Shkruani ekuacionin termokimik për reaksionin midis CO (g) dhe hidrogjenit, që rezulton në formimin e CH4 (g) dhe H2O (g). Sa nxehtësi do të lirohet gjatë këtij reaksioni nëse do të përftoheshin 67.2 litra metan në kushte normale
Përgjigje: 618.48 kJ
Le të shkruajmë ekuacionin e reaksionit:
CO (g) + 3H 2 (g) > CH 4 (g) + H 2 O (g)
Le të llogarisim ndryshimin në entalpinë e këtij reaksioni:
Kështu, ekuacioni bëhet:
CO(g) + 3H2(g) > CH4(g) + H2O(g) + 206,16 kJ
Ky ekuacion vlen për formimin e 1 mol ose 22,4 litra (n.s.) metan. Kur formohen 67.2 litra ose 3 mol metan, ekuacioni merr formën:
- 3CO (g) + 9H 2 (g) > 3CH 4 (g) + 3H 2 O (g) + 618,48 kJ
- 3.Entropia zvogëlohet ose rritet gjatë kalimeve: a) uji në avull; b) grafiti në diamant? Pse? Llogaritni ?S°298 për çdo transformim. Nxirrni një përfundim për ndryshimin sasior të entropisë gjatë transformimeve fazore dhe alotropike
Përgjigje: a) 118,78 J/(mol K); b) - 3,25 J/(mol K)
a) Kur uji shndërrohet në avull, entropia e sistemit rritet.
Në 1911, Max Planck propozoi postulatin e mëposhtëm: entropia e një kristali të formuar siç duhet të një substance të pastër në zero absolute është zero. Ky postulat mund të shpjegohet me termodinamikën statistikore, sipas së cilës entropia është një masë e çrregullimit të një sistemi në nivel mikro:
ku W është numri i gjendjeve të ndryshme të sistemit të disponueshëm për të në kushte të caktuara, ose probabiliteti termodinamik i makrostatës së sistemit; R = 1.38.10-16 erg/deg - konstante Boltzmann.
Është e qartë se entropia e gazit e tejkalon ndjeshëm entropinë e lëngut. Kjo konfirmohet nga llogaritjet:
H2O(l)< H2O(г)
- ?S°prot. = 188,72 - 69,94 = 118,78 J/mol*K
- b) Kur grafiti shndërrohet në diamant, entropia e sistemit zvogëlohet, sepse numri i gjendjeve të ndryshme të sistemit zvogëlohet. Kjo konfirmohet nga llogaritjet:
Cgraf. > Salm.
S°prot. = 2,44 - 5,69 = -3,25 J/mol*K
Konkluzioni për ndryshimin sasior të entropisë gjatë transformimeve fazore dhe alotropike, pasi entropia karakterizon çrregullimin e sistemit, pastaj gjatë transformimeve alotropike, nëse sistemi bëhet më i rregulluar (në këtë rast, diamanti është më i fortë dhe më i fortë se grafiti), atëherë entropia i sistemit zvogëlohet. Gjatë transformimeve fazore: kur një substancë kalon nga një fazë e ngurtë dhe e lëngshme në një fazë të gaztë, sistemi bëhet më pak i renditur dhe entropia rritet dhe anasjelltas.
Video tutorial 2: Llogaritjet duke përdorur ekuacionet termokimike
Ligjërata: Efekti termik i një reaksioni kimik. Ekuacionet termokimike
Efekti termik i një reaksioni kimik
Termokimiaështë një degë e kimisë që studion termike, d.m.th. efektet termike të reaksioneve.
Siç e dini, çdo element kimik ka n-sasi energjie. Këtë e përballojmë çdo ditë, sepse... Çdo vakt trupi ynë ruan energji nga komponimet kimike. Pa këtë, ne nuk do të kemi forcë për të lëvizur apo punuar. Kjo energji ruan një t konstante prej 36.6 në trupin tonë.
Në kohën e reaksioneve, energjia e elementeve shpenzohet ose në shkatërrim ose në formimin e lidhjeve kimike midis atomeve. Energjia duhet të shpenzohet për të thyer një lidhje dhe të lirohet për ta formuar atë. Dhe kur energjia e çliruar është më e madhe se energjia e shpenzuar, energjia e tepërt që rezulton kthehet në nxehtësi. Kështu:
Lëshimi dhe thithja e nxehtësisë gjatë reaksioneve kimike quhet efekti termik i reaksionit, dhe përcaktohet me shkronjat Q.
Reaksionet ekzotermike– në procesin e reaksioneve të tilla, nxehtësia lirohet dhe ajo transferohet në mjedis.
Ky lloj reaksioni ka një efekt termik pozitiv +Q. Si shembull, le të marrim reagimin e djegies së metanit:
Reaksionet endotermike- në procesin e reaksioneve të tilla, nxehtësia absorbohet.
Ky lloj reaksioni ka një efekt termik negativ -Q. Për shembull, merrni parasysh reagimin e qymyrit dhe ujit në t lartë:
Efekti termik i një reaksioni varet drejtpërdrejt nga temperatura dhe presioni.
Ekuacionet termokimike
Efekti termik i një reaksioni përcaktohet duke përdorur ekuacionin termokimik. Si është ndryshe? Në këtë ekuacion, pranë simbolit të një elementi, tregohet gjendja e tij e grumbullimit (të ngurtë, të lëngët, të gaztë). Kjo duhet bërë sepse Efekti termik i reaksioneve kimike ndikohet nga masa e substancës në gjendje agregate. Në fund të ekuacionit, pas shenjës =, tregohet vlera numerike e efekteve termike në J ose kJ.
Si shembull, është paraqitur një ekuacion reaksioni që tregon djegien e hidrogjenit në oksigjen: H 2 (g) + ½O 2 (g) → H 2 O (l) + 286 kJ.
Ekuacioni tregon se 286 kJ nxehtësi lirohet për 1 mol oksigjen dhe 1 mol ujë të formuar. Reagimi është ekzotermik. Ky reagim ka një efekt të rëndësishëm termik.
Kur formohet ndonjë përbërës, do të çlirohet ose absorbohet e njëjta sasi energjie siç përthithet ose çlirohet gjatë dekompozimit të tij në substanca primare.
Pothuajse të gjitha llogaritjet termokimike bazohen në ligjin e termokimisë - ligjin e Hess. Ligji u nxor në 1840 nga shkencëtari i famshëm rus G. I. Hess.
Ligji themelor i termokimisë: Efekti termik i një reaksioni varet nga natyra dhe gjendja fizike e substancave fillestare dhe përfundimtare, por nuk varet nga rruga e reaksionit.
Duke zbatuar këtë ligj, do të jetë e mundur të llogaritet efekti termik i një faze të ndërmjetme të një reaksioni nëse dihet efekti i përgjithshëm termik i reaksionit dhe efektet termike të fazave të tjera të ndërmjetme.
Njohja e efektit termik të një reaksioni ka një rëndësi të madhe praktike. Për shembull, nutricionistët i përdorin ato kur përgatisin një dietë të duhur; në industrinë kimike, kjo njohuri është e nevojshme gjatë ngrohjes së reaktorëve dhe, së fundi, pa llogaritur efektin termik është e pamundur të lëshohet një raketë në orbitë.
| | |
Nga materialet e mësimit do të mësoni se cili ekuacion i reaksionit kimik quhet termokimik. Mësimi i kushtohet studimit të algoritmit të llogaritjes për ekuacionin e reaksionit termokimik.
Tema: Substancat dhe shndërrimet e tyre
Mësimi: Llogaritjet duke përdorur ekuacionet termokimike
Pothuajse të gjitha reagimet ndodhin me çlirimin ose thithjen e nxehtësisë. Sasia e nxehtësisë që lirohet ose absorbohet gjatë një reaksioni quhet efekti termik i një reaksioni kimik.
Nëse efekti termik shkruhet në ekuacionin e një reaksioni kimik, atëherë një ekuacion i tillë quhet termokimike.
Në ekuacionet termokimike, ndryshe nga ato kimike të zakonshme, duhet të tregohet gjendja agregate e substancës (e ngurtë, e lëngët, e gaztë).
Për shembull, ekuacioni termokimik për reagimin midis oksidit të kalciumit dhe ujit duket si ky:
CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 kJ
Sasia e nxehtësisë Q e çliruar ose e absorbuar gjatë një reaksioni kimik është në përpjesëtim me sasinë e substancës së reaktantit ose produktit. Prandaj, duke përdorur ekuacionet termokimike, mund të bëhen llogaritje të ndryshme.
Le të shohim shembuj të zgjidhjes së problemeve.
Detyra 1:Përcaktoni sasinë e nxehtësisë së shpenzuar për dekompozimin e 3.6 g ujë në përputhje me TCA të reaksionit të dekompozimit të ujit:
Ju mund ta zgjidhni këtë problem duke përdorur proporcionin:
gjatë zbërthimit të 36 g ujë janë përthithur 484 kJ
gjatë zbërthimit u thithën 3,6 g ujë x kJ
Në këtë mënyrë, mund të shkruhet një ekuacion për reaksionin. Zgjidhja e plotë e problemit është paraqitur në figurën 1.
Oriz. 1. Formulimi i zgjidhjes së problemit 1
Problemi mund të formulohet në atë mënyrë që do t'ju duhet të krijoni një ekuacion termokimik për reaksionin. Le të shohim një shembull të një detyre të tillë.
Problemi 2: Kur 7 g hekur ndërvepron me squfurin, lirohet 12,15 kJ nxehtësi. Bazuar në këto të dhëna, krijoni një ekuacion termokimik për reaksionin.
Unë tërheq vëmendjen tuaj për faktin se përgjigja për këtë problem është vetë ekuacioni i reaksionit termokimik.
Oriz. 2. Formalizimi i zgjidhjes së problemit 2
1. Përmbledhje problemash dhe ushtrimesh në kimi: klasa e 8-të: për tekstet shkollore. P.A. Orzhekovsky dhe të tjerët "Kimi. Klasa e 8-të” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegeli. - M.: AST: Astrel, 2006. (f.80-84)
2. Kimia: inorganike. kimia: tekst shkollor. për klasën e 8-të arsimi i përgjithshëm themelimi /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Arsimi, OJSC "Tekstet e Moskës", 2009. (§23)
3. Enciklopedi për fëmijë. Vëllimi 17. Kimia / Kapitulli. ed.V.A. Volodin, Ved. shkencore ed. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.
Burime shtesë të internetit
1. Zgjidhja e problemave: llogaritjet duke përdorur ekuacionet termokimike ().
2. Ekuacionet termokimike ().
Detyrë shtëpie
1) fq. 69 problema nr.1,2 nga libri shkollor "Kimia: inorganike". kimia: tekst shkollor. për klasën e 8-të arsimi i përgjithshëm institucioni." /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Arsimi, OJSC "Tekstet e Moskës", 2009.
2) fq 80-84 nr 241, 245 nga Përmbledhja e problemave dhe ushtrimeve në kimi: klasa e 8-të: për tekstet shkollore. P.A. Orzhekovsky dhe të tjerët "Kimi. Klasa e 8-të” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegeli. - M.: AST: Astrel, 2006.
Çdo reaksion kimik shoqërohet me çlirimin ose thithjen e energjisë në formën e nxehtësisë.
Në bazë të çlirimit apo thithjes së nxehtësisë dallojnë ekzotermike Dhe endotermike reagimet.
Ekzotermike reaksionet janë reaksione gjatë të cilave lirohet nxehtësia (+Q).
Reaksionet endotermike janë reaksione gjatë të cilave nxehtësia absorbohet (-Q).
Efekti termik i reaksionit (P) është sasia e nxehtësisë që lirohet ose absorbohet gjatë bashkëveprimit të një sasie të caktuar reagentësh fillestarë.
Një ekuacion termokimik është një ekuacion që specifikon efektin termik të një reaksioni kimik. Pra, për shembull, ekuacionet termokimike janë:
Duhet gjithashtu të theksohet se ekuacionet termokimike duhet të përfshijnë domosdoshmërisht informacion në lidhje me gjendjet agregate të reagentëve dhe produkteve, pasi vlera e efektit termik varet nga kjo.
Llogaritjet e efektit termik të reaksionit
Një shembull i një problemi tipik për të gjetur efektin termik të një reaksioni:
Kur 45 g glukozë reagon me oksigjenin e tepërt sipas ekuacionit
C 6 H 12 O 6 (i ngurtë) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q
U lëshuan 700 kJ nxehtësi. Përcaktoni efektin termik të reaksionit. (Shkruani numrin me numrin e plotë më të afërt.)
Zgjidhja:
Le të llogarisim sasinë e glukozës:
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
Ato. Kur 0,25 mol glukozë ndërvepron me oksigjenin, lirohet 700 kJ nxehtësi. Nga ekuacioni termokimik i paraqitur në kusht, rezulton se nga bashkëveprimi i 1 mol glukozë me oksigjenin prodhohet një sasi nxehtësie e barabartë me Q (efekti termik i reaksionit). Atëherë proporcioni i mëposhtëm është i saktë:
0,25 mol glukozë - 700 kJ
1 mol glukozë - Q
Nga ky raport del ekuacioni përkatës:
0,25 / 1 = 700 / Q
Duke zgjidhur atë, gjejmë se:
Kështu, efekti termik i reaksionit është 2800 kJ.
Llogaritjet duke përdorur ekuacionet termokimike
Shumë më shpesh në detyrat USE në termokimi, vlera e efektit termik tashmë dihet, sepse kushti jep ekuacionin e plotë termokimik.
Në këtë rast, është e nevojshme të llogaritet ose sasia e nxehtësisë së çliruar/absorbuar me një sasi të njohur të një reagjenti ose produkti, ose, anasjelltas, nga një vlerë e njohur e nxehtësisë është e nevojshme të përcaktohet masa, vëllimi ose sasia e një substanca e çdo pjesëmarrësi në reaksion.
Shembulli 1
Sipas ekuacionit të reaksionit termokimik
3Fe 3 O 4 (tv.) + 8Al (tv.) = 9Fe (tv.) + 4Al 2 O 3 (tv.) + 3330 kJ
U formuan 68 g oksid alumini. Sa nxehtësi u lirua? (Shkruani numrin me numrin e plotë më të afërt.)
Zgjidhje
Le të llogarisim sasinë e substancës së oksidit të aluminit:
n(Al 2 O 3) = m (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) = 68 g / 102 g/mol = 0,667 mol
Në përputhje me ekuacionin termokimik të reaksionit, kur formohen 4 mol oksid alumini, lirohen 3330 kJ. Në rastin tonë, formohet 0,6667 mol oksid alumini. Pasi kemi shënuar sasinë e nxehtësisë së lëshuar në këtë rast me x kJ, krijojmë proporcionin:
4 mol Al 2 O 3 - 3330 kJ
0,667 mol Al 2 O 3 - x kJ
Ky proporcion korrespondon me ekuacionin:
4 / 0,6667 = 3330 / x
Duke zgjidhur atë, gjejmë se x = 555 kJ
Ato. kur formohet 68 g oksid alumini në përputhje me ekuacionin termokimik në gjendje, lirohet 555 kJ nxehtësi.
Shembulli 2
Si rezultat i një reaksioni, ekuacioni termokimik i të cilit
4FeS 2 (tv.) + 11O 2 (g) = 8SO 2 (g) + 2Fe 2 O 3 (tv.) + 3310 kJ
U lëshua 1655 kJ nxehtësi. Përcaktoni vëllimin (l) të dioksidit të squfurit të çliruar (nr.). (Shkruani numrin me numrin e plotë më të afërt.)
Zgjidhje
Në përputhje me ekuacionin termokimik të reaksionit, kur formohen 8 mol SO 2, lirohet 3310 kJ nxehtësi. Në rastin tonë, u lëshuan 1655 kJ nxehtësi. Le të jetë sasia e SO 2 e formuar në këtë rast x mol. Atëherë proporcioni i mëposhtëm është i drejtë:
8 mol SO 2 - 3310 kJ
x mol SO 2 - 1655 kJ
Nga i cili vijon ekuacioni:
8 / x = 3310 / 1655
Duke zgjidhur atë, gjejmë se:
Kështu, sasia e substancës SO 2 e formuar në këtë rast është 4 mol. Prandaj, vëllimi i tij është i barabartë me:
V(SO 2) = V m ∙ n(SO 2) = 22,4 l/mol ∙ 4 mol = 89,6 l ≈ 90 l (i rrumbullakosur në numra të plotë, pasi kjo kërkohet në kusht.)
Mund të gjenden probleme më të analizuara mbi efektin termik të një reaksioni kimik.
Koncepti i ekuacioneve të reaksioneve termokimike
Ekuacionet e reaksioneve kimike në të cilat tregohet efekti termik quhen ekuacione termokimike. Efekti termik jepet si vlerë e ndryshimit të entalpisë së reaksionit AN. Në ekuacionet termokimike, ndryshe nga ekuacionet e zakonshme kimike, duhet të tregohen gjendjet agregate të substancave (të lëngshme "të lëngshme", të ngurta "të ngurta" ose të gazta "g"). Kjo për faktin se e njëjta substancë në gjendje të ndryshme grumbullimi ka entalpi të ndryshme. Prandaj, një reaksion kimik që përfshin të njëjtat substanca, por në një gjendje të ndryshme grumbullimi, karakterizohet nga një efekt termik i ndryshëm.
Efekti termik i një reaksioni në ekuacionet termokimike shënohet në dy mënyra:
1) tregoni vetëm shenjën AN - nëse thjesht duhet të vini re nëse reagimi është ekzo- ose endotermik:
Ndryshimi i entalpisë i dhënë në ekuacionin termokimik është e njëjta pjesë e ekuacionit kimik si formulat e substancave, dhe për këtë arsye i bindet të njëjtave marrëdhënie. Për shembull, për ekuacionin e djegies së etanit:
Për sasi të tjera të reaktantëve ose produkteve, sasia e nxehtësisë do të ndryshojë në mënyrë proporcionale.
Shpesh, për të lehtësuar përdorimin e ekuacioneve termokimike, koeficientët në to zvogëlohen në mënyrë që formulat e substancave të përdorura për llogaritje të paraprihen nga një koeficient 1. Sigurisht, në këtë rast, koeficientët e tjerë mund të rezultojnë të pjesshëm. dhe është e nevojshme të zvogëlohet proporcionalisht vlera e ndryshimit të entalpisë. Kështu, për reaksionin e natriumit me ujin e dhënë më sipër, mund të shkruajmë ekuacionin termokimik:
Hartimi i ekuacioneve të reaksionit termokimik Shembulli 1. Kur azoti reagon me 1 mol të një lënde me oksigjen për të formuar oksid azoti (N), absorbohet 181,8 kJ energji. Shkruani një ekuacion termokimik për reaksionin.
Zgjidhje. Meqenëse energjia absorbohet, AH është një numër pozitiv. Ekuacioni termokimik do të duket kështu:
Shembulli 2. Për reaksionin e sintezës së jodurgjenit nga substanca të thjeshta të gazta AN = +52 kJ/mol. Shkruani një ekuacion termokimik për zbërthimin e jodurit të hidrogjenit në substanca të thjeshta.
Zgjidhje. Reaksionet e sintezës së hidrogjenit dhe zbërthimit të tij janë reaksione të kundërta. Duke analizuar figurën 18.4, mund të konkludojmë se në këtë rast substancat dhe për rrjedhojë edhe entalpitë e tyre janë të njëjta. Dallimi i vetëm është se cila substancë është produkt i reaksionit dhe cili është reaktanti. Bazuar në këtë, arrijmë në përfundimin se në proceset e kundërta AN-të janë identike në vlerë, por të ndryshme në shenjë. Pra, për reaksionin e sintezës së jodidit të hidrogjenit:
Duke qenë se në praktikë matet masa ose vëllimi i substancave, lind nevoja për të hartuar ekuacione termokimike duke përdorur pikërisht këto të dhëna. Shembull. Kur u formua uji i lëngshëm me peshë 18 g, 241.8 kJ nxehtësi u lirua nga substanca të thjeshta. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion. Zgjidhje. Uji me peshë 18 g korrespondon me sasinë e substancës n(H 2 O) = m / M = 18 g / 18 g / mol = 1 mol. Dhe në ekuacionin për reaksionin e formimit të ujit nga substanca të thjeshta, formula e ujit paraprihet nga një koeficient 2. Kjo do të thotë se në ekuacionin termokimik është e nevojshme të vërehet ndryshimi i entalpisë kur uji formohet me një sasia e substancës prej 2 mol, pra 241.8. 2 = 483.6:
Etiketat e ushqimeve duhet të përfshijnë të dhëna për vlerën e tyre energjetike, e cila shpesh quhet përmbajtje kalori. Për shumicën e njerëzve, informacioni rreth përmbajtjes kalorike të ushqimeve i bën të mendojnë: "Sa peshë do të shtoj nëse ha këtë?" Në fakt, numrat e treguar në etiketë janë efekti termik i reagimit të djegies së plotë të 100 g të këtij produkti ndaj dioksidit të karbonit dhe ujit. Ky efekt termik shpesh jepet në njësitë e vjetruara të matjes së nxehtësisë - kalori ose kilokalori (1 kalori = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), prej nga vjen termi "kalori".
Ideja kryesore
Ndryshimi i entalpisë është një karakteristikë sasiore e nxehtësisë së çliruar ose të absorbuar gjatë një reaksioni kimik.
Detyrat për përvetësimin e materialit
210. Cilat ekuacione reaksionesh quhen termokimike?
211. Përcaktoni cili nga ekuacionet e dhëna termokimike u përgjigjen proceseve ekzotermike? proceset endotermike?
212. Duke përdorur ekuacionin termokimik për sintezën e amoniakut, njehsoni se sa nxehtësi do të lirohet: a) kur azoti konsumohet në një sasi prej 1 mol substancë; b) formimi i amoniakut me një sasi lënde 2 mol. 1\1 2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (n); DN = -92 kJ/mol.
213. Ndryshimi në entalpinë e reaksionit të djegies së qymyrit është 393,5 kJ/mol. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
214. Kur metani u dogj, 1 mol e substancës lëshoi 890 kJ energji. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
215. Oksidi i ferumit (11) reduktohet nga oksidi i karbonit (11) në hekur. Ky reaksion shoqërohet me çlirimin e 1318 kJ nxehtësie kur prodhohet 1 mol hekur. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
216. Kur hidrogjeni ndërvepron me jodin, krijohet jodidi i hidrogjenit me një sasi lënde prej 2 mol. Në këtë rast, 101.6 kJ energji u absorbua. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
217. Duke përdorur ekuacionet termokimike në detyrën 211, krijoni ekuacione termokimike për reaksionet: a) formimin e oksidit të merkurit(II) nga substanca të thjeshta; b) zbërthimi i klorurit të hidrogjenit; c) formimi i glukozës gjatë fotosintezës.
218. Gjatë djegies së oksidit të karbonit (I), 2 mol të një lënde lëshojnë 566 kJ energji. Shkruani një ekuacion termokimik për reaksionin.
219. Zbërthimi i karbonatit të bariumit me peshë 197 g kërkon 272 kJ nxehtësi. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
220. Kur hekuri me peshë 56 g ndërvepron me squfurin, lirohet 95 kJ nxehtësi. Shkruani një ekuacion termokimik për këtë reaksion.
221. Krahasoni ekuacionet termokimike të dhëna dhe shpjegoni ndryshimet në ndryshimin e entalpisë:
222*. Ndryshimi në entalpinë e reaksionit të neutralizimit të acidit klorur me hidroksid natriumi është -56,1 kJ/mol, dhe me hidroksid kaliumi - -56,3 kJ/mol. Kur acidi nitrat reagon me hidroksidin e litiumit, ndryshimi i entalpisë është -55,8 kJ/mol. Pse mendoni se efektet termike të këtyre reaksioneve janë pothuajse të njëjta?
Ky është materiali i tekstit shkollor