Skriv den termokjemiske ligningen for reaksjonen mellom CO (g) og hydrogen, 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 l (n.o.) metan. Med dannelsen av 67,2 l 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 endres 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 tilfeldigheten til 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 \u003d 1.38.10-16 erg / deg - Boltzmanns konstant.
Det er åpenbart at entropien til gassen betydelig overstiger væskens entropi. Dette bekreftes av beregningene:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°proc. \u003d 188,72 - 69,94 \u003d 118,78 J / mol * K
- b) Når grafitt går over i diamant, avtar entropien i systemet, fordi antall forskjellige tilstander i systemet reduseres. Dette bekreftes av beregningene:
Graf. > Salm.
S° prosent \u003d 2,44 - 5,69 \u003d -3,25 J / mol * K
Konklusjonen 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 i systemet avtar. Under fasetransformasjoner: når et stoff går fra en fast, flytende fase til et gassformig system, blir systemet mindre ordnet og entropien øker og omvendt.
Videoleksjon 2: Beregninger etter termokjemiske ligninger
Foredrag: Termisk effekt av en kjemisk reaksjon. Termokjemiske ligninger
Termisk effekt av en kjemisk reaksjon
Termokjemi– Dette er en gren av kjemien som studerer termisk, d.v.s. 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 med energien til kjemiske forbindelser. Uten dette har vi ikke krefter til å bevege oss, til å jobbe. Denne energien opprettholder en konstant t 36,6 i kroppen vår.
På tidspunktet for reaksjonene brukes energien til elementene enten på ødeleggelse eller på dannelse av kjemiske bindinger mellom atomer. For å ødelegge bindingen må energi brukes, og for å danne den må den allokeres. Og når energien som frigjøres er større enn energien som brukes, blir den resulterende overskuddsenergien til varme. Dermed:
Frigjøring og absorpsjon av varme under kjemiske reaksjoner kalles den termiske effekten 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 er direkte avhengig av temperatur så vel som trykk.
Termokjemiske ligninger
Den termiske effekten av reaksjonen bestemmes ved hjelp av den termokjemiske ligningen. Hvordan er det annerledes? I denne ligningen, ved siden av symbolet til elementet, er dets aggregeringstilstand (fast, flytende, gassformig) indikert. Dette må gjøres pga varmeeffekten av kjemiske reaksjoner påvirkes av massen til stoffet i aggregeringstilstanden. 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 prosessen med hydrogenforbrenning 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 1 mol vann som dannes. Reaksjonen er eksoterm. Denne reaksjonen har en betydelig termisk effekt.
Under dannelsen av en hvilken som helst forbindelse, vil samme mengde energi frigjøres eller absorberes som absorberes eller frigjøres under forfallet til primære stoffer.
Nesten alle termokjemiske beregninger er basert på termokjemiloven - Hess-loven. Loven ble innført i 1840 av den berømte russiske vitenskapsmannen G. I. Hess.
Grunnleggende lov om termokjemi: termisk effekt av reaksjonen, avhenger av arten og den fysiske tilstanden til de opprinnelige og endelige stoffene, men er ikke avhengig av reaksjonsveien.
Ved å anvende denne loven vil det være mulig å beregne den termiske effekten av det mellomliggende trinnet i reaksjonen, hvis den totale termiske effekten av reaksjonen er kjent, og de termiske effektene av andre mellomtrinn.
Kunnskap om den termiske effekten av reaksjonen er av stor praktisk betydning. For eksempel bruker kostholdseksperter dem når de legger opp riktig kosthold; i kjemisk industri er denne kunnskapen nødvendig ved oppvarming av reaktorer, og til slutt, uten å beregne den termiske effekten, er det umulig å sette en rakett i bane.
| | |
Fra leksjonsmateriellet vil du lære hvilken ligning av en kjemisk reaksjon som kalles termokjemisk. Leksjonen er viet til studiet av beregningsalgoritmen for den termokjemiske ligningen av reaksjoner.
Emne: Stoffer og deres transformasjoner
Leksjon: Beregninger ved hjelp av termokjemiske ligninger
Nesten alle reaksjoner fortsetter 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 konvensjonelle kjemiske ligninger, er aggregeringstilstanden til et stoff (fast, flytende, gassformet) nødvendigvis indikert.
For eksempel ser den termokjemiske ligningen for reaksjonen mellom kalsiumoksid og vann slik ut:
CaO (t) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (t) + 64 kJ
Mengden varme Q som frigjøres eller absorberes under en kjemisk reaksjon er proporsjonal med mengden av stoffet i reaktanten eller produktet. Derfor, ved hjelp av termokjemiske ligninger, kan forskjellige beregninger gjøres.
Tenk på eksempler på problemløsning.
Oppgave 1:Bestem mengden varme som brukes på dekomponering av 3,6 g vann i samsvar med TCA for reaksjonen av vanndekomponering:
Du kan løse dette problemet ved å bruke proporsjonen:
under dekomponeringen av 36 g vann ble 484 kJ absorbert
ved dekomponering av 3,6 g vann absorbert x kJ
Dermed kan ligningen for reaksjonen tegnes opp. Den fullstendige løsningen av problemet er vist i fig.1.
Ris. 1. Formulering av løsningen av oppgave 1
Problemstillingen kan formuleres på en slik måte at du må skrive en termokjemisk reaksjonsligning. La oss vurdere et eksempel på en slik oppgave.
Oppgave 2: Samspillet mellom 7 g jern og svovel frigjorde 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. Formulering av løsningen av oppgave 2
1. Samling av oppgaver og øvelser i kjemi: 8. klasse: til lærebok. P.A. Orzhekovsky og andre. «Kjemi. Karakter 8 / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (s. 80-84)
2. Kjemi: uorganisk. kjemi: lærebok. for 8kl. generell inst. /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Enlightenment, JSC "Moscow textbooks", 2009. (§23)
3. Leksikon for barn. Bind 17. Kjemi / Kapittel. redigert av V.A. Volodin, ledende. vitenskapelig utg. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.
Ytterligere nettressurser
1. Oppgaveløsning: beregninger i henhold til termokjemiske ligninger ().
2. Termokjemiske ligninger ().
Hjemmelekser
1) med. 69 oppgaver №№ 1,2 fra læreboken "Kjemi: inorgan. kjemi: lærebok. for 8kl. generell inst.» /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Education, JSC "Moskva lærebøker", 2009.
2) s.80-84 nr. 241, 245 fra Samling av oppgaver og øvelser i kjemi: 8. klasse: til lærebok. P.A. Orzhekovsky og andre. «Kjemi. Karakter 8 / 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.
På grunnlag av frigjøring eller absorpsjon av varme, skiller de eksotermisk Og endotermisk reaksjoner.
eksotermisk reaksjoner - slike reaksjoner der varme frigjøres (+ Q).
Endotermiske reaksjoner - reaksjoner der varme absorberes (-Q).
Den termiske effekten av reaksjonen (Q) er mengden varme som frigjøres eller absorberes under interaksjonen av en viss mengde initiale reagenser.
En termokjemisk ligning er en ligning der varmeeffekten av en kjemisk reaksjon er indikert. For eksempel er termokjemiske ligninger:
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.
Reaksjonsvarmeberegninger
Et eksempel på et typisk problem for å finne varmeeffekten av en reaksjon:
Når du samhandler 45 g glukose med et overskudd av oksygen i samsvar med ligningen
C 6 H 12 O 6 (fast stoff) + 6O 2 (g) \u003d 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
700 kJ varme ble frigjort. Bestem den termiske effekten av reaksjonen. (Skriv ned tallet til nærmeste heltall.)
Løsning:
Regn ut mengden glukosestoff:
n (C 6 H 12 O 6) \u003d m (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) \u003d 45 g / 180 g / mol \u003d 0,25 mol
De. interaksjonen av 0,25 mol glukose med oksygen frigjør 700 kJ varme. Fra den termokjemiske ligningen presentert i betingelsen, følger det at når 1 mol glukose interagerer med oksygen, dannes en varmemengde lik Q (reaksjonsvarmen). Da er følgende andel sant:
0,25 mol glukose - 700 kJ
1 mol glukose - Q
Fra denne andelen 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 etter termokjemiske ligninger
Mye oftere, i USE-oppdragene i termokjemi, er verdien av den termiske effekten allerede kjent, fordi. den fullstendige termokjemiske ligningen er gitt i betingelsen.
I dette tilfellet er det nødvendig å beregne enten mengden varme som frigjøres / absorberes med en kjent mengde av reaktanten eller produktet, eller omvendt er det nødvendig å bestemme massen, volumet eller mengden av stoffet til enhver person som er involvert i reaksjonen fra den kjente verdien av varme.
Eksempel 1
I samsvar med den termokjemiske reaksjonsligningen
3Fe 3 O 4 (fast) + 8Al (fast) \u003d 9Fe (fast) + 4Al 2 O 3 (fast) + 3330 kJ
dannet 68 g aluminiumoksid. Hvor mye varme frigjøres i dette tilfellet? (Skriv ned tallet til nærmeste heltall.)
Løsning
Beregn mengden av aluminiumoksidstoff:
n (Al 2 O 3) \u003d m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) \u003d 68 g / 102 g / mol \u003d 0,667 mol
I henhold til reaksjonens termokjemiske ligning frigjøres 3330 kJ under dannelsen av 4 mol aluminiumoksid. I vårt tilfelle dannes det 0,6667 mol aluminiumoksid. Angir mengden varme som frigjøres i dette tilfellet, gjennom x kJ vil vi utgjøre andelen:
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. i dannelsen av 68 g aluminiumoksid, i samsvar med den termokjemiske ligningen, frigjøres 555 kJ varme under betingelsen.
Eksempel 2
Som et resultat av reaksjonen, den termokjemiske ligningen som
4FeS 2 (fast) + 11O 2 (g) \u003d 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (fast) + 3310 kJ
1655 kJ varme ble frigjort. Bestem volumet (l) av svoveldioksid som frigjøres (n.o.s.). (Skriv ned tallet til nærmeste heltall.)
Løsning
I samsvar med den termokjemiske reaksjonsligningen frigjør dannelsen av 8 mol SO 2 3310 kJ varme. I vårt tilfelle ble det frigjort 1655 kJ varme. La mengden stoff SO 2 dannet i dette tilfellet være lik x mol. Da er følgende andel gyldig:
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 stoff SO 2 dannet i dette tilfellet 4 mol. Derfor er volumet:
V (SO 2) \u003d V m ∙ n (SO 2) \u003d 22,4 l / mol ∙ 4 mol \u003d 89,6 l ≈ 90 l (rund opp til heltall, fordi dette kreves i tilstanden.)
Mer analyserte problemer på den termiske effekten av en kjemisk reaksjon kan bli funnet.
Konseptet med termokjemiske reaksjonsligninger
Ligningene for 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, er de aggregerte tilstandene til stoffer nødvendigvis indikert (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 de samme stoffene, men i en annen aggregeringstilstand, 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 eksoterm eller endoterm:
Entalpiendringen gitt i en termokjemisk ligning er like mye en del 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 det utføres beregninger for, innledes med en koeffisient på 1. Selvfølgelig kan andre koeffisienter i dette tilfellet vise seg å være brøk, og det er nødvendig å redusere verdien av endringen i entalpi proporsjonalt. Så for reaksjonen av interaksjon av natrium med vann, gitt ovenfor, kan vi skrive den termokjemiske ligningen:
Sammenstilling av termokjemiske reaksjonsligninger Eksempel 1. Når nitrogen reagerer med 1 mol av et stoff med oksygen for å danne nitrogen(II)oksid, absorberes 181,8 kJ energi. Skriv en termokjemisk ligning for reaksjonen.
Løsning. Siden energi absorberes, er AN et positivt tall. Den termokjemiske ligningen vil se slik ut:
Eksempel 2. For reaksjon av hydrogenjodidsyntese fra enkle gassformige stoffer, AH = +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 av stoffene som er produktet av reaksjonen, og hvilken som er reaktanten. Basert på dette konkluderer vi med at i motsatte prosesser er AH like i verdi, men forskjellige i fortegn. Så for hydrogenjodidsyntesereaksjonen:
Siden massen eller volumet av stoffer i praksis måles, er det nødvendig å lage termokjemiske ligninger ved å bruke nettopp disse dataene. Eksempel. Under dannelsen av 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) \u003d m / M \u003d 18 g / 18 g / mol \u003d 1 mol. Og i reaksjonsligningen for dannelse av vann fra enkle stoffer, er formelen for vann innledet med en koeffisient på 2. Derfor, i den termokjemiske ligningen, er det nødvendig å merke seg endringen i entalpi under dannelsen av vann med en mengde av substans 2 mol, dvs. 241,8. 2 = 483,6:
På matvareetiketter er det nødvendigvis gitt informasjon om deres energiverdi, som ofte kalles kaloriinnhold. For de fleste er informasjon om kaloriinnholdet i matvarer tankevekkende: "Hvor mye vil jeg få hvis jeg spiser dette?" Faktisk er tallene 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 de foreldede enhetene for varmemåling - kalorier eller kilokalorier (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), som er der begrepet "kaloriinnhold" kommer fra.
Nøkkelidé
Entalpiendringen er en kvantitativ karakteristikk av den frigjorte eller absorberte varmen under en kjemisk reaksjon.
Oppgaver for å mestre stoffet
210. Hvilke reaksjonsligninger kalles termokjemiske?
211. Bestem hvilke av de gitte termokjemiske ligningene som tilsvarer eksoterme prosesser? endoterme prosesser?
212. I henhold til den termokjemiske ligningen for syntese av ammoniakk, beregne hvor mye varme som frigjøres: a) når nitrogen forbrukes av et stoff på 1 mol; b) dannelsen av ammoniakk ved mengde stoff 2 mol. 1\12 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.
213. Endringen i entalpien til forbrenningsreaksjonen til kull er 393,5 kJ / mol. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
214. Under forbrenning av metan frigjorde stoffmengden 1 mol 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 ved mottak av 1 mol jern. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
216. I samspillet mellom hydrogen og jod ble det dannet hydrogenjodid i stoffmengden 2 mol. I dette tilfellet ble 101,6 kJ energi absorbert. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
217. I henhold til de termokjemiske ligningene i oppgave 211, utgjør de termokjemiske ligningene 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 ble det frigjort 566 kJ energi i mengden av et stoff på 2 mol. Skriv en termokjemisk ligning for reaksjonen.
219. Dekomponeringen av bariumkarbonat som veier 197 g bruker 272 kJ varme. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
220. Under samspillet mellom jern som veier 56 g og svovel, ble det frigjort 95 kJ varme. Skriv en termokjemisk ligning for denne reaksjonen.
221. Sammenlign de gitte termokjemiske ligningene og forklar forskjellene i entalpiendringen:
222*. Endringen i entalpien til reaksjonen av nøytralisering av perklorsyre med natriumhydroksid er -56,1 kJ / mol, og med kaliumhydroksid - -56,3 kJ / mol. I reaksjonen av nitratsyre med litiumhydroksid er entalpiendringen -55,8 kJ/mol. Hvorfor tror du de termiske effektene av disse reaksjonene nesten er sammenfallende?
Dette er lærebokmateriale.