Экзотермические и эндотермические реакции. Тепловой эффект

Урок 5-7. Тема «Экзотермические и эндотермические реакции.
Тепловой эффект реакций. Термохимические уравнения.
Расчеты по термохимическим уравнениям».
Химические реакции классифицируют по различным признакам.
По признаку выделения или поглощения теплоты различают
экзотермические и эндотермические реакции. Реакции, протекающие с
выделением теплоты, называют экзотермическими. Например, реакция
образования хлороводорода из водорода и хлора:
Н2+Cl2=2HCl, H=-184,6 кДж
Реакции, протекающие с поглощением теплоты из окружающей среды,
называются эндотермическими. Например, реакция образования оксида
азота (II) из азота и кислорода, которая протекает при высокой температуре:
N2+O2=2NO, H=180 кДж
Количество выделенной или поглощенной в результате реакции теплоты
называют тепловым эффектом процесса. Раздел химии, изучающий
тепловые эффекты различных процессов, называется термохимией.
Химические уравнения, в которых приводятся тепловые эффекты реакций,
называются термохимическими. В таких уравнениях коэффициенты при
формулах означают количества соответствующих веществ и поэтому могут
быть дробными числами.
Так как тепловой эффект реакции зависит от температуры и давления, то
условились его приводить для стандартных условий: температура 250С (298
или, точнее, 298,15 К) и давление р=101325 Па=101,3 кПа. В
термохимических уравнениях также указывается состояние веществ:
кристаллическое (к), жидкое (ж), газообразное (г), растворенное (р).
Тепловой эффект принято обозначать Н(читается «дельта аш»), выражать в
килоджоулях (кДж) и относить к тому количеству вещества, которое
определено уравнением реакции. Знаки тепловых эффектов считаются
положительными у эндотермических процессов (теплота поглощается, Н
больше нуля) и отрицательными у экзотермических процессов (теплота
выделяется, Н меньше нуля).
Смысл теплового эффекта реакции. Каждое вещество обладает
определенной энтальпией (теплосодержанием). Энтальпия (ее обозначают
латинской буквой n) является мерой энергии, накапливаемой веществом при
его образовании. Тепловой эффект реакции при постоянном давлении Н
представляет собой разность энтальпий конечных продуктов реакции
(обозначается Нкон) и исходных реагирующих веществ (обозначается Нисх),
т.е. Н=Нкон-Нисх.
В этом физический cмысл величины Н (здесь греческая буква
- дельта
означает разность). Для изобарных реакций часто используют термин
«энтальпия процесса» вместо термина «тепловой эффект».
Если конечные продукты реакции и исходные вещества находятся в
стандартных состояниях (Т=298 К, р=101,3 кПа), то
Н называют
0
стандартной энтальпией процесса и обозначают
Н 298 или только с
0
верхним индексом Н .
Согласно сказанному термохимические уравнения экзотермической реакции
образования хлороводорода и эндотермической реакции образования оксида
азота (II) из соответствующих простых веществ при стандартных условиях
запишутся так:
Н2(г)+Cl2(г)=2HCl, H0298=-184,6 кДж или
1/2H2(г)+1/2Cl2(г)=HCl, H0298=-92,3 кДж/моль
N2(г)+О2(г)=2NO, H0298=180, 8 кДж или
1/2N2(г)+1/2О2(г)=NO(г), Н0298=90,4 кДж/моль
Уравнения (II) означают, что превращение 0,5 моль газообразного водорода и
0,5 моль газообразного хлора в 1 моль газообразного хлороводорода при
стандартных условиях сопровождается выделением 92,3 кДж теплоты, а
превращение 0,5 моль газообразного азота и 0, 5 моль газообразного
кислорода в 1 моль газообразного оксида азота (II) при стандартных
условиях сопровождается поглощением 90,4 кДж теплоты.
В уравнениях (I) этих реакций слово «моль» опущено, т.к. Н относится не к
одному молю, а к двум. Знак минус перед значением
Н для
экзотермических реакций означает, что запаса энергии в продуктах реакции
меньше, чем в исходных веществах. Знак плюс перед значением Н для
эндотермических реакций указывает на то, что поглотив теплоту из внешней
среды, продукты реакции увеличили свою энергию по сравнению с
исходными веществами.
Очевидно, что если реакция соединения протекает с выделением теплоты, то
обратная ей реакция – реакция разложения будет идти с поглощением
теплоты. Если же реакция соединения протекает с поглощением теплоты, то
обратная ей реакция разложения будет протекать с выделением теплоты. Так,
в первом примере
Н0298 образования 1 моль хлороводорода равно -92,3
кДж, а
Н0298 разложения хлороводорода равно +92,3 кДж; во втором
примере
Н0298 образования 1моль оксида азота (II) равно +90,4 кДж, а
Н0298 разложения 1 моль того же оксида азота (II) равно -90,4 кДж.
В школьных курсах химии и многих учебных пособиях тепловые эффекты
реакций обозначаются через Q и считают их положительными , если
выделяется теплота, и отрицательными, если она поглощается. Очевидно,
Н=-Q. Следует придерживаться приведенного обозначения тепловых
эффектов, поскольку оно введено для единообразия с термодинамикой.
Тепловой эффект химических реакций измеряют с помощью специальных
приборов – калориметров. Их устройство описывается в курсах физики и
физической химии.
Расчеты по термохимическим уравнениям.
Задача. При взаимодействии 7г железа с серой выделилось 12,15 кДж. На
основании этих данных составить термохимическое уравнение.
Решение. Находим, сколько выделяется теплоты при взаимодействии 1 моль
железа с серой.
При взаимодействии 0,125 моль Fe (7г) выделилось 12,15 кДж
При взаимодействии 1 моль Fe (56 г) выделилось х кДж.
0,125 моль/ 1 моль=12,15 кДж/ х
Х= 97,2 кДж
Отсюда термохимическое уравнение следующее:
Fe (тв.)+S (тв.)= FeS (тв.)+97,2 кДж
Задания для самостоятельной работы.
И.Г. Хомченко. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. –
Москва, Новая Волна, ОНИКС. - № 2.23 - №2.30.