,1 кДж.

При взаимодействии газообразных метана и сероводорода образуются сероуглерод CS 2 (г) и водород. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

Ответ: +230,43 кДж

4. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

Ответ: 79,82 кДж.

Вычислите теплоту образования метана исходя из следующих термохимических уравнений:

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

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

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

Ответ: - 74,88 кДж.

5. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите энтальпию образования С 2 Н 5 ОН (ж), если известно, что при сгорании 11,5г. его выделилось 308,71 кДж теплоты.

Ответ: - 277,67 кДж.

6. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

С 6 Н 6 (ж) + 7½О 2 (г) = 6СО 2 (г) + 3Н 2 О (г); ΔН = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна -33,9 кДж.

Ответ: 3135,58 кДж

7. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана С 2 Н 6 (г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м 3 этана в пересчете на нормальные условия?

Ответ: 63742,86 кДж.

8. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH 3 (г) + ЗО 2 (г) = 2N 2 (г) + 6H 2 O (ж);

ΔН = - 1580,28 кДж.

Вычислите энтальпию образования NH 3 (г).

Ответ: - 46,19 кДж.

9. Энтальпия растворения безводного хлорида стронция SrCl 2 равна - 47,70 кДж, а теплота растворения кристал­логидрата SrCl2*6Н 2 О равна +30,96 кДж. Вычислите теп­лоту гидратации SrCl 2 .

Ответ: -78,66 кДж.

10. Теплоты растворения сульфата меди CuSO 4 и медного купороса CuSO 4 *5H 2 O соответственно равны - 66,11 кДж и + 11,72 кДж. Вычислите теплоту гидратации CuSO 4 .

Ответ: -77,83 кДж.

При получении одного грамм-эквивалента гидроксида кальция из СаО(к) и Н 2 О(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

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.

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