Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 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 або зміну ентальпії, називають термохімічними.

До запису термохімічних рівнянь існує два підходи:

2Са + О2 = 2СаО + 1270 кДж

2Са + О2 = 2СаО, ΔН = -1270 кДж

Якщо використовують величину Q, то її записують у рівнянні реакції (вона характеризує зміну теплоти в зовнішньому середовищі). У першому рівнянні реакції вона стоїть зі знаком «+». Це означає, що Q більша за нуль, тобто теплота переходить із зони реакції в зовнішнє середовище. Відповідно ентальпія, яка характеризує саму реакцію, зменшується, тобто вона буде меншою від нуля. Тому в другому рівнянні перед тим самим числом стоїть знак «-». Ентальпію записують окремо від рівняння.

Таким чином, тепловий ефект та зміна ентальпії однакові за значенням, але різні за знаком: Q = -ΔΗ.

Щоб теплові ефекти різних реакцій можна було порівнювати між собою, їх визначають за стандартних умов: р = 101,325 кПа (або 101 кПа) і 298,15 К (або 298 К), а також указують агрегатний стан кожного компонента.

Зміну ентальпії записують як ΔΗT0 або ΔH2980. 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:

2 (г) + О2 (г) = 2Н2О (г), ΔН = -492 кДж

2 (г) + О2 (г) = 2Н2О (р), ΔН = -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 речовин-реагентів, так і продуктів реакції.

Часто користуються такою формою запису термохімічних рівнянь, відповідно до якої утворюється 1 моль продукту реакції. Тоді стехіометричні коефіцієнти біля формул інших речовин можуть мати дробові значення:

Н2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н2О (г) + 246 кДж/моль

Закон Гесса. На основі 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, газуватого) речовин-реагентів і продуктів реакції.

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

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

ΔH1 + ΔH2 = ΔH

-110,5 кДж - 285,5 кДж = -396 кДж.

Приклади розв’язування задач

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

Приклад 2. Термохімічне рівняння згоряння ацетилену (етину) таке:

2Н2 (г) + 5О2 (г) = 4СО2 (г) + 2Н2О (г), ΔН2980 = -2520 кДж.

Обчисліть кількість теплоти, що виділиться внаслідок згоряння ацетилену об’ємом 5 л.

Приклад 3. Термохімічне рівняння реакції утворення фосфор(V) оксиду:

4Р (тв) + 5О2 (г) = 2Р2О5 (тв), ΔH2980 = -2984 кДж

Обчисліть масу фосфору та об’єм кисню (н. у.), що прореагували, якщо внаслідок цього виділилося 746 кДж теплоти.

Приклад 4. Унаслідок згоряння гідроген сульфіду масою 102 г виділилося 16 851 кДж теплоти. Запишіть термохімічне рівняння згоряння гідроген сульфіду.

Приклад 5. Обчисліть кількість теплової енергії, яку треба витратити, щоб одержати карбон(ІV) оксид кількістю речовини 4 моль, якщо термічне розкладання кальцій гідроген карбонату можна подати термохімічним рівнянням

Основні поняття. Термохімічне рівняння. 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 + Н2О, ΔH2980 = 925 кДж обчисліть масу магній гідроксиду, що розклалася, якщо в процесі реакції було витрачено 185 кДж теплоти.

4. Під час згоряння на повітрі порошку алюмінію масою 16 г виділилося 496,6 кДж теплоти. Запишіть термохімічне рівняння згоряння алюмінію.

5. Термохімічне рівняння утворення амоніаку таке:

2 (г) + Ν2(г) = 2ΝΗ3(г), ΔН2980 = -92 кДж.

Обчисліть кількість теплоти, що виділиться під час утворення амоніаку об’ємом 28 л (н. у.).

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:

2О (г) = 2Н2 (г) + О2 (г), ΔН2980 = 484 кДж.

Обчисліть кількість теплоти, яку треба витратити для розкладання води масою 135 г у вигляді пари.

8. Термохімічне рівняння реакції утворення алюміній хлориду:

2Аl (тв) + 3Сl2 (г) = 2АlСl3 (тв), ΔH2980 = -704,2 кДж.

Визначте масу та об’єм (н. у.) хлору, що прореагував, якщо виділилося 176 кДж теплоти.

9. Запишіть термохімічне рівняння реакції, якщо під час взаємодії азоту з киснем кількістю речовини 2 моль поглинається 361 кДж теплової енергії.

10. Термохімічне рівняння реакції розкладу кальцій гідроксиду:

Са(ОН)2 (кр) = СаО (кр) + Н2О (п), ΔН = 64 кДж.

Обчисліть кількість теплоти, яку треба витратити для розкладання кальцій гідроксиду масою 185 г.

11. Запишіть термохімічне рівняння реакції, якщо під час взаємодії алюмінію масою 3 г із сіркою виділяється 28,3 кДж теплової енергії.

12. Обчисліть кількість теплової енергії, яку треба витратити, щоб одержати барій оксид кількістю речовини 3 моль, якщо термічне розкладання барій карбонату можна подати таким термохімічним рівнянням:

ВаСО3 (кр) = ВаО (кр) + СО2 (г), ΔН2980 = 270 кДж.

13. Термохімічне рівняння згоряння вуглецю в кисні таке:

С (тв) + О2(г) = СО (г), ΔН = -393 кДж.

Обчисліть масу вуглецю та об’єм кисню (н. у.), що прореагували, якщо внаслідок цього отримано 78,6 кДж теплової енергії.