Подготовка к ЕГЭ по химии. Лекция по теме «Тепловые эффекты реакции


Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа села Старобурново
муниципального района Бирский район Республики Башкортостан
Тематические лекции
по химии для 11 класса
для подготовки к ЕГЭна 2015-2016 учебный годcоставила учитель химииАсылбаева Марина Евгеньевна
Тема 5. Тепловой эффект химической реакции.
Термохимические уравнения.
В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.
Энергия химических соединений сосредоточена главным образом в химических связях. Чтобы разрушить связь между двумя атомами, требуется ЗАТРАТИТЬ ЭНЕРГИЮ. Когда химическая связь образуется, энергия ВЫДЕЛЯЕТСЯ.
Любая химическая реакция заключается в разрыве одних химических связей и образовании других.
Когда в результате химической реакции при образовании новых связей выделяется энергии БОЛЬШЕ, чем потребовалось для разрушения "старых" связей в исходных веществах, то избыток энергии высвобождается в виде тепла. Примером могут служить реакции горения. Например, природный газ (метан CH4) сгорает в кислороде воздуха с выделением большого количества теплоты (рис. 1-1а). Такие реакции называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ от латинского "экзо" - наружу (имея в виду выделяющуюся энергию).
Рис. 1-1а
В других случаях на разрушение связей в исходных веществах требуется энергии больше, чем может выделиться при образовании новых связей. Такие реакции происходят только при подводе энергии извне и называются ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "эндо" - внутрь). Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H2 из угля и воды, которое происходит только при нагревании (рис. 1-1б).
Рис. 1-1б
Каким образом выяснить реакция экзотермическая или эндотермическая?
!!! Для этого нужно посчитать, сколько связей разрывается и сколько новых связей образуется, учитывая условно, что при разрыве 1 связи тратиться 1 Q теплоты, при образовании 1 связи выделяется 1 Q теплоты.
1 случай.
С(тв.) + O2(г) = СO2(г)
Всем известно, что при горении угля (С) выделяется тепло. Давайте докажем.
С- уголь не содержит связей, т.к. ни с кем не связан., т.е. для угля не тратится энергия
Кислород содержит 2 ковалентные связи, при разрыве 2 связей тратиться 2 Q теплоты.
Следовательно, для начала реакции С(тв.) + O2(г) нужно потратить в общем 2 Q теплоты.
Теперь, посчитаем, сколько энергии выделится в результате образования молекул углекислого газа и воды.
В молекуле углекислого газа имеются 4 связи, значит, при их образовании выделится 4 Q теплоты.
С(тв.) + O2(г) = СO2(г)
-2 Q + 4Q
Таким образом, в данном случае количество потраченной энергии в 2 раза меньше выделившейся, т.е. реакция экзотермическая.
Рассмотрим 2 случай. Всем известно, что для разложения солей нужно их прокалить, т.е. эти реакции эндотермические.
CaCO3(кр) = CaO(кр) +CO2(г) – Q. Докажем расчетами.
Карбонат кальция содержит ионную связь( за счет электростатического притяжения ионов), и 6 ковалентных связей. На разрыв ковалентных связей минимум тратиться 6 Q энергии, а на разрыв ионной связи 2 Q энергии( кальций двухвалентный). В общем тратиться 8 Q энергии.
В молекуле углекислого газа имеются 4 связи, значит, при их образовании выделится 4 Q теплоты.
В молекуле оксида кальция имеется ионная связь, на его разрыв тратиться 2 Q энергии, т.к. кальций двухвалентный.
CaCO3(кр) = CaO(кр) +CO2(г)
- 8 Q +( 4+2)= +6 Q
Таким образом, в данном случае количество потраченной энергии больше выделившейся, т.е. реакция эндотермическая.
3 случай.
СH4(г) + 2 O2(г) = СO2(г) + 2 H2О(ж)
Содержит 4 ковалентные связи, следовательно, при разрыве 4 связей тратиться 4 Q теплоты.
Кислород содержит 2 ковалентные связи, следовательно, при разрыве 2 связей тратиться 2 Q теплоты, но таких молекул 2(на что указывает коэффициент 2 перед кислородом). Таким образом, общее количество потраченной энергии 2*2=4 Q.
Следовательно, для начала реакции СH4(г) + 2 O2(г) нужно потратить в общем 4+4= 8 Q теплоты.
Теперь, посчитаем сколько энергии выделится в результате образования молекул углекислого газа и воды.
В молекуле углекислого газа имеются 4 связи, значит, при их образовании выделится 4 Q теплоты.
Н – О- Н В молекуле воды 2 ковалентные связи значит, при их образовании выделится 2 Q теплоты, но таких молекул образуется 2, следовательно в общем выделится 2*2= 4 Q теплоты.
В общем при образовании молекул СO2(г) + 2 H2О(ж) выделится 4+4=8 Q теплоты.
СH4(г) + 2 O2(г) = СO2(г) + 2 H2О(ж)
- 8 Q +8 Q
Таким образом, в данном случае количество потраченных и выделившихся теплот одинаковое, но в любом случае это экзотермическая реакция, т.к. реакция заканчивается образованием новых связей, следовательно, выделением энергии.
Таким образом, любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Такая величина называется ТЕПЛОВЫМ ЭФФЕКТОМ РЕАКЦИИ. Например, тепловой эффект реакции сгорания водорода в кислороде можно выразить любым из двух уравнений:
2 H2(г) + O2(г) = 2 H2О(ж) + 572 кДж или
H2( г) + 1/2 O2(г) = H2О(ж) + 286 кДж
Оба уравнения одинаково правильны и оба выражают тепловой эффект экзотермической реакции образования воды из водорода и кислорода. Первое - на 1 моль использованного кислорода, а второе - на 1 моль сгоревшего водорода или на 1 моль образовавшейся воды.
Значки (г), (ж) обозначают газообразное и жидкое состояние веществ. Встречаются также обозначения (тв) или (к) - твердое, кристаллическое вещество, (водн) - растворенное в воде вещество и т.д.
Используется также частный случай теплового эффекта реакции - ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ. Из самого названия видно, что теплота сгорания служит для характеристики вещества, применяемого в качестве топлива. Теплоту сгорания относят к 1 молю вещества, являющегося топливом (восстановителем в реакции окисления), например:
C2H2+2,5 O2=2 CO2+H2O+1300 кДж
ацетилен теплота сгорания ацетилена
Уравнения химических реакций, в которых вместе с реагентами и продуктами записан и тепловой эффект реакции, называются ТЕРМОХИМИЧЕСКИМИ УРАВНЕНИЯМИ.
Многое можно узнать об этой реакции с помощью вычислений. Например, выяснить, будет эта реакция экзо- или эндотермической, и даже количественно рассчитать величину теплового эффекта.
Раздел химии, занимающийся изучением превращения энергии в химических реакциях, называется ТЕРМОХИМИЕЙ. Существует два важнейших закона термохимии. Первый из них, закон Лавуазье–Лапласа, формулируется следующим образом:
ЗАДАЧИ
1.1. Определите величину теплового эффекта реакции , если при горении 1 г. серы выделилось 9,28 кДж:
S + O2 = SO2
Решение: 1. Находим количество вещества серы (в молях) в 1 грамме.
n=mMr n=132=0.03 (моль)
2. Следовательно, при горении 0,03 моль серы выделяется -9,28 кДж. Чтобы узнать сколько теплоты выделится при горении одного моль серы, составляем пропорцию.
0,03 моль – 9,28 кДж
1 моль - х кДж.
х=1 моль×9,28 кДж0,03 моль=297 кДжСледовательно, тепловой эффект реакции 297 кДж/моль
Ответ: S + O2 = SO2 + 297 кДж/моль
1.2. Определите массу сгоревшего угля по термохимическому уравнению
С (графит) + O2 = СO2 + 393,8 кДж
если при его горении выделилось 787,6 кДж тепла.
Решение. 1. При горении одного моль угля выделяется 393,8 кДж. Чтобы узнать массу угля, при горении которого выделяется 787,6 кДж теплоты, нужно вычислить сколько моль угля дает 787,6 кДж теплоты. Для этого составляем пропорцию.
1 моль - 393,8 кДж
Х моль – 787,6 кДж
х=1 моль×787,6 кДж393,8 кДж=2 мольСледовательно, 2 моль угля дает 787,6 кДж теплоты.
Остается найти массу 2 моль угля
m=n×Mrm=2 ×12=24 г.
Ответ: 24 г.

Приложенные файлы

  • docx teplo
    Размер файла: 185 kB Загрузок: 5