Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 18. Тепловий ефект хімічної реакції

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • з’ясувати, як класифікують реакції за тепловим ефектом;
  • зрозуміти причину теплового ефекту реакції;
  • складати термохімічні рівняння.

Екзотермічні та ендотермічні реакції. Вам відомі реакції, які відбуваються з виділенням значної кількості теплоти. Це — реакції горіння. Їх використовували люди ще в давні часи, обігріваючи свої домівки, готуючи їжу, спалюючи деревину, рослинні залишки, вугілля. Нині сфера застосування реакцій горіння значно розширилася. Їх здійснюють на теплоенергетичних підприємствах, металургійних заводах, у двигунах внутрішнього згоряння, під час запусків ракет і космічних кораблів, застосування вогнепальної зброї та піротехнічних виробів (мал. 33).

Мал. 33. Використання реакцій горіння

Приклади реакцій горіння:

4Р + 5О2 =t2О5;

СН4 + 2О2 =t СО2 + 2Н2О.

Теплота виділяється не лише під час горіння речовин, а й у разі змішування розчинів лугу та сильної кислоти (внаслідок перебігу реакції нейтралізації)

NaOH + НСl = NaCl + Н2О,

гасіння вапна

СаО + Н2О = Са(ОН)2,

взаємодії металів із кислотами:

2Аl + 6НВr = 2АlВr3 + 3Н2↑.

Реакції, під час яких теплота виділяється, часто відбуваються самовільно. У деяких випадках їх треба ініціювати (наприклад, підпалити речовину). Перебіг такого перетворення (назва досліду — «Хімічний вулкан») ви можете спостерігати за покликанням у QR-коді.

http://academia-pc.com.ua/video/h9/p_100.mp4

Існують реакції, під час яких теплота поглинається. Серед них — реакції розкладу багатьох сполук (оксидів, гідроксидів, оксигеновмісних солей, кристалогідратів):

2SO3=t 2SO2 + О2;

Рb(ОН)2 =t РbО + Η2O↑;

2KNO3 =t 2KNO2 + О2↑;

ВаСl2 • 2Н2О =t ВаСl2 + 2Н2О↑.

Для того щоб такі реакції відбувалися, речовини нагрівають. Якщо нагрівання припинити, то припиняється й хімічне перетворення.

Реакції, під час яких теплота виділяється, називають екзотермічними1, а реакції, під час яких теплота поглинається, — ендотермічними2.

1 Термін походить від грецького слова ехо — ззовні.

2 Термін походить від грецького слова endon — усередині.

Тепловий ефект реакції. Виділення або поглинання теплоти під час перебігу хімічної реакції називають тепловим ефектом реакції. З’ясуємо причину його виникнення.

Кожна речовина має власну внутрішню енергію, яка складається з енергій усіх частинок речовини (атомів, молекул, йонів) й енергій хімічних зв’язків між ними. Виміряти внутрішню енергію речовини неможливо.

Під час реакції хімічні зв’язки між атомами або йонами в кожному реагенті розриваються (на це енергія витрачається; вона поглинається речовиною) й утворюються нові хімічні зв’язки в продуктах реакції (у цьому разі енергія виділяється). Якщо виділяється більше енергії, ніж поглинається, то реакція є екзотермічною, а якщо навпаки — реакція є ендотермічною.

Для теплового ефекту реакції використовують позначення ΔΗ (читається «дельта-аш»). У разі екзотермічної реакції ΔΗ < 0, а ендотермічної реакції — ΔΗ > 0 (мал. 34).

Мал. 34. Теплові ефекти хімічних реакцій

Тепловий ефект за необхідності вказують разом із хімічним рівнянням:

Запишіть у зошит хімічні рівняння, наведені на с. 100-101, і додайте до кожного рівняння позначення теплового ефекту.

Екзотермічна реакція

А + ... = В + ...; ΔΗ < 0

Ендотермічна реакція

С + ... = D + ...; ΔΗ > 0

Явище виділення або поглинання теплоти під час хімічної реакції узгоджується з принципом збереження енергії: енергія не виникає з нічого і не зникає безслідно, а лише перетворюється з одного виду на інший.

Термохімічне рівняння. Кількість теплоти, яка виділяється або поглинається в результаті реакції, можна визначити експериментально, наприклад за допомогою калориметра — пристрою, відомого вам з уроків фізики у 8 класі.

Хімічне рівняння із записом значення теплового ефекту реакції та агрегатних станів речовин1 називають термохімічним рівнянням.

1 Після формули твердої речовини додають позначку (тв.), рідкої — (р.), газу — (г.).

Приклади термохімічних рівнянь:

Mg(OH)2 (тв.) =t MgO (тв.) + Н2О (г.); ΔΗ = +82 кДж1;

Na2O (тв.) + Н2О (р.) = 2NaOH (тв.); ΔН = -151 кДж.

1 Знак «плюс» перед значенням теплового ефекту вказують.

Перше рівняння свідчить про те, що під час розкладу 1 моль магній гідроксиду з утворенням 1 моль магній оксиду та 1 моль водяної пари поглинається 82 кДж теплоти.

Прокоментуйте друге термохімічне рівняння.

Чимало хімічних реакцій є оборотними. Так, кальцій карбонат під час нагрівання розкладається на кальцій оксид і вуглекислий газ (ендотермічна реакція)

СаСО3 (тв.) =t СаО (тв.) + СО2(г.); ΔН = +178 кДж,

а за звичайних умов ця сіль повільно утворюється із оксидів (екзотермічна реакція):

СаО (тв.) + СО2 (г.) = СаСО3 (тв.); ΔН = -178 кДж.

Відповідну закономірність формулюють так: тепловий ефект хімічної реакції дорівнює тепловому ефекту зворотної реакції, але має протилежний знак.

Значення теплових ефектів багатьох хімічних реакцій наведені в довідниках. Ці характеристики реакцій важливі для практики. Наприклад, знаючи, скільки теплоти виділяється під час згоряння певного об’єму природного газу чи певної маси вугілля, планують обсяги витрачання палива на теплоелектростанції.

ВИСНОВКИ

Усі хімічні перетворення відбуваються з тепловим ефектом. Реакції, під час яких виділяється теплота, називають екзотермічними, а реакції, під час яких поглинається теплота, — ендотермічними.

Хімічне рівняння із записом значення теплового ефекту реакції називають термохімічним рівнянням.

135. Чому хімічна реакція супроводжується тепловим ефектом?

136. Як класифікують реакції залежно від їх теплового ефекту?

137. За дуже високої температури водяна пара розкладається на прості речовини. Поясніть, чому відповідна хімічна реакція є ендотермічною.

138. Під час утворення 1 моль хлороводню із простих речовин виділяється 92,2 кДж теплоти. Складіть відповідне термохімічне рівняння.

139. Скориставшись термохімічним рівнянням N2 (г.) + 3Н2 (г.) = 2ΝΗ3 (г.); ΔΗ = -92,4 кДж, напишіть термохімічне рівняння реакції розкладу амоніаку на прості речовини.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Калорійність харчових продуктів

Відомо, що їжа є джерелом речовин та елементів, необхідних для життя тварин і людини. Крім того, це — джерело енергії для всіх живих істот. Реакції в організмі за участю речовин, спожитих із їжею, переважно екзотермічні; вони відбуваються з виділенням теплоти. Кількість енергії, що виділяється під час повного окиснення харчового продукту (умовно — його реакції з киснем, у результаті якої утворюються вуглекислий газ, вода, азот, інші речовини), визначає калорійність продукту (мал. 35). Вивільнена теплова енергія потрібна живому організмові для здійснення в ньому реакцій, що відбуваються з поглинанням теплоти, а також для підтримання постійної температури тіла.

Існують три основні групи поживних речовин у харчових продуктах: білки, жири та вуглеводи.

Найважливішими жирами для життєдіяльності людини є рослинні олії (соняшникова, кукурудзяна, оливкова та ін.), тваринні жири (сало, вершкове масло тощо), а вуглеводами — цукор і крохмаль. Найбільше теплоти виділяється під час окиснення жирів — у середньому 3900 кДж у перерахунку на 100 г жиру.

Мал. 35. Середня калорійність харчових продуктів

Білки і вуглеводи мають нижчу і майже однакову калорійність — приблизно 1700 кДж на 100 г речовини. Якщо олія складається практично лише із жирів, цукор — чистий вуглевод (сахароза), то стовідсоткової білкової їжі не існує. Найбільше білків міститься в м’ясі, рибі, яйцях, сирі, горіхах (10-25 % від маси продукту). Білки — найцінніший «будівельний» матеріал для організму, а вуглеводи й особливо жири важливі як джерела енергії.

Добова енергетична потреба людини становить у середньому 12 000 кДж і залежить від її віку, статі, фізичного та розумового навантаження. Визначити, скільки людині потрібно споживати білків, жирів, вуглеводів, певних харчових продуктів, щоб забезпечити свій організм необхідною кількістю енергії, неважко. Складніше обрати оптимальне для організму співвідношення, наприклад, тваринних і рослинних жирів. Відповідні рекомендації розробляють біологи, лікарі, дієтологи.



Підтримати сайт і наші Збройні Сили можна за посиланням на Buy Me a Coffee.