Írja fel a CO (g) és a hidrogén közötti reakció termokémiai egyenletét, amely CH4 (g) és H2O (g) képződését eredményezi! Mennyi hő szabadul fel a reakció során, ha normál körülmények között 67,2 liter metánt kapunk
Válasz: 618,48 kJ
Írjuk fel a reakcióegyenletet:
CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)
Számítsuk ki ennek a reakciónak az entalpiájának változását:
Így az egyenlet a következőképpen alakul:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Ez az egyenlet 1 mol vagy 22,4 liter (n.s.) metán képződésére érvényes. Ha 67,2 liter vagy 3 mol metán keletkezik, az egyenlet a következőképpen alakul:
- 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2O (g) + 618,48 kJ
- 3. Az entrópia csökken vagy nő az átmenetek során: a) víz gőzzé; b) grafitból gyémántot? Miért? Minden transzformációhoz számítsa ki a ?S°298-at. Következtetések levonása az entrópia mennyiségi változásáról a fázis- és allotróp átalakulások során
Válasz: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Amikor a víz gőzzé alakul, megnő a rendszer entrópiája.
Max Planck 1911-ben a következő posztulátumot javasolta: egy tiszta anyag megfelelően kialakított kristályának entrópiája abszolút nullánál nulla. Ez a posztulátum a statisztikai termodinamikával magyarázható, amely szerint az entrópia egy rendszer mikroszintű rendezetlenségének mértéke:
ahol W a rendszer adott körülmények között rendelkezésére álló különböző állapotok száma, vagy a rendszer makroállapotának termodinamikai valószínűsége; R = 1,38,10-16 erg/deg - Boltzmann-állandó.
Nyilvánvaló, hogy a gáz entrópiája jelentősen meghaladja a folyadék entrópiáját. Ezt a számítások is alátámasztják:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
- b) Ha a grafit gyémánttá alakul, a rendszer entrópiája csökken, mert a rendszer különböző állapotainak száma csökken. Ezt a számítások is alátámasztják:
Cgraph. > Salm.
S°prot. = 2,44-5,69 = -3,25 J/mol*K
Következtetés az entrópia mennyiségi változásáról a fázis- és allotróp átalakulások során, mivel az entrópia jellemzi a rendszer rendezetlenségét, majd allotróp átalakulások során, ha a rendszer rendezettebbé válik (ebben az esetben a gyémánt keményebb és erősebb, mint a grafit), akkor az entrópia csökken. Fázisátalakítások során: amikor egy anyag szilárd, folyékony fázisból gáznemű fázisba megy át, a rendszer kevésbé rendeződik, az entrópia megnő és fordítva.
2. oktatóvideó: Számítások termokémiai egyenletekkel
Előadás: Kémiai reakció termikus hatása. Termokémiai egyenletek
Kémiai reakció termikus hatása
Termokémia a kémia olyan ága, amely a termikus, i.e. reakciók termikus hatásai.
Mint tudják, minden kémiai elemnek n-nyi energiája van. Nap mint nap szembesülünk ezzel, mert... Testünk minden étkezés során energiát raktároz kémiai vegyületekből. E nélkül nem lesz erőnk sem mozogni, sem dolgozni. Ez az energia állandó 36,6 t-t tart fenn a testünkben.
A reakciók idején az elemek energiáját vagy a pusztulásra, vagy az atomok közötti kémiai kötések kialakítására fordítják. Energiát kell fordítani a kötés megszakításához, és fel kell szabadítani, hogy létrejöjjön. És ha a felszabaduló energia nagyobb, mint az elhasznált energia, a keletkező többletenergia hővé alakul. És így:
A kémiai reakciók során felszabaduló és hőfelvételt ún a reakció termikus hatása, és Q betűkkel jelöljük.
Exoterm reakciók– az ilyen reakciók során hő szabadul fel, amely a környezetbe kerül.
Ennek a reakciótípusnak pozitív termikus hatása van +Q. Példaként vegyük a metán égési reakcióját:
Endoterm reakciók– az ilyen reakciók során hő nyelődik el.
Az ilyen típusú reakcióknak negatív termikus hatása van -Q. Vegyük például a szén és a víz reakcióját magas t mellett:
A reakció termikus hatása közvetlenül függ a hőmérséklettől és a nyomástól.
Termokémiai egyenletek
A reakció termikus hatását a termokémiai egyenlet segítségével határozzuk meg. Miben más? Ebben az egyenletben egy elem szimbóluma mellett az aggregációs állapota (szilárd, folyékony, gáznemű) van feltüntetve. Ezt meg kell tenni, mert A kémiai reakciók termikus hatását az aggregált állapotban lévő anyag tömege befolyásolja. Az egyenlet végén az = jel után a termikus hatások számértéke J vagy kJ-ban van feltüntetve.
Példaként egy reakcióegyenletet mutatunk be, amely a hidrogén oxigénben való égését mutatja: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.
Az egyenlet azt mutatja, hogy 1 mól oxigénre és 1 mól vízre 286 kJ hő szabadul fel. A reakció exoterm. Ennek a reakciónak jelentős termikus hatása van.
Bármely vegyület keletkezésekor ugyanannyi energia szabadul fel vagy nyelődik el, mint amennyi a primer anyagokká való bomlása során felszívódik vagy felszabadul.
Szinte minden termokémiai számítás a termokémia törvényén – Hess törvényén – alapul. A törvényt 1840-ben a híres orosz tudós, G. I. Hess vezette le.
A termokémia alaptörvénye: a reakció termikus hatása függ a kiindulási és véganyag természetétől és fizikai állapotától, de nem függ a reakció útjától.
Ennek a törvénynek az alkalmazásával lehetővé válik a reakció egy közbenső szakaszának termikus hatásának kiszámítása, ha a reakció teljes hőhatása és más közbenső szakaszok hőhatásai ismertek.
A reakció termikus hatásának ismerete nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Például a táplálkozási szakemberek a megfelelő étrend elkészítésekor használják őket; a vegyiparban ez a tudás szükséges a reaktorok fűtésénél, és végül a hőhatás számítása nélkül lehetetlen rakétát pályára állítani.
| | |
A leckék anyagaiból megtudhatja, melyik kémiai reakcióegyenletet nevezzük termokémiainak. A leckét a termokémiai reakcióegyenlet számítási algoritmusának tanulmányozására szánjuk.
Téma: Anyagok és átalakulásaik
Lecke: Számítások termokémiai egyenletekkel
Szinte minden reakció hő felszabadulásával vagy elnyelésével megy végbe. A reakció során felszabaduló vagy elnyelt hőmennyiséget ún kémiai reakció termikus hatása.
Ha a hőhatást egy kémiai reakció egyenletébe írjuk, akkor egy ilyen egyenletet nevezünk termokémiai.
A termokémiai egyenletekben a közönséges kémiai egyenletektől eltérően az anyag halmazállapotát (szilárd, folyékony, gáznemű) kell feltüntetni.
Például a kalcium-oxid és a víz közötti reakció termokémiai egyenlete így néz ki:
CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ
A kémiai reakció során felszabaduló vagy elnyelt Q hő mennyisége arányos a reaktáns vagy termék anyagmennyiségével. Ezért termokémiai egyenletek segítségével különféle számítások végezhetők.
Nézzünk példákat a problémamegoldásra.
1. feladat:Határozza meg a 3,6 g víz lebontására fordított hőmennyiséget a vízbomlási reakció TCA-ja szerint:
Ezt a problémát az arány segítségével oldhatja meg:
36 g víz lebontása során 484 kJ nyelődött el
a bomlás során 3,6 g víz nyelődött el x kJ
Ily módon felírható a reakció egyenlete. A probléma teljes megoldását az 1. ábra mutatja.
Rizs. 1. Az 1. feladat megoldásának megfogalmazása
A probléma úgy is megfogalmazható, hogy a reakcióhoz létre kell hozni egy termokémiai egyenletet. Nézzünk egy példát egy ilyen feladatra.
2. probléma: Ha 7 g vas kölcsönhatásba lép a kénnel, 12,15 kJ hő szabadul fel. Ezen adatok alapján alkossa meg a reakció termokémiai egyenletét.
Felhívom a figyelmet arra, hogy erre a problémára a válasz maga a reakció termokémiai egyenlete.
Rizs. 2. A 2. feladat megoldásának formalizálása
1. Feladat- és gyakorlatgyűjtemény kémiából: 8. évfolyam: tankönyvekhez. P.A. Orzsekovszkij és mások: „Kémia. 8. osztály” / P.A. Orzsekovszkij, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (80-84. o.)
2. Kémia: szervetlen. kémia: tankönyv. 8. osztály számára Általános oktatás létesítése /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Oktatás, OJSC „Moszkva Tankönyvek”, 2009. (§23)
3. Enciklopédia gyerekeknek. 17. kötet Kémia / Fejezet. ed.V.A. Volodin, Ved. tudományos szerk. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.
További webes források
1. Feladatok megoldása: számítások termokémiai egyenletekkel ().
2. Termokémiai egyenletek ().
Házi feladat
1) p. 69 feladat 1.,2 a „Kémia: szervetlen” tankönyvből. kémia: tankönyv. 8. osztály számára Általános oktatás intézmény." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Oktatás, OJSC „Moszkva Tankönyvek”, 2009.
2) 80-84. o., 241., 245. sz a Kémia feladat- és gyakorlatgyűjteményéből: 8. évfolyam: tankönyvekhez. P.A. Orzsekovszkij és mások: „Kémia. 8. osztály” / P.A. Orzsekovszkij, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.
Bármilyen kémiai reakciót hő formájában felszabaduló vagy energiafelvétel kísér.
A hő felszabadulása vagy elnyelése alapján megkülönböztetik hőtermelőÉs endoterm reakciók.
Hőtermelő A reakciók olyan reakciók, amelyek során hő szabadul fel (+Q).
Az endoterm reakciók olyan reakciók, amelyek során hő abszorbeálódik (-Q).
A reakció termikus hatása (K) az a hőmennyiség, amely bizonyos mennyiségű kezdeti reagens kölcsönhatása során felszabadul vagy elnyelődik.
A termokémiai egyenlet egy kémiai reakció termikus hatását meghatározó egyenlet. Tehát például a termokémiai egyenletek a következők:
Azt is meg kell jegyezni, hogy a termokémiai egyenleteknek szükségszerűen tartalmazniuk kell információkat a reagensek és termékek aggregált állapotáról, mivel a hőhatás értéke ettől függ.
A reakció termikus hatásának számítása
Példa egy tipikus problémára a reakció termikus hatásának meghatározására:
Amikor az egyenlet szerint 45 g glükóz oxigénfelesleggel reagál
C 6 H 12 O 6 (szilárd) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
700 kJ hő szabadult fel. Határozza meg a reakció termikus hatását! (Írja a számot a legközelebbi egész számra.)
Megoldás:
Számítsuk ki a glükóz mennyiségét:
n(C6H12O6) = m(C6H12O6) / M(C6H12O6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol
Azok. Amikor 0,25 mol glükóz kölcsönhatásba lép oxigénnel, 700 kJ hő szabadul fel. A feltételben bemutatott termokémiai egyenletből az következik, hogy 1 mól glükóz oxigénnel való kölcsönhatása Q-val megegyező hőmennyiséget (a reakció termikus hatása) eredményez. Akkor a következő arány a helyes:
0,25 mol glükóz - 700 kJ
1 mol glükóz - Q
Ebből az arányból a megfelelő egyenlet következik:
0,25 / 1 = 700 / Q
Ennek megoldásával azt találjuk, hogy:
Így a reakció termikus hatása 2800 kJ.
Számítások termokémiai egyenletekkel
Sokkal gyakrabban a termokémia USE feladatokban már ismert a termikus hatás értéke, mert a feltétel megadja a teljes termokémiai egyenletet.
Ebben az esetben vagy egy ismert mennyiségű reagenssel vagy termékkel felszabaduló/elnyelt hőmennyiséget kell kiszámítani, vagy fordítva, ismert hőértékből meg kell határozni a tömegét, térfogatát vagy mennyiségét. a reakció bármely résztvevőjének anyaga.
1. példa
A termokémiai reakcióegyenlet szerint
3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ
68 g alumínium-oxid képződik. Mennyi hő szabadult fel? (Írja a számot a legközelebbi egész számra.)
Megoldás
Számítsuk ki az alumínium-oxid anyag mennyiségét:
n (Al 2 O 3) = m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol
A reakció termokémiai egyenlete szerint 4 mol alumínium-oxid képződésekor 3330 kJ szabadul fel. Esetünkben 0,6667 mol alumínium-oxid keletkezik. Miután az ebben az esetben felszabaduló hőmennyiséget x kJ-vel jelöljük, létrehozzuk az arányt:
4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ
0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ
Ez az arány megfelel a következő egyenletnek:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Ezt megoldva azt kapjuk, hogy x = 555 kJ
Azok. 68 g alumínium-oxid képződésekor a termokémiai egyenletnek megfelelően az állapotban 555 kJ hő szabadul fel.
2. példa
Egy reakció eredményeként, melynek termokémiai egyenlete
4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ
1655 kJ hő szabadult fel. Határozzuk meg a felszabaduló kén-dioxid térfogatát (l) (sz.). (Írja a számot a legközelebbi egész számra.)
Megoldás
A reakció termokémiai egyenlete szerint 8 mol SO 2 képződésekor 3310 kJ hő szabadul fel. Esetünkben 1655 kJ hő szabadult fel. Legyen ebben az esetben a képződött SO 2 mennyisége x mol. Akkor igazságos a következő arány:
8 mol SO 2 - 3310 kJ
x mol SO 2 - 1655 kJ
Amiből az egyenlet következik:
8/x = 3310/1655
Ennek megoldásával azt találjuk, hogy:
Így a keletkező SO 2 anyag mennyisége ebben az esetben 4 mol. Ezért a térfogata egyenlő:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l (egész számokra kerekítve, mivel ez szükséges a feltételben.)
A kémiai reakciók termikus hatásával kapcsolatban több elemzett probléma található.
A termokémiai reakcióegyenletek fogalma
A kémiai reakciók egyenleteit, amelyekben a hőhatást jelezzük, termokémiai egyenleteknek nevezzük. A termikus hatást az AN reakció entalpiájának változásaként adjuk meg. A termokémiai egyenletekben a közönséges kémiai egyenletektől eltérően az anyagok halmazállapotát kell feltüntetni (folyékony „folyékony”, szilárd „szilárd” vagy gáz halmazállapotú „g”). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ugyanaz az anyag különböző aggregációs állapotokban eltérő entalpiával rendelkezik. Ezért az azonos anyagokat érintő, de eltérő aggregációs állapotú kémiai reakciókat eltérő hőhatás jellemzi.
A reakció termikus hatását a termokémiai egyenletekben kétféleképpen jelöljük:
1) csak az AN jelet jelölje - ha csak azt kell megjegyeznie, hogy a reakció exo- vagy endoterm:
A termokémiai egyenletben megadott entalpiaváltozás a kémiai egyenletnek ugyanaz a része, mint az anyagok képletei, ezért ugyanazoknak az összefüggéseknek engedelmeskedik. Például az etán égési egyenletéhez:
Más mennyiségű reagens vagy termék esetén a hőmennyiség arányosan változik.
Gyakran a termokémiai egyenletek használatának megkönnyítése érdekében az együtthatókat csökkentik úgy, hogy a számításokhoz használt anyagok képleteit 1-es együttható előzi meg. Természetesen ebben az esetben más együtthatók törtnek bizonyulhatnak, és arányosan csökkenteni kell az entalpiaváltozás értékét. Így a nátrium és a víz fent megadott reakciójára felírhatjuk a termokémiai egyenletet:
Termokémiai reakcióegyenletek felállítása 1. példa Amikor a nitrogén 1 mól anyaggal oxigénnel reagál, és nitrogén(N)-oxid képződik, 181,8 kJ energia nyelődik el. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
Megoldás. Mivel az energia elnyelődik, AH pozitív szám. A termokémiai egyenlet így nézne ki:
2. példa: Hidrogén-jodid szintézisreakciója egyszerű gáznemű anyagokból AN = +52 kJ/mol. Írjon fel termokémiai egyenletet a hidrogén-jodid egyszerű anyagokra való bomlására!
Megoldás. A hidrogén-jodid szintézis és bomlás reakciói ellentétes reakciók. A 18.4. ábrát elemezve megállapíthatjuk, hogy ebben az esetben az anyagok, így entalpiáik is megegyeznek. Az egyetlen különbség az, hogy melyik anyag a reakció terméke és melyik a reaktáns. Ennek alapján arra a következtetésre jutunk, hogy az ellentétes folyamatokban az AN-ok értékükben azonosak, de előjelükben eltérőek. Tehát a hidrogén-jodid szintézisreakciójához:
Mivel a gyakorlatban az anyagok tömegét vagy térfogatát mérik, pontosan ezekből az adatokból kell termokémiai egyenleteket felállítani. Példa. Amikor 18 g tömegű folyékony víz keletkezett, az egyszerű anyagokból 241,8 kJ hő szabadult fel. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét! Megoldás. A 18 g tömegű víz az anyag mennyiségének felel meg: n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. Az egyszerű anyagokból történő vízképződés reakciójának egyenletében pedig a víz képletét 2-es együttható előzi meg. Ez azt jelenti, hogy a termokémiai egyenletben meg kell jegyezni az entalpia változását, amikor víz keletkezik 2 mol anyagmennyiség, azaz 241,8. 2 = 483,6:
Az élelmiszerek címkéjén fel kell tüntetni az energiaértéküket, amelyet gyakran kalóriatartalomnak neveznek. A legtöbb ember számára az élelmiszerek kalóriatartalmára vonatkozó információ elgondolkodtat: „Mennyi súlyt fogok hízni, ha ezt eszem?” Valójában a címkén feltüntetett számok 100 g termék szén-dioxiddal és vízzel történő teljes égésének reakciójának hőhatásai. Ezt a hőhatást gyakran elavult hőmértékegységekben adják meg – kalóriákban vagy kilokalóriákban (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), innen ered a „kalória” kifejezés.
Kulcs gondolat
Az entalpiaváltozás a kémiai reakció során felszabaduló vagy elnyelt hő mennyiségi jellemzője.
Feladatok az anyag elsajátításához
210. Milyen reakcióegyenleteket nevezünk termokémiai reakcióegyenleteknek?
211. Határozza meg, hogy a megadott termokémiai egyenletek közül melyik felel meg az exoterm folyamatoknak? endoterm folyamatok?
212. Az ammónia szintézisének termokémiai egyenletével számítsa ki, hogy mennyi hő szabadul fel: a) ha 1 mól anyag mennyiségben nitrogént fogyasztunk; b) ammónia képződése 2 mol mennyiségű anyaggal. 1\12 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.
213. A szén égési reakciójának entalpiaváltozása 393,5 kJ/mol. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
214. A metán elégetésekor 1 mol anyagból 890 kJ energia szabadult fel. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
215. A vas(11)-oxidot szén(11)-oxid redukálja vasra. Ez a reakció 1 mól vas keletkezésekor 1318 kJ hő felszabadulásával jár. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
216. Amikor a hidrogén kölcsönhatásba lép a jóddal, hidrogén-jodid képződik 2 mol mennyiségű anyaggal. Ebben az esetben 101,6 kJ energia nyelődött el. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
217. A 211. feladatban szereplő termokémiai egyenletek felhasználásával alkosson termokémiai egyenleteket az alábbi reakciókra: a) higany(II)-oxid képződése egyszerű anyagokból; b) a hidrogén-klorid lebontása; c) glükóz képződése a fotoszintézis során.
218. A szén(I)-oxid égése során 2 mol anyagból 566 kJ energia szabadult fel. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
219. A 197 g tömegű bárium-karbonát lebontásához 272 kJ hő szükséges. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
220. Amikor az 56 g tömegű vas kölcsönhatásba lép a kénnel, 95 kJ hő szabadul fel. Írja fel a reakció termokémiai egyenletét!
221. Hasonlítsa össze a megadott termokémiai egyenleteket, és magyarázza el az entalpiaváltozás különbségeit!
222*. A kloridsav nátrium-hidroxiddal történő semlegesítési reakciójának entalpiájának változása -56,1 kJ/mol, kálium-hidroxiddal - -56,3 kJ/mol. Amikor a nitrátsav lítium-hidroxiddal reagál, az entalpiaváltozás -55,8 kJ/mol. Miért gondolja, hogy ezeknek a reakcióknak a termikus hatásai közel azonosak?
Ez tankönyvi anyag