Skriv den termokjemiske ligningen for reaksjonen mellom CO (g) og hydrogen, noe som resulterer i dannelsen av CH4 (g) og H2O (g). Hvor mye varme vil frigjøres under denne reaksjonen hvis det ble oppnådd 67,2 liter metan i form av normale forhold
Svar: 618,48 kJ
La oss skrive reaksjonsligningen:
CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)
La oss beregne endringen i entalpien til denne reaksjonen:
Dermed blir ligningen:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Denne ligningen er gyldig for dannelsen av 1 mol eller 22,4 liter (n.s.) metan. Når det dannes 67,2 liter eller 3 mol metan, har ligningen formen:
- 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3 H 2 O (g) + 618,48 kJ
- 3.Entropi avtar eller øker under overganger: a) vann til damp; b) grafitt til diamant? Hvorfor? Beregn ?S°298 for hver transformasjon. Trekk en konklusjon om den kvantitative endringen i entropi under fase- og allotropiske transformasjoner
Svar: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Når vann omdannes til damp, øker entropien i systemet.
I 1911 foreslo Max Planck følgende postulat: entropien til en riktig dannet krystall av et rent stoff ved absolutt null er null. Dette postulatet kan forklares med statistisk termodynamikk, ifølge hvilken entropi er et mål på uorden i et system på mikronivå:
hvor W er antallet forskjellige tilstander av systemet som er tilgjengelige for det under gitte forhold, eller den termodynamiske sannsynligheten for makrotilstanden til systemet; R = 1.38.10-16 erg/grad - Boltzmann konstant.
Det er åpenbart at entropien til gassen betydelig overstiger væskens entropi. Dette bekreftes av beregninger:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
- b) Når grafitt forvandles til diamant, avtar systemets entropi, pga antall forskjellige tilstander i systemet reduseres. Dette bekreftes av beregninger:
Cgraph. > Salm.
S°prot. = 2,44 - 5,69 = -3,25 J/mol*K
Konklusjon om den kvantitative endringen i entropi under fase- og allotropiske transformasjoner, siden entropi karakteriserer forstyrrelsen i systemet, deretter under allotropiske transformasjoner, hvis systemet blir mer ordnet (i dette tilfellet er diamant hardere og sterkere enn grafitt), så entropien av systemet synker. Under fasetransformasjoner: når et stoff går fra en fast, flytende fase til en gassfase, blir systemet mindre ordnet og entropien øker og omvendt.
Videoopplæring 2: Beregninger ved hjelp av termokjemiske ligninger
Foredrag: Termisk effekt av en kjemisk reaksjon. Termokjemiske ligninger
Termisk effekt av en kjemisk reaksjon
Termokjemi er en gren av kjemi som studerer termisk, dvs. termiske effekter av reaksjoner.
Som du vet, har hvert kjemisk element n-mengde energi. Vi møter dette hver dag, fordi... Hvert måltid lagrer kroppen vår energi fra kjemiske forbindelser. Uten dette har vi ikke krefter til å flytte eller jobbe. Denne energien opprettholder en konstant t på 36,6 i kroppen vår.
På tidspunktet for reaksjoner brukes energien til elementene enten på ødeleggelse eller på dannelse av kjemiske bindinger mellom atomer. Energi må brukes for å bryte en binding og frigjøres for å danne den. Og når energien som frigjøres er større enn energien som brukes, blir den resulterende overskuddsenergien til varme. Slik:
Frigjøring og absorpsjon av varme under kjemiske reaksjoner kalles termisk effekt av reaksjonen, og er betegnet med bokstavene Q.
Eksoterme reaksjoner– i prosessen med slike reaksjoner frigjøres varme, og den overføres til miljøet.
Denne typen reaksjon har en positiv termisk effekt +Q. Som et eksempel, ta forbrenningsreaksjonen av metan:
Endoterme reaksjoner– i prosessen med slike reaksjoner absorberes varme.
Denne typen reaksjon har en negativ termisk effekt -Q. Tenk for eksempel på reaksjonen av kull og vann ved høy t:
Den termiske effekten av en reaksjon avhenger direkte av temperatur så vel som trykk.
Termokjemiske ligninger
Den termiske effekten av en reaksjon bestemmes ved hjelp av den termokjemiske ligningen. Hvordan er det annerledes? I denne ligningen, ved siden av symbolet til et element, er dets aggregeringstilstand (fast, flytende, gassformig) indikert. Dette må gjøres pga Den termiske effekten av kjemiske reaksjoner påvirkes av massen til stoffet i aggregert tilstand. På slutten av ligningen, etter =-tegnet, er den numeriske verdien av termiske effekter i J eller kJ indikert.
Som et eksempel presenteres en reaksjonsligning som viser forbrenning av hydrogen i oksygen: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.
Ligningen viser at det frigjøres 286 kJ varme per 1 mol oksygen og per 1 mol dannet vann. Reaksjonen er eksoterm. Denne reaksjonen har en betydelig termisk effekt.
Når en forbindelse dannes, vil samme mengde energi frigjøres eller absorberes som absorberes eller frigjøres under nedbrytningen til primære stoffer.
Nesten alle termokjemiske beregninger er basert på termokjemiloven - Hess' lov. Loven ble utledet i 1840 av den berømte russiske vitenskapsmannen G. I. Hess.
Grunnleggende lov om termokjemi: den termiske effekten av en reaksjon avhenger av arten og den fysiske tilstanden til utgangs- og sluttstoffene, men er ikke avhengig av reaksjonsveien.
Ved å anvende denne loven vil det være mulig å beregne den termiske effekten av et mellomtrinn av en reaksjon dersom den totale termiske effekten av reaksjonen og de termiske effektene av andre mellomtrinn er kjent.
Kunnskap om den termiske effekten av en reaksjon er av stor praktisk betydning. For eksempel bruker ernæringsfysiologer dem når de tilbereder et riktig kosthold; i den kjemiske industrien er denne kunnskapen nødvendig ved oppvarming av reaktorer, og til slutt, uten å beregne den termiske effekten er det umulig å sende en rakett i bane.
| | |
Fra leksjonsmateriellet vil du lære hvilken kjemisk reaksjonsligning som kalles termokjemisk. Leksjonen er viet til å studere beregningsalgoritmen for den termokjemiske reaksjonsligningen.
Emne: Stoffer og deres transformasjoner
Leksjon: Beregninger ved hjelp av termokjemiske ligninger
Nesten alle reaksjoner skjer med frigjøring eller absorpsjon av varme. Mengden varme som frigjøres eller absorberes under en reaksjon kalles termisk effekt av en kjemisk reaksjon.
Hvis den termiske effekten er skrevet i ligningen for en kjemisk reaksjon, kalles en slik ligning termokjemisk.
I termokjemiske ligninger, i motsetning til vanlige kjemiske, må den aggregerte tilstanden til stoffet (fast, flytende, gassformig) angis.
For eksempel ser den termokjemiske ligningen for reaksjonen mellom kalsiumoksid og vann slik ut:
CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ
Mengden varme Q som frigjøres eller absorberes under en kjemisk reaksjon er proporsjonal med mengden stoff i reaktanten eller produktet. Derfor, ved hjelp av termokjemiske ligninger, kan forskjellige beregninger gjøres.
La oss se på eksempler på problemløsning.
Oppgave 1:Bestem mengden varme som brukes på dekomponering av 3,6 g vann i samsvar med TCA for vannspaltningsreaksjonen:
Du kan løse dette problemet ved å bruke proporsjonen:
under dekomponeringen av 36 g vann ble 484 kJ absorbert
under dekomponering ble 3,6 g vann absorbert x kJ
På denne måten kan en likning for reaksjonen skrives. Den fullstendige løsningen på problemet er vist i fig. 1.
Ris. 1. Formulering av løsningen på oppgave 1
Problemstillingen kan formuleres på en slik måte at du må lage en termokjemisk ligning for reaksjonen. La oss se på et eksempel på en slik oppgave.
Oppgave 2: Når 7 g jern interagerer med svovel, frigjøres 12,15 kJ varme. Basert på disse dataene, lag en termokjemisk ligning for reaksjonen.
Jeg henleder oppmerksomheten på det faktum at svaret på dette problemet er selve termokjemiske reaksjonsligningen.
Ris. 2. Formalisering av løsningen på problem 2
1. Oppgavesamling og øvelser i kjemi: 8. klasse: for lærebøker. P.A. Orzhekovsky og andre "Kjemi. 8. klasse» / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (s.80-84)
2. Kjemi: uorganisk. kjemi: lærebok. for 8. klasse generell utdanning etablering /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Education, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009. (§23)
3. Leksikon for barn. Bind 17. Kjemi / Kapittel. ed.V.A. Volodin, Ved. vitenskapelig utg. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.
Ytterligere nettressurser
1. Løse problemer: beregninger ved hjelp av termokjemiske ligninger ().
2. Termokjemiske ligninger ().
Lekser
1) s. 69 oppg. nr. 1,2 fra læreboken "Kjemi: uorganisk." kjemi: lærebok. for 8. klasse generell utdanning institusjon." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Education, OJSC "Moscow Textbooks", 2009.
2) s. 80-84 nr. 241, 245 fra Samling av oppgaver og øvelser i kjemi: 8. klasse: for lærebøker. P.A. Orzhekovsky og andre "Kjemi. 8. klasse» / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.
Enhver kjemisk reaksjon er ledsaget av frigjøring eller absorpsjon av energi i form av varme.
Basert på frigjøring eller absorpsjon av varme, skiller de seg eksotermisk Og endotermisk reaksjoner.
Eksotermisk reaksjoner er reaksjoner der varme frigjøres (+Q).
Endoterme reaksjoner er reaksjoner der varme absorberes (-Q).
Termisk effekt av reaksjon (Q) er mengden varme som frigjøres eller absorberes under interaksjonen av en viss mengde initiale reagenser.
En termokjemisk ligning er en ligning som spesifiserer den termiske effekten av en kjemisk reaksjon. Så for eksempel er de termokjemiske ligningene:
Det bør også bemerkes at termokjemiske ligninger nødvendigvis må inkludere informasjon om de aggregerte tilstandene til reaktanter og produkter, siden verdien av den termiske effekten avhenger av dette.
Beregninger av reaksjonens termiske effekt
Et eksempel på et typisk problem for å finne den termiske effekten av en reaksjon:
Når 45 g glukose reagerer med overflødig oksygen i henhold til ligningen
C 6 H 12 O 6 (fast stoff) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
700 kJ varme ble frigjort. Bestem den termiske effekten av reaksjonen. (Skriv tallet til nærmeste hele tall.)
Løsning:
La oss beregne mengden glukose:
n(C 6 H 12 O 6) = m(C 6 H 12 O 6) / M(C 6 H 12 O 6) = 45 g / 180 g/mol = 0,25 mol
De. Når 0,25 mol glukose interagerer med oksygen, frigjøres 700 kJ varme. Fra den termokjemiske ligningen presentert i betingelsen, følger det at interaksjonen av 1 mol glukose med oksygen produserer en varmemengde lik Q (termisk effekt av reaksjonen). Da er følgende andel riktig:
0,25 mol glukose - 700 kJ
1 mol glukose - Q
Fra denne proporsjonen følger den tilsvarende ligningen:
0,25 / 1 = 700 / Q
Når vi løser hvilken, finner vi at:
Dermed er den termiske effekten av reaksjonen 2800 kJ.
Beregninger ved hjelp av termokjemiske ligninger
Mye oftere i BRUK-oppgaver i termokjemi er verdien av den termiske effekten allerede kjent, fordi betingelsen gir den fullstendige termokjemiske ligningen.
I dette tilfellet er det nødvendig å beregne enten mengden varme som frigjøres/absorberes med en kjent mengde av et reagens eller produkt, eller omvendt, fra en kjent varmeverdi er det nødvendig å bestemme massen, volumet eller mengden av en substansen til enhver deltaker i reaksjonen.
Eksempel 1
I henhold til den termokjemiske reaksjonsligningen
3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ
Det ble dannet 68 g aluminiumoksyd. Hvor mye varme ble frigjort? (Skriv tallet til nærmeste hele tall.)
Løsning
La oss beregne mengden av aluminiumoksidstoff:
n(Al 2 O 3) = m(Al 2 O 3) / M(Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol
I samsvar med den termokjemiske ligningen for reaksjonen, når 4 mol aluminiumoksyd dannes, frigjøres 3330 kJ. I vårt tilfelle dannes det 0,6667 mol aluminiumoksid. Etter å ha angitt mengden varme som frigjøres i dette tilfellet med x kJ, lager vi proporsjonen:
4 mol Al203 - 3330 kJ
0,667 mol Al203 - x kJ
Denne andelen tilsvarer ligningen:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Løser vi hvilken, finner vi at x = 555 kJ
De. når det dannes 68 g aluminiumoksid i henhold til den termokjemiske ligningen i tilstanden, frigjøres 555 kJ varme.
Eksempel 2
Som et resultat av en reaksjon, den termokjemiske ligningen som
4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ
1655 kJ varme ble frigjort. Bestem volumet (l) av svoveldioksid som frigjøres (nr.). (Skriv tallet til nærmeste hele tall.)
Løsning
I samsvar med den termokjemiske ligningen for reaksjonen, når 8 mol SO 2 dannes, frigjøres 3310 kJ varme. I vårt tilfelle ble det frigjort 1655 kJ varme. La mengden SO 2 som dannes i dette tilfellet være x mol. Da er følgende andel rimelig:
8 mol SO 2 - 3310 kJ
x mol SO 2 - 1655 kJ
Herfra følger ligningen:
8 / x = 3310 / 1655
Når vi løser hvilken, finner vi at:
Dermed er mengden SO 2 -stoff som dannes i dette tilfellet 4 mol. Derfor er volumet lik:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l (avrundet til hele tall, siden dette kreves i betingelsen.)
Mer analyserte problemer på den termiske effekten av en kjemisk reaksjon kan bli funnet.
Konseptet med termokjemiske reaksjonsligninger
Likninger av kjemiske reaksjoner der den termiske effekten er indikert kalles termokjemiske ligninger. Den termiske effekten er gitt som verdien av endringen i entalpien til reaksjonen AN. I termokjemiske ligninger, i motsetning til vanlige kjemiske ligninger, må de aggregerte tilstandene til stoffer angis (flytende "flytende", fast "fast" eller gassformig "g"). Dette skyldes det faktum at det samme stoffet i forskjellige aggregeringstilstander har ulik entalpi. Derfor er en kjemisk reaksjon som involverer identiske stoffer, men i forskjellige aggregeringstilstander, preget av en annen termisk effekt.
Den termiske effekten av en reaksjon i termokjemiske ligninger er betegnet på to måter:
1) angi kun tegnet AN - hvis du bare trenger å merke deg om reaksjonen er ekso- eller endoterm:
Entalpiendringen gitt i den termokjemiske ligningen er den samme delen av den kjemiske ligningen som formlene til stoffer, og adlyder derfor de samme sammenhengene. For eksempel, for etanforbrenningsligningen:
For andre mengder reaktanter eller produkter vil varmemengden endres proporsjonalt.
Ofte, for å lette bruken av termokjemiske ligninger, reduseres koeffisientene i dem slik at formlene til stoffene som brukes til beregninger, innledes med en koeffisient på 1. Selvfølgelig, i dette tilfellet, kan andre koeffisienter vise seg å være brøkdeler, og det er nødvendig å redusere verdien av endringen i entalpi proporsjonalt. Således, for reaksjonen av natrium med vann gitt ovenfor, kan vi skrive den termokjemiske ligningen:
Tegne opp termokjemiske reaksjonsligninger Eksempel 1. Når nitrogen reagerer med 1 mol av et stoff med oksygen for å danne nitrogen(N)oksid, absorberes 181,8 kJ energi. Skriv en termokjemisk ligning for reaksjonen.
Løsning. Siden energi absorberes, er AH et positivt tall. Den termokjemiske ligningen vil se slik ut:
Eksempel 2. For syntesereaksjonen av hydrogenjodid fra enkle gassformige stoffer AN = +52 kJ/mol. Skriv en termokjemisk ligning for dekomponering av hydrogenjodid til enkle stoffer.
Løsning. Reaksjonene ved syntese av hydrogenjodid og dens nedbrytning er motsatte reaksjoner. Ved å analysere figur 18.4 kan vi konkludere med at i dette tilfellet er stoffene, og derfor deres entalpier, de samme. Den eneste forskjellen er hvilket stoff som er produktet av reaksjonen og hvilken som er reaktanten. Basert på dette konkluderer vi med at i motsatte prosesser er AN-ene identiske i verdi, men forskjellige i fortegn. Så for syntesereaksjonen av hydrogenjodid:
Siden massen eller volumet av stoffer i praksis måles, er det behov for å komponere termokjemiske ligninger ved å bruke nettopp disse dataene. Eksempel. Da det ble dannet flytende vann som veide 18 g, ble det frigjort 241,8 kJ varme fra enkle stoffer. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen. Løsning. Vann som veier 18 g tilsvarer mengden stoff n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. Og i ligningen for reaksjonen av dannelsen av vann fra enkle stoffer, er formelen for vann innledet med en koeffisient på 2. Dette betyr at i den termokjemiske ligningen er det nødvendig å merke seg endringen i entalpi når vann dannes med en stoffmengde på 2 mol, dvs. 241,8. 2 = 483,6:
Matetiketter skal inneholde data om energiverdien, som ofte kalles kaloriinnhold. For de fleste får informasjon om kaloriinnholdet i matvarer dem til å tenke: "Hvor mye vekt vil jeg gå opp hvis jeg spiser dette?" Faktisk er tallene som er angitt på etiketten den termiske effekten av reaksjonen av fullstendig forbrenning av 100 g av dette produktet til karbondioksid og vann. Denne termiske effekten er ofte gitt i utdaterte enheter for varmemåling - kalorier eller kilokalorier (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), som er der begrepet "kalori" kommer fra.
Nøkkelidé
Entalpiforandring er en kvantitativ karakteristikk av varmen som frigjøres eller absorberes under en kjemisk reaksjon.
Oppdrag for å mestre stoffet
210. Hvilke reaksjonsligninger kalles termokjemiske?
211. Bestem hvilke av de gitte termokjemiske ligningene som tilsvarer eksoterme prosesser? endoterme prosesser?
212. Bruk den termokjemiske ligningen for syntesen av ammoniakk, beregne hvor mye varme som frigjøres: a) når nitrogen forbrukes i en mengde på 1 mol stoff; b) dannelse av ammoniakk med en stoffmengde på 2 mol. 1\12 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.
213. Entalpiendringen til forbrenningsreaksjonen til kull er 393,5 kJ/mol. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
214. Da metan ble brent frigjorde 1 mol av stoffet 890 kJ energi. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
215. Ferrum(11)oksid reduseres med karbon(11)oksid til jern. Denne reaksjonen er ledsaget av frigjøring av 1318 kJ varme når 1 mol jern produseres. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
216. Når hydrogen interagerer med jod, dannes det hydrogenjodid med en mengde stoff på 2 mol. I dette tilfellet ble 101,6 kJ energi absorbert. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
217. Bruk de termokjemiske ligningene i oppgave 211, lag termokjemiske ligninger for reaksjonene: a) dannelsen av kvikksølv(II)oksid fra enkle stoffer; b) dekomponering av hydrogenklorid; c) dannelse av glukose under fotosyntese.
218. Under forbrenningen av karbon(I)oksid frigjorde 2 mol av et stoff 566 kJ energi. Skriv en termokjemisk ligning for reaksjonen.
219. Dekomponeringen av bariumkarbonat som veier 197 g krever 272 kJ varme. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
220. Når jern som veier 56 g interagerer med svovel, frigjøres 95 kJ varme. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
221. Sammenlign de termokjemiske ligningene gitt og forklar forskjellene i entalpiendringen:
222*. Endringen i entalpien til reaksjonen av nøytralisering av kloridsyre med natriumhydroksid er -56,1 kJ/mol, og med kaliumhydroksid - -56,3 kJ/mol. Når nitratsyre reagerer med litiumhydroksid er entalpiendringen -55,8 kJ/mol. Hvorfor tror du de termiske effektene av disse reaksjonene er nesten de samme?
Dette er lærebokmateriale