Занятие №17 Тема занятия: Расчеты по термохимическим уравнениям Тип занятия: урок изучения нового материала

Тема занятия: Расчеты по термохимическим уравнениям

• 
  рассмотреть химические процессы с точки зрения их энергетической составляющей, актуализировать понятия «термохимические реакции», «тепловой эффект химической реакции», «экзотермические и эндотермические процессы»;
  
• 
  раскрыть понятие «теплота образования соединений», стандартная энтальпия, закон Гесса;
  
• 
  познакомить с понятием энтропия и оценкой возможности самопроизвольного протекания реакций;
  
• 
  развивать умение решать расчетные задачи по термохимическим уравнениям, рассчитывать тепловой эффект химической реакции с использованием понятий «теплота образования», составлять термохимические уравнения реакций, определять теплоты образования веществ по термохимическим уравнениям реакций
  

Компьютер, проекционная аппаратура

I. Вводное слово учителя, введение в тему урока Слайд 1

Тепловые эффекты химических реакций. Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.

Вводное задание (классификация х.р. по тепловому эффекту) Самостоятельная деятельность учащихся по актуализации понятий «термохимические реакции», «тепловой эффект химической реакции», «экзотермические и эндотермические реакции».
III. Объяснение нового материала.

Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии, чаще всего в виде теплоты. Реакции, при которых теплота выделяется, называются экзотермическими, поглощается – эндотермическими. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, протекающей при постоянной температуре, называется тепловым эффектом реакции. При постоянном давлении тепловой эффект реакции равен изменению энтальпии (ΔН).

Тепловой эффект реакции выражается в единицах энергии – килоджоулях (кДж) или килокалориях (ккал) (1ккал = 4,1868кДж).

Наука, которая изучает тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией, а уравнения химических реакций, в которых указывается тепловой эффект, - термохимическими уравнениями.

Тепловой эффект реакции (ΔН) зависит от природы реагирующих веществ, от количества этих веществ и их агрегатного состояния, от температуры.

Для сопоставления энергетических эффектов различных реакций и для проведения термохимических расчетов используют стандартные тепловые эффекты (обозначаются ).

Например, термохимическое уравнение

показывает, что данная химическая реакция сопровождается выделением 1531кДж теплоты, если давление 101кПа, и относится к тому числу молей каждого из веществ, которое соответствует стехиометрическому коэффициенту в уравнении реакции.

При экзотермических реакциях, когда тепло выделяется, ∆Н отрицательно. При эндотермических реакциях (тепло поглощается) и ∆H положительно.

H₂ + Cl₂ = 2Сl₂ + Q,

где Q — количество выделенной теплоты. Если использовать энтальпию (характеристику энергосодержания системы), то это уравнение следует записать иначе:

H₂ + Cl₂ = 2Сl₂, ∆Н < (Q = - ∆Н).

Важнейшей величиной в термохимии является стандартная теплота образования (стандартная энтальпия образования). Стандартной теплотой (энтальпией) образования сложного вещества называется тепловой эффект (изменение стандартной энтальпии) реакции образования одного моля этого вещества из простых веществ в стандартном состоянии. Стандартная энтальпия образования простых веществ в этом случае принята равной нулю.

В термохимии часто используют уравнения, в которых тепловой эффект относят к одному молю образовавшегося вещества, применяя в случае необходимости дробные коэффициенты.

Например, кДж.

Тепловой эффект данной химической реакции равняется энтальпии образования HCl_(г), т.е.

СH₄(г) + 2 O₂(г) = СO2(г) + 2 H₂О(ж) + 890 кДж

Можно записать эту реакцию и другим уравнением, где выделившаяся ("потерянная") теплота имеет знак "минус":

СH₄(г) + 2 O₂(г) – 890 кДж = СO₂(г) + 2 H₂О(ж)

По традиции энтальпию этой и других экзотермических реакций в термодинамике принято записывать со знаком "минус":

∆Н^о298 = –890 кДж/моль (энергия выделяется).

C(тв) + H₂О(г) + 131,3 кДж = CO(г) + H₂(г)

(∆Н^о298 = +131,3 кДж/моль)

Тепловой эффект экзотермической реакции считают отрицательным (ΔН<0), а эндотермической – положительным (ΔН>0).

ΔН_х.р. = ∑ ΔН^прод _обр - ∑ ΔН^исх _обр

1. 
   Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку.
   
2. 
   Тепловой эффект химической реакции (∆Н) равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, взятых с учетом коэффициентов в уравнении реакции.
   

Так как 1 моль воды равен 18 г, то энтальпию образования

1 моль H₂O_(ж) можно вычислить

кДж/моль,

что соответствует уравнению

По определению: ;

Следовательно,

Fe₂O_3(к)+3СО_(г)=2Fe_(к)+3СО_2(г), если энтальпии образования Fe₂O_3(к), СО_(г) и СО_2(г) соответственно равны (кДж/моль): -822,7; -110,6 и -394,0.

1.Вычисляем тепловой эффект реакции (H), используя следствие из закона Гесса.

Так как энтальпия образования простого вещества принимается равной нулю то, .

Тогда

кДж

2. 
   Проведем расчет по термохимическому уравнению:
   

если образуется 1000г Fe, то выделяется х кДж.

Решаем пропорцию и получаем

кДж, т.е.

выделится 242,9 кДж теплоты.

C₂H₆(г) + 3½O₂ = 2 CO₂(г) + 3H₂O (ж); ΔHх.р. = -1559,87 кДж. Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО₂(г) и Н₂О(ж)

Исходя из следующих данных:

а) С₂Н₆(г) + 3 ½О₂(г) = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж); ΔН = -1559,87 кДж

б) С (графит) + О₂(г) = СО2(г); ΔН = -393,51 кДж

в) Н₂(г) + ½О₂ = Н₂О(ж); ΔН = -285,84 кДж

На основании закона Гесса

С₂Н₆ = 3 ½О₂ – 2С – 2О₂ – 3Н₂ – ³/₂О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О – 2СО₂ – 3Н₂О

ΔН = -1559,87 – 2(-393,51) – 3(-285,84) = +84,67 к Дж;

ΔН = -1559,87 + 787,02 + 857,52; С₂Н₂ = 2С + 3Н₂;

ΔН = +84,67 кДж

Следовательно

∆H_обр С₂Н₆= -84,67 кДж

С₂Н₅ОН(ж) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + 3Н₂О(ж); ΔН = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная (молярная) теплота парообразования С₂Н₅ОН(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: С₂Н₅ОН(г); СО₂(г); Н₂О(ж).
Решение. Для определения ΔН реакции необходимо знать теплоту образования С₂Н₅ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С₂Н₅ОН(ж) = С₂Н₅ОН(г); ΔН = + 42,36 кДж.

+42,36 = -235,31 – ∆HC₂H₅OH(ж);

∆HC₂H₅OH(ж) = -235,31 – 42,36 = -277,67 кДж.

ΔН_х.р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Используя следствие из закона Гесса, запишем

Подставим данные из условия и получим

-380,6=(2-493,2-286)-(+2-425)

Проводим арифметические вычисления:

-380,6=-422,4-.

Отсюда

• 
  Что называется тепловым эффектом химической реакции (DH)?
  
• 
  Перечислите факторы, влияющие на тепловой эффект химической реакции (DH).
  
• 
  Какие реакции называются экзотермическими и эндотермическими? Приведите примеры.
  
• 
  Какой знак имеет тепловой эффект (DH) для экзотермических и эндотермических реакций?
  
• 
  Дайте определение стандартной энтальпии образования сложного вещества .
  
• 
  Дайте формулировку закона Гесса.
  

1. При взаимодействии 1 моль водорода и 1 моль хлора выделяется 184 кДж. Чему равна энтальпия образования хлористого водорода ?

2. На разложение 1 моль бромистого водорода на простые вещества требуется затратить 72 кДж теплоты. Чему равна энтальпия образования HBr?

3. Сколько выделится теплоты при сжигании 1 кг алюминия, если кДж/моль.

Таблица на каждом столе учащихся.

Библиографический список:

1. Термохимия и кинетика: Методические указания /Cост.: В.В.Горбунов, Е.А.Зеляева, Г.С.Исаева;

М.: МГУИЭ, 2003. - 24.

2. [электронный документ] http://hkola.narod.ru/ Химия ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ХИМИИ