Енергетичний ефект хімічних реакцій. Термохімічні рівняння

 
 

§ 17. Енергетичний ефект хімічних реакцій. Термохімічні рівняння

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

  • знати суть понять «екзотермічна» або «ендотермічна реакція»; «внутрішня енергія»; «тепловий ефект реакції»;
  • уміти розв'язувати термохімічні рівняння термодинамічним способом.

Екзо- та ендотермічні реакції. Ви вже знаєте, що під час перебігу хімічних реакцій зберігається число атомів, їхня загальна маса, кількість електричних зарядів, а змінюються лише хімічні зв'язки між атомами: одні — руйнуються, інші — утворюються. На руйнування хімічних зв'язків потрібна енергія, а під час утворення нових зв'язків енергія вивільнюється.

Звернімося до демонстраційних дослідів.

Запалимо магнієву стрічку (мал. 25):

2Mg + О2= 2MgO

Мал. 25. Горіння магнію

Магній горить сліпучим полум'ям. При цьому відбувається перегрупування атомів Магнію та Оксигену з утворенням магній оксиду, що супроводжується виділенням теплоти і світла.

Хімічні реакції, що відбуваються з виділенням теплоти, називаються екзотермічними.

У пробірку насипаємо темно-зелені кристали малахіту СuСО3 · Сu(ОН)2 (або Сu2(ОН)2СО3 — основна сіль) і закриваємо пробірку пробкою з газовідвідною трубкою, кінець якої занурюємо в стакан з вапняною водою.

Пробірку закріпляємо в штативі похило, як показано на мал. 26, і нагріваємо:

Мал. 26. Розклад малахіту

Спостерігаємо утворення речовини чорного кольору, це — купрум(ІІ) оксид CuO. Помутніння вапняної води засвідчує виділення вуглекислого газу СО2, а на стінках пробірки з малахітом з'являються краплини води.

Відбулася реакція розкладу малахіту. Вона весь час потребує нагрівання. Якщо припинити нагрівання, то припиниться й реакція. Це означає, що вона відбувається із вбиранням теплоти.

Хімічні реакції, що відбуваються із вбиранням теплоти, називаються ендотермічними.

Виникає запитання: чому в одних випадках під час реакції енергія вивільнюється, а в інших — вбирається?

Внутрішня енергія й тепловий ефект реакції. З курсу фізики ви вже знаєте, що кожна речовина має певний запас енергії. Це так звана внутрішня енергія, тобто енергія хаотичного (теплового) руху всіх частинок, що входять до складу речовини (атомів, молекул, йонів, протонів, електронів тощо).

У процесі хімічної реакції, коли одні зв'язки руйнуються, а інші — утворюються, внутрішня енергія речовини змінюється. Це пояснюється тим, що перебудовуються електронні структури атомів, йонів, молекул. А це спричиняє виділення або вбирання (поглинання) теплоти (світла, електричного струму) або інших форм енергії. Наприклад, згоряння багатьох речовин відбувається з виділенням теплоти і світла. Так само сполучення металів із сіркою чи хлором, нейтралізація кислот лугами супроводжуються виділенням значної кількості теплоти. Навпаки, такі реакції, як розклад кальцій карбонату СаСО3, малахіту Сu2(ОН)2СО3, калій перманганату КМnО4, утворення нітроген(ІІ) оксиду NO з азоту й кисню відбуваються із вбиранням теплоти.

Теплота, що вивільнюється або вбирається під час хімічної реакції, називається тепловим ефектом реакції.

Тепловий ефект реакції позначають ΔΗ (читається «дельта аш») і виражають у джоулях (Дж) або кратних одиницях — кілоджоулях (кДж).

Мал. 27. Тепловий ефект екзотермічної реакції: 1 — енергія вихідних речовин; 2 — енергія продуктів реакції; 3 — виділення теплоти

Зрозуміло, якщо реакція екзотермічна, тобто супроводжується виділенням теплоти, то це означає, що вміст енергії у вихідних речовинах був більший, ніж у продуктах (мал. 27). А для ендотермічних реакцій, які потребують надходження теплоти ззовні, навпаки: вміст енергії у вихідних речовинах менший, ніж у добутих продуктах (мал. 28). Отже,

тепловий ефект реакції ΔΗ — це різниця між умістом енергії у вихідних речовинах і кінцевих продуктах реакції.

Мал. 28. Тепловий ефект ендотермічної реакції: 1 — енергія вихідних речовин; 2 — енергія продуктів реакції; 3 — вбирання теплоти

У цьому полягає фізичний зміст величини ΔΗ (тут грецька літера Δ — дельта означає різницю, зміну).

Оскільки тепловий ефект обчислюється відносно всієї реакційної системи, то для екзотермічних реакцій, коли теплота виділяється і енергія реакційної системи зменшується, він буде негативним. Для ендотермічних реакцій, коли теплота вбирається і енергія системи збільшується, тепловий ефект реакції ΔΗ буде позитивним (мал. 29).

Мал. 29. Схеми ендотермічних (а) та екзотермічних (б) процесів

Теплові явища, що супроводжують хімічні реакції, вивчає термохімія (один із розділів хімічної термодинаміки).

Термохімічні рівняння. Вам відомо, що під час згоряння речовини, наприклад водню, теплота виділяється. Цей процес можна виразити рівнянням:

2 + О2 = 2Н2О; ΔH = -572 кДж

Хімічні рівняння, в яких зазначається кількість теплоти, що виділяється або вбирається, називаються термохімічними рівняннями.

Зверніть увагу: тепловий ефект реакції записують окремо від хімічного рівняння, після крапки з комою. Він стосується тієї кількості молів речовини, що визначена рівнянням реакції. У наведеному прикладі під час взаємодії кожних 2 моль водню з 1 моль кисню виділяється 572 кДж теплоти.

Для здійснення тієї або іншої реакції важливо знати значення її теплового ефекту. Залежно від того, відбувається реакція з виділенням чи вбиранням теплоти, визначають умови її проведення.

У літературі вам може трапитися застарілий спосіб запису термохімічних рівнянь, коли тепловий ефект реакції позначений безпосередньо в рівнянні хімічної реакції. Наприклад:

2С + О2 = 2СО + 220 кДж;

С + Н2О = СО + Н2 - 132 кДж

Тут для екзотермічної реакції тепловий ефект позначено зі знаком «плюс», для ендотермічної реакції - зі знаком «мінус».

Ми дотримуємось сучасного термодинамічного способу запису термохімічних рівнянь, де знаки для екзо- та ендотермічних реакцій є протилежними. Тому, користуючись літературою минулих років, слід уважно дивитися, за яким способом — термохімічним чи термодинамічним — записано термохімічні рівняння.

Висновки

• Кожна речовина має певну внутрішню енергію, тобто енергію хаотичного (теплового) руху і взаємодії всіх її мікрочастинок.

• Під час перебігу хімічної реакції внутрішня енергія реагуючих речовин і енергія системи в цілому змінюються. Зміна енергії відбувається через руйнування одних хімічних зв'язків й утворення інших. Саме тому хімічні реакції супроводжуються певним тепловим ефектом — виділенням або вбиранням теплоти.

• За тепловим ефектом хімічні реакції поділяються на два типи: екзотермічні, що відбуваються з виділенням теплоти, і ендотермічні, що відбуваються із вбиранням теплоти.

• У разі екзотермічних реакцій енергія реакційної системи зменшується, і тепловий ефект ΔΗ позначають зі знаком «мінус» (-ΔΗ). У випадку ендотермічних реакцій енергія системи збільшується, і тепловий ефект реакції ΔΗ позначають зі знаком «плюс» (+ΔΗ).

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Укажіть, який із наведених параметрів під час перебігу хімічної реакції завжди залишається незмінним:

  • А маса
  • Б об'єм
  • В тиск
  • Г концентрація

2. Що таке величина ΔΗ? Як ви розумієте її фізичний зміст?

3. Укажіть, які з наведених рівнянь відповідають ендотермічним реакціям:

  • А С + О2= СО2; ΔΗ = -393 кДж
  • Б С + Н2О = СО + Н2; ΔΗ = +131,4 кДж
  • В 2NH3 = N2 + 3Н2; ΔΗ = +92,4 кДж
  • Г 2С + О2 = 2СО; ΔΗ = -221 кДж.

4. Складіть термохімічне рівняння взаємодії фосфору із хлором, якщо при цьому на кожний моль утвореного фосфор(V) хлориду виділяється 375 кДж теплоти.

Додаткові завдання

5. Укажіть тепловий ефект реакції ΔΗ (у кілоджоулях) перетворення речовини А на речовину В згідно з наведеним графіком (графік 1).

  • А +50
  • Б -50
  • В +100
  • Г -100
  • Д +150
  • Ж -200

6. Укажіть, який відрізок на графіку вказує значення теплового ефекту реакції (графік 2)

  • А а
  • Б б
  • В в
  • Г г

7. Наведені термохімічні рівняння напишіть так, як прийнято в термодинаміці:

  • а) 2Cu + О2 = 2СuО + 276 кДж;
  • б) СаСО3 = СаО + СО2 - 180 кДж.

Визначте, який із процесів є екзо-, а який — ендотермічним.

Графік 1

Графік 2

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.