Хімія. Поглиблений рівень. 9 клас. Бутенко

§ 37. Термохімічні рівняння. Закон Гесса. Найпростіші розрахунки за термохімічними рівняннями

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• які рівняння називають термохімічними та як їх складати;
• що таке стандартна величина теплового ефекту й від чого вона залежить;
• як проводити розрахунки маси й об'єму продуктів реакції та потрібної для цього теплоти за термохімічними рівняннями.

Термохімічні рівняння. Рівняння хімічних реакцій, у яких наведено тепловий ефект реакції, називають термохімічними.

Щоб теплові ефекти різних реакцій можна було порівнювати між собою, їх визначають за стандартних умов: p = 101,325 кПа (або 101 кПа) і 298,15 К (або 298 К), а також указують агрегатний стан кожного компонента. Зміну ентальпії записують як ΔΗ⁰_T або ΔΗ⁰₂₉₈. При цьому верхній індекс 0 означає стандартну величину теплового ефекту (тобто визначену за стандартних умов) реакції, а нижній Т — температуру, за якої відбувається взаємодія.

У термохімічних рівняннях, крім символів хімічних елементів і теплового ефекту, часто вказують агрегатний стан реагентів і продуктів реакції. Про необхідність такої форми запису можна судити на прикладі порівняння двох термохімічних рівнянь:

2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г) + 492 кДж

2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (р) + 572 кДж

Різниця теплових ефектів цих реакцій відповідає теплоті, яка виділяється під час конденсації 2 моль води: 572 кДж - 492 кДж = 80 кДж. Отже, тепловий ефект реакції залежить від агрегатного стану речовин, як вихідних, так і кінцевих.

Часто користуються такою формою запису термохімічних рівнянь, відповідно до якої утворюється 1 моль продукту реакції. Тоді стехіометричні коефіцієнти при формулах інших речовин можуть бути нецілочисловими:

H₂ (г) + 1/2 O₂ (г) = H₂O (г) + 246 кДж/моль

Іноді в записі термохімічного рівняння використовують символ зміни стандартної ентальпії ΔН_р-ції, тоді знак перед значенням теплового ефекту змінюють на протилежний:

2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г), ΔΗ⁰₂₉₈ = -492 кДж

І₂ (тв) + H₂ (г) = 2HI (г) - 52 кДж або

І₂ (тв) + H₂ (г) = 2HI (г), ΔΗ_р-ції = +52кДж

Закон Гесса. На основі широких і систематичних досліджень хімічних реакцій, що супроводжуються виділенням або поглинанням теплоти, Г. Гесс сформулював закон:

тепловий ефект хімічної реакції не залежить від шляху її перебігу, а залежить лише від природи та агрегатного стану (твердого, рідкого, газоподібного) вихідних речовин і продуктів реакції.

Іншими словами, тепловий ефект будь-якої хімічної реакції не залежить від того, чи утворилася сполука відразу із вихідних речовин, чи її утворення відбулося внаслідок перебігу низки послідовних реакцій. Це можна пояснити на прикладі перетворення вуглецю (графіту) на карбон(IV) оксид:

Усі вказані реакції відбуваються з виділенням теплоти, тобто є екзотермічними. Відповідно до закону Гесса:

ΔΗ₁ + ΔΗ₂ = ΔΗ

-110,5 кДж - 285,5 кДж = -396 кДж.

Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Під час розкладання 222 г кальцій гідроксиду поглинається 2955 кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння цієї реакції.

Приклад 2. Термохімічне рівняння згорання ацетилену таке: 2C₂H₂ (г) + 5O₂ (г) = 4CO₂ (г) + 2H₂O (р), ΔΗ⁰₂₉₈ = -2520 кДж. Скільки теплоти виділиться внаслідок згорання 5,0 л (н. у.) ацетилену?

Приклад 3. Термохімічне рівняння реакції утворення фосфор(V) оксиду: 4P (тв) + 5O₂ (г) = 2P₂O₅ (тв), ΔΗ⁰₂₉₈ = -2984 кДж. Визначте масу фосфору та об'єм кисню (н. у.), що вступили в реакцію, якщо при цьому виділилося 746 кДж теплоти.

Приклад 4. Унаслідок згорання 102 г гідроген сульфіду виділилося 16 851 кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння згорання гідроген сульфіду.

Приклад 5. Скільки теплової енергії треба витратити, щоб одержати 4 моль карбон(IV) оксиду, якщо термічне розкладання кальцій гідрогенкарбонату можна подати термохімічним рівнянням Ca(HCO₃)₂ =^t CaO + H₂O + 2CO₂↑, ΔΗ⁰₂₉₈ = 2344 кДж ?

Основні поняття. Термохімічне рівняння. Шлях реакції. Стандартна величина теплового ефекту.

Запитання та завдання

• °1. Які рівняння хімічних реакцій називають термохімічними?
• °2. Сформулюйте закон Гесса. У чому полягає його суть?
• 3. На основі термохімічного рівняння реакції розкладу магній гідроксиду Mg(OH)₂ = MgO + H₂O, ΔΗ⁰₂₉₈ = 925 кДж обчисліть масу магній гідроксиду, що розклалася, якщо в процесі реакції було витрачено 185 кДж теплоти.
• 4. Під час згорання на повітрі порошкоподібного алюмінію масою 16 г виділилося 496,6 кДж теплоти. Запишіть термохімічне рівняння згорання алюмінію.
• 5. Термохімічне рівняння утворення амоніаку таке:

3H₂ (г) + N₂ (г) = 2NH₃ (г), ΔΗ⁰₂₉₈ = -92 кДж.

Скільки теплоти виділиться під час утворення 28 л амоніаку?

• 6. Унаслідок розкладання кальцій карбонату масою 200 г витрачають 2414 кДж теплоти. Скільки теплоти треба витратити на розкладання кальцій карбонату, узятого масою 30 г?
• 7. Термохімічне рівняння реакції розкладу води таке:

2H₂O (г) = 2H₂ (г) + O₂ (г), ΔΗ⁰₂₉₈ = 484 кДж.

Скільки теплоти треба витратити для розкладання 135 г газоподібної води?

• 8. Термохімічне рівняння реакції утворення алюміній хлориду:

2Al (тв) + 3Cl₂ (г) = 2AlCl₃ (тв), ΔΗ⁰₂₉₈=-704,2 кДж.

Визначте масу та об'єм (н. у.) хлору, що вступив у реакцію, якщо виділилося 176 кДж теплоти.

• 9. Складіть термохімічне рівняння реакції, якщо під час взаємодії азоту з 2 моль кисню поглинається 361 кДж теплової енергії.
• 10. Термохімічне рівняння реакції розкладу кальцій гідроксиду:

Ca(OH)₂ (кр) = СаО (кр) + Η₂Ο (п), ΔΗ = 64 кДж·

Скільки теплоти треба витратити для розкладання 185 г Ca(OH)₂?

• 11. Складіть термохімічне рівняння реакції, якщо під час взаємодії алюмінію масою 3 г із сіркою виділяється 28,3 кДж теплової енергії.
• 12. Скільки теплової енергії треба витратити, щоб одержати 3 моль BaO, якщо термічне розкладання барій карбонату можна подати таким термохімічним рівнянням:

BaCO₃ (кр) = ВаО (кр) + CO₂ (г), ΔΗ⁰₂₉₈= 270 кДж?

• 13. Термохімічне рівняння згорання вуглецю в кисні таке:

C (тв) + О₂ (г) = CO (г), ΔΗ = -393 кДж.

Яка маса вуглецю та об'єм кисню (н. у.) вступили в реакцію, якщо внаслідок цього отримано 78,6 кДж теплової енергії?

• 14. Обчисліть тепловий ефект реакції (його значення наведіть у термохімічному рівнянні) утворення натрій гідроксиду шляхом взаємодії натрій оксиду масою 15,5 г з водою, яке супроводжується виділенням 213 кДж теплоти.
• 15. Обчисліть тепловий ефект реакції розкладу кальцій гідроксиду (його значення наведіть у термохімічному рівнянні), яка супроводжується поглинанням 246,5 кДж теплоти та утворенням кальцій оксиду масою 14 г та води.