Задание 28

Задание 28.1

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

выделилось 1452 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.)

Источник — Демонстрационный вариант КИМ ЕГЭ по химии 2019 года

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты. Составим пропорцию:

2 моль H2O – 484 кДж
x моль H2O – 1452 кДж

Из пропорции следует, что x = 1452 кДж * 2 моль / 484 кДж = 6 моль.

Определяем массу образовавшейся воды:

m(H2O) = n(H2O) * M(H2O) = 6 моль * 18 г/моль = 108 г.

Ответ: 108

Задание 28.2

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

3Fe + 2O2

= Fe3O4 + 1200 кДж,

выделилось 420 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом железной окалины (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 1 моль железной окалины выделяется 1200 кДж теплоты. Составим пропорцию:

1 моль Fe3O4 – 1200 кДж
x моль Fe3O4 – 420 кДж

Из пропорции следует, что x = 420 кДж * 1 моль / 1200 кДж = 0,35 моль.

Определяем массу образовавшейся железной окалины:

m(Fe3O4) = n(Fe3O4) * M(Fe3O4) = 0,35 моль * 232 г/моль = 81 г.

Ответ: 81

Задание 28.3

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

образовалось 27 г воды. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось при этом? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Определим количество вещества воды, образовавшейся в результате реакции:

n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 27 г / 18 г/моль = 1,5 моль

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты.

Составим пропорцию:

2 моль H2O – 484 кДж
1,5 моль H2O – x кДж

Из пропорции следует, что x = 484 кДж * 1,5 моль / 2 моль = 363 кДж.

Ответ: 363

Задание 28.4

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + 1200 кДж,

образовалось 46,4 г железной окалины. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось при этом? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Определим количество вещества железной окалины, образовавшейся в результате реакции:

n(Fe3O4) = m(Fe3O

4) / M(Fe3O4) = 46,4 г / 232 г/моль = 0,2 моль

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 1 моль железной окалины выделяется 1200 кДж теплоты. Составим пропорцию:

1 моль Fe3O4 – 1200 кДж
0,2 моль Fe3O4 – x кДж

Из пропорции следует, что x = 1200 кДж * 0,2 моль / 1 моль = 240 кДж.

Ответ: 240

Задание 28.5

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O

(г) + 484 кДж,

выделилось 1936 кДж теплоты. Какой объем кислорода (в л при н.у.) при этом вступил в реакцию? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 1 моль кислорода выделяется 484 кДж теплоты. Составим пропорцию:

1 моль O2 – 484 кДж
x моль O2 – 1936 кДж

Из пропорции следует, что x = 1936 кДж * 1 моль / 484 кДж = 4 моль.

Определим объем прореагировавшего кислорода при н.у.:

V(O2) = n(O2) * Vm = 4 моль * 22,4 л/моль = 89,6 л.

Ответ: 89,6

Задание 28.6

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + 1200 кДж,

выделилось 480 кДж теплоты. Какой объем кислорода (в л при н.у.) при этом вступил в реакцию? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 2 моль кислорода выделяется 1200 кДж теплоты. Составим пропорцию:

2 моль O2 – 1200 кДж
x моль O2 – 480 кДж

Из пропорции следует, что x = 480 кДж * 2 моль / 1200 кДж = 0,8 моль.

Определим объем прореагировавшего кислорода при н.у.:

V(O2) = n(O2) * Vm = 0,8 моль * 22,4 л/моль = 17,9 л.

Ответ: 17,9

Задание 28.7

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2AgNO3(тв) = 2Ag(тв) + 2NO2(г) + O2(г) — 317 кДж,

образовалось 5,4 г серебра. Какое количество теплоты (в кДж) поглотилось при этом? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Определим количество вещества серебра, образовавшегося в результате реакции:

n(Ag) = m(Ag) / M(Ag) = 5,4 г / 108 г/моль = 0,05 моль

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 2 моль серебра поглощается 317 кДж теплоты.

Составим пропорцию:

2 моль Ag – 317 кДж
0,05 моль Ag – x кДж

Из пропорции следует, что x = 317 кДж * 0,05 моль / 2 моль = 7,9 кДж.

Ответ: 7,9

Задание 28.8

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж,

выделилось 726 кДж теплоты. Какая масса кислорода (в граммах) при этом вступила в реакцию? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 1 моль кислорода выделяется 484 кДж теплоты. Составим пропорцию:

1 моль O2 – 484 кДж
x моль O2 – 726 кДж

Из пропорции следует, что x = 726 кДж * 1 моль / 484 кДж = 1,5 моль.

Определим массу прореагировавшего кислорода:

m(O2) = n(O2) * M(O2) = 1,5 моль * 32 г/моль = 48,0 г.

Ответ: 48,0

Задание 28. 9

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2AgNO3(тв) = 2Ag(тв) + 2NO2(г) + O2(г) — 317 кДж,

поглотилось 12,7 кДж теплоты. Какая масса нитрата серебра (в граммах) разложилась при этом? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при разложении 2 моль нитрата серебра поглощается 317 кДж теплоты. Составим пропорцию:

2 моль AgNO3 – 317 кДж
x моль AgNO3 – 12,7 кДж

Из пропорции следует, что x = 12,7 кДж * 2 моль / 317 кДж = 0,08 моль.

Определим массу разложившегося нитрата серебра:

m(AgNO3) = n(AgNO3) * M(AgNO3) = 0,08 моль * 170 г/моль = 13,6 г.

Ответ: 13,6

Задание 28.10

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

3Fe + 2O2 = Fe3O4 + 1200 кДж,

прореагировало 16,8 г железа. Какое количество теплоты (в кДж) выделилось при этом? (Запишите число с точностью до целых.)

Решение

Определим количество вещества прореагировавшего железа:

n(Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 16,8 г / 56 г/моль = 0,3 моль

Из термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 3 моль железа выделяется 1200 кДж теплоты. Составим пропорцию:

3 моль Fe – 1200 кДж
0,3 моль Fe – x кДж

Из пропорции следует, что x = 0,3 моль * 1200 кДж / 3 моль = 120 кДж.

Ответ: 120

Задание 28.11

В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2AgNO3(тв) = 2Ag(тв) + 2NO2(г) + O2(г) — 317 кДж,

поглотилось 15,9 кДж теплоты. Какая масса серебра (в граммах) образовалась при этом? (Запишите число с точностью до десятых.)

Решение

Из термохимического уравнения следует, что при образовании 2 моль серебра поглощается 317 кДж теплоты. Составим пропорцию:

2 моль Ag – 317 кДж
x моль Ag – 15,9 кДж

Из пропорции следует, что x = 15,9 кДж * 2 моль / 317 кДж = 0,1 моль.

Определим массу образовавшегося серебра:

m(Ag) = n(Ag) * M(Ag) = 0,1 моль * 108 г/моль = 10,8 г.

Ответ: 10,8

В экзотермических реакциях система отдает теплоту в окружающую среду нагревая

Автор Сергей На чтение 11 мин. Опубликовано

Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения

Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.

Химические реакции протекают либо с выделением теплоты, либо с поглощением теплоты.

Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты (теплота указывается со знаком «+»). Эндотермические реакции – с поглощением теплоты (теплота Q указывается со знаком «–»).

Тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы вследствие протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реагентов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции.

При протекании химических реакций наблюдаются некоторые закономерности, которые позволяют определить знак теплового эффекта химической реакции:

  • Реакции, которые протекают самопроизвольно при обыных условиях, скорее всего экзотермические. Для запуска экзотермических реакций может потребоваться инициация – нагревание и др.

Например, после поджигания горение угля протекает самопроизвольно, реакция экзотермическая:

  • Реакции образования устойчивых веществ из простых веществ экзотермические, реакции разложения чаще всего – эндотермические.

Например, разложение нитрата калия сопровождается поглощением теплоты:

  • Реакции, в ходе которых из менее устойчивых веществ образуются более устойчивые, чаще всего экзотермические. И наоборот, образование более устойчивых веществ из менее устойчивых сопровождается поглощением теплоты. Устойчивость можно примерно определить по активности и стабильности вещества при обычных условиях. Как правило, в быту нас окружают вещества сравнительно устойчивые.

Например, горение амиака (взаимодействие активных, неустойчивых веществ — аммиака и кислорода) приводит к образованию устойчивых веществ – азота и воды. Следовательно, реакция экзотермическая:

Количество теплоты обозначают буквой Q, измеряют в кДж (килоджоулях) или Дж (джоулях).

Количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, пропорционально количеству вещества, вступившего в реакцию.

В термохимии используются термохимические уравнения . Это уравнение реакции с указанием количества теплоты, выделившейся в ней (на число моль вещества, равное коэффициентам в уравнении).

Например, рассмотрим термохимическое уравнение сгорания водорода:

Из термохимического уравнения видно, что 484 кДж теплоты выделяются при сгорании 2 моль водорода, 1 моль кислорода. Также можно сказать, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты.

Теплота образования вещества – количество теплоты, выделяющееся при образовании 1 моль данного вещества из простых веществ.

Например, при сгорании алюминия:

теплота образования оксида алюминия равна 1675 кДж/моль. Если мы запишем термохимическое уравнение без дробных коэффициентов:

теплота образования Al2O3 все равно будет равна 1675 кДж/моль, т.к. в термохъимическом уравнении приведен тепловой эффект образования 2 моль оксида алюминия.

Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при горении 1 моль данного вещества.

Например, при горении метана:

теплота сгорания метана равна 802 кДж/моль.

Разберемся, как решать задачи на термохимические уравнения (задачи на термохимию) из ЕГЭ. Для этого разберем несколько примеров термохимических задач.

1. В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

получено 98 л (н. у.) оксида азота (II). Определите количество теплоты, которое затратили при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых.).

Из термохимического уравнения видно, что на образование 2 моль оксида азота (II) потребуется 180 кДж теплоты. 2 моль оксида азота при н.у. занимают объем 44,8 л. Составляем простую пропорцию:

на получение 44,8 л оксида азота (II) затрачено 180 кДж теплоты,

на получение 98 л оксида азота затрачено х кДж теплоты.

Отсюда х= 180*98/44,8 = 393,75 кДж. Округляем ответ до целых, как требуется в условии: Q=394 кДж.

Ответ: потребуется 394 кДж теплоты.

2. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

выделилось 1452 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.)

Из термохимического уравнения видно, что при образовании 2 моль воды выделится 484 кДж теплоты. Масса 2 моль воды равна 36 г. Составляем простую пропорцию:

при образовании 36 г воды выделится 484 кДж теплоты,

при образовании х г воды выделится 1452 кДж теплоты.

Отсюда х= 1452*36/484 = 108 г.

Ответ: образуется 108 г воды.

3. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

израсходовано 80 г серы. Определите количество теплоты, которое выделится при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых).

Из термохимического уравнения видно, что при сгорании 1 моль серы выделится 296 кДж теплоты. Масса 1 моль серы равна 32 г. Составляем простую пропорцию:

при сгорании 32 г серы выделится 296 кДж теплоты,

при сгорании 80 г серы выделится х кДж теплоты.

Отсюда х= 80*296/32 = 740 кДж.

Ответ: выделится 740 кДж теплоты.

Источник

§ 18. Тепловой эффект химических реакций

Вспомните: одним из признаков химической реакции является выделение или поглощение теплоты.

Экзотермические и эндотермические реакции

Экзотермические реакции:

  • протекают с выделением теплоты;
  • после инициации прекращаются, когда израсходуется один из реагентов;
  • реакционная смесь в процессе реакции разогревается.

Вы уже знаете, что при растворении веществ может выделяться или поглощаться энергия. В ходе химических реакций реакционная смесь также может выделять энергию в окружающую среду или поглощать ее из нее. В большинстве химических реакций энергия выделяется или поглощается в виде теплоты, а в некоторых реакциях — в виде света.

• Химические реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими.

Если в ходе реакции выделяется теплота, то реакционная смесь разогревается. Экзотермическими являются все реакции горения и многие другие реакции. Например, при гашении извести (взаимодействии кальций оксида с водой) выделяется так много теплоты, что вода может закипеть и распушить твердое вещество. Поэтому кальций гидроксид также называют «пушонкой» (рис. 18.1):

Рис. 18.1. Гашение негашеной извести водой сопровождается выделением большого количества теплоты

Много теплоты выделяется также в процессе реакций с участием химически активных веществ — галогенов, щелочных металлов и др.

Некоторые экзотермические реакции не начинаются сразу после смешивания (начала контакта) реагентов. Например, деревья постоянно контактируют с кислородом (в воздухе), но не воспламеняются. Для того чтобы началось горение, необходимо подогреть древесину, т. е. инициировать реакцию. После инициации горение само себя «поддерживает» и не закончится, пока не прекратится доступ кислорода или вся древесина не сгорит.

Таким образом, для экзотермических реакций характерно следующее: они не прекращаются, пока не израсходуется один из реагентов; реакционная смесь в ходе реакции разогревается.

• Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндотермическими.

Эндотермические реакции:

  • происходят с поглощением теплоты;
  • останавливаются при прекращении подогрева;
  • реакционная смесь в процессе реакции охлаждается.

К эндотермическим реакциям относятся большинство реакций разложения, например разложение кальций карбоната (известняка):

Большинство эндотермических реакций необходимо постоянно поддерживать, обычно нагреванием. Например, чтобы началось разложение кальций карбоната, его необходимо нагреть до температуры около 1100 °С и постоянно ее поддерживать. При эндотермической реакции теплота поглощается, и, если прекратить нагрев, процесс остановится.

Существуют химические реакции, в которых энергия выделяется в виде света. Самой распространенной такой реакцией является горение. Но есть и другие. Так, при хранении белого фосфора на воздухе он сразу начинает реагировать с кислородом. Часть энергии в процессе этой реакции выделяется в виде света, поэтому белый фосфор светится в темноте. Это явление называют хемилюминесценцией. Именно оно стало интригой детектива «Собака Баскервилей» сэра А. Конан Дойла.

Явление хемилюминесценции присуще и живым организмам: химические реакции обусловливают свечение в темноте светлячков, некоторых медуз и др. К слову сказать, хемилюминесценция очень распространена среди растений и животных в фантастическом мире кинофильма «Аватар».

Существуют химические реакции, происходящие с поглощением света. Их называют фотохимическими. Самая известная фотохимическая реакция — это фотосинтез. Также под действием света происходит превращение кислорода в озон. В фотохимических процессах принимают участие особые молекулы сетчатки нашего глаза, благодаря чему мы видим.

Белый фосфор на воздухе в темноте

Свечение светлячков

Свечение обитателей океанских глубин

Редко встречаются эндотермические реакции, протекающие при обычных условиях. Их легко распознать по охлаждению реакционной смеси. Например, при взаимодействии барий гидроксида с аммоний нитратом реакционная смесь замерзает, а сосуд покрывается каплями воды и даже может примерзнуть к подставке (рис. 18.2):

Рис. 18.2. Взаимодействие барий гидроксида с аммоний нитратом

Тепловой эффект химических реакций. Понятие об энтальпии

Как вы уже знаете, при химических реакциях происходит перегруппировка атомов, содержащихся в веществах-реагентах. Для этого необходимо часть химических связей разорвать. И наоборот, в ходе образования продуктов реакции возникают новые связи. Поскольку разрыв и образование химических связей сопровождается поглощением и выделением энергии соответственно, то для химических реакций характерно выделение или поглощение энергии (рис. 18.3).

Рис. 18.3. Разрыв и образование химических связей при реакции водорода с йодом

Количественно все виды взаимодействий (энергию химических связей, межмолекулярных взаимодействий и др.) в веществе определяют специальной величиной — энтальпией (от греч. entalpio — нагреваю).

• Энтальпия — физическая величина, характеризующая энергию системы (вещества или смеси), которая доступна для преобразования в теплоту при постоянном давлении.

Энтальпию вещества еще называют его «теплосодержанием», поскольку она показывает, сколько теплоты «запасено» в веществе. Энтальпию обозначают буквой H. В системе СИ единицей измерения энтальпии является Дж/моль (кДж/моль), но все еще используют устаревшую единицу — калорию.

  • характеризует «теплосодержание» вещества;
  • обозначается H;
  • единица измерения — Дж/моль или кДж/моль;
  • разница энтальпии продуктов реакции и реагентов ΔΗ — это тепловой эффект реакции.

Измерить энтальпию вещества невозможно, поэтому на практике используют величину, характеризующую изменение энтальпии при протекании процессов, — ΔΗ. Количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся в процессе взаимодействия (т. е. ΔΗ), можно определить экспериментально. Изменение энтальпии в реакционной смеси при химических реакциях составляет тепловой эффект химической реакции.

• Тепловой эффект реакции ΔΗ — это разница между энтальпией продуктов реакции и энтальпией реагентов:

ΔH(реакции) = Н(продуктов реакции) — Н(реагентов)

Если энтальпия продуктов реакции меньше энтальпии реагентов (ΔΗ 0 — теплота поглощается.

Рис. 18.4. Изменение энтальпии системы при экзотермической (а) и эндотермической (б) реакциях

В эндотермических реакциях, наоборот, энтальпия продуктов реакции больше энтальпии реагентов (ΔΗ > 0, т. е. является положительной величиной). Энергия, необходимая для увеличения энтальпии, поглощается из окружающей среды (рис. 18.4, б).

Герман Иванович Гесс (1802-1850)

Выдающийся химик. Родился в Женеве, затем семья переехала в Россию. Учился в Дерптском университете, где в 20 лет защитил диссертацию, в которой исследовал лечебное действие минеральных вод. Работал вместе с Берцелиусом в Стокгольме, а потом — в Иркутске. В 28 лет его избрали в Петербургскую академию наук, он стал заведующим кафедрой Петербургского технологического института. Разработал способ получения серебра из минералов и описал свойства многих минералов, первым заметил каталитическое действие платины. Но наибольшее признание получил как основатель термохимии: сформулировал основной ее закон — закон постоянства суммы теплоты, названный его именем.

Каким будет значение ΔΗ, зависит только от энергетического запаса реагентов и продуктов реакции, т. е. для каждой реакции количество теплоты, которое выделится (поглотится), зависит только от природы веществ и их количества.

Тепловые эффекты реакций изучает специальный раздел химии — термохимия. Основателем термохимии считают Германа Гесса, но самый больший вклад в ее развитие сделал Джозайя Гиббс, который применил законы физики и математическое моделирование для изучения химических процессов и основал новый раздел химии — химическую термодинамику.

Джозайя Уиллард Гиббс (1839-1903)

Американский физико-химик и математик, один из основателей химической термодинамики. В 19 лет закончил Йельский университет, а через пять лет защитил диссертацию и в должности профессора преподавал там латынь, математику и математическую физику. Основные исследования Гиббса были связаны с изучением тепловых процессов в химии, где он достиг выдающихся результатов. Его именем названы многие из разработанных им понятий химической термодинамики: энергия Гиббса, парадокс Гиббса, каноническое распределение Гиббса и др. В 40 лет был избран в Национальную академию наук США. До сих пор в его работах не найдено ни одной ошибки, а все его идеи используют в современной науке.

Лингвистическая задача

  • 1. На греческом exo означает «извне», endon — «внутри». Что, по вашему мнению, означают термины «экзотермический» и «эндотермический»?
  • 2. На латыни calor и на греческом therme означает «теплота». Dynamis — греческое слово, означающее «сила, мощь», а kinetikos — «то, что приводит в движение». Предположите, какое значение имеют термины «калория», «калориметрия», «термометр», «термодинамика», «химическая кинетика».

Ключевая идея

В процессе эндотермических реакций реакционная среда охлаждается, а в экзотермических — нагревается.

Контрольные вопросы

  • 200. Дайте определение понятиям «тепловой эффект реакции», «эндотермическая реакция», «экзотермическая реакция».
  • 201. Приведите примеры экзотермических и эндотермических реакций.
  • 202. Как обозначают изменение энтальпии реакции? В каких единицах ее измеряют?
  • 203. Как по значению изменения энтальпии реакции определить, является химическая реакция экзотермической или эндотермической?
  • 204.