egc-2.4· Глава 2: Химические реакции· ~13 мин

Термохимия и тепловой эффект реакции

Экзо- и эндотермические реакции, термохимические уравнения, тепловой эффект реакции (QQ, ΔH\Delta H), закон Гесса и расчёты теплоты образования

Термохимия изучает теплоту, поглощаемую или выделяемую в ходе химических реакций. Тепловой эффект реакции (QQ) — это количество выделяемой или поглощаемой теплоты; в экзотермической реакции теплота выделяется (Q>0Q > 0, ΔH<0\Delta H < 0), в эндотермической — поглощается (Q<0Q < 0, ΔH>0\Delta H > 0). В термохимическом уравнении указывается агрегатное состояние веществ, а тепловой эффект записывается в правой части, например: C+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ}. Тепловой эффект прямо пропорционален количеству вещества, поэтому теплота, выделяемая для заданной массы или объёма, находится через пропорцию. По закону Гесса тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ, но не от пути превращения; это позволяет алгебраически складывать тепловые эффекты.

📌Пример

Например: по термохимическому уравнению C+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ} при сгорании 6 г углерода (n=6/12=0,5n = 6/12 = 0{,}5 моль) выделяется Q=0,5⋅393=196,5 kJQ = 0{,}5 \cdot 393 = 196{,}5\text{ kJ} теплоты.

Ключевые термины

Термохимия — Раздел химии, изучающий теплоту, поглощаемую или выделяемую при химических реакциях.
Тепловой эффект (QQ) — Количество теплоты, выделяемой или поглощаемой в реакции; единица измерения — кДж.
Экзотермическая реакция — Реакция, в которой теплота выделяется: Q>0Q > 0, ΔH<0\Delta H < 0. Например, горение топлива.
Эндотермическая реакция — Реакция, в которой теплота поглощается: Q<0Q < 0, ΔH>0\Delta H > 0. Например, разложение CaCO3CaCO_3.
Термохимическое уравнение — Химическое уравнение, в котором указаны агрегатные состояния веществ и тепловой эффект.
Закон Гесса — Тепловой эффект зависит только от начального и конечного состояния веществ, но не от пути превращения.
Теплота образования — Тепловой эффект, возникающий при образовании 1 моль сложного вещества из простых веществ.
Сравнение экзотермических и эндотермических реакций
ПризнакЭкзотермическаяЭндотермическая
Теплотавыделяетсяпоглощается
Тепловой эффект QQQ>0Q > 0Q<0Q < 0
Энтальпия ΔH\Delta HΔH<0\Delta H < 0ΔH>0\Delta H > 0
Теплота в уравнении+393 kJ+393\text{ kJ} (справа)−178 kJ-178\text{ kJ}
ПримерC+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ}CaCO3=CaO+CO2−178 kJCaCO_3 = CaO + CO_2 - 178\text{ kJ}

QQ и ΔH\Delta H всегда имеют противоположные знаки.

Термохимические уравнения и тепловой эффект на 1 моль
УравнениеQQ на 1 моль
C+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ}393 kJ (1 моль C)
S+O2=SO2+297 kJS + O_2 = SO_2 + 297\text{ kJ}297 kJ (1 моль S)
2H2+O2=2H2O+572 kJ2H_2 + O_2 = 2H_2O + 572\text{ kJ}286 kJ (1 моль H2H_2)
CH4+2O2=CO2+2H2O+890 kJCH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O + 890\text{ kJ}890 kJ (1 моль CH4CH_4)
2C+O2=2CO+221 kJ2C + O_2 = 2CO + 221\text{ kJ}110,5 kJ (1 моль CO)

QQ прямо пропорционален количеству вещества: Q=n⋅QmolQ = n \cdot Q_{\text{mol}}.

✎Тепловой эффект по массе: сгорание 6 г углерода
  1. 1Уравнение: C+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ} (393 kJ на 1 моль C)
  2. 2Количество молей: n=m/M=6/12=0,5 моль Cn = m/M = 6/12 = 0{,}5\text{ моль C}
  3. 3Теплота: Q=n⋅Qmol=0,5⋅393=196,5 kJQ = n \cdot Q_{\text{mol}} = 0{,}5 \cdot 393 = 196{,}5\text{ kJ}
  4. 4Ответ: Выделяется 196,5 кДж теплоты.
✎Тепловой эффект реакции C+12O2=COC + \frac{1}{2}O_2 = CO по закону Гесса
  1. 1Дано: C+O2=CO2+393 kJC + O_2 = CO_2 + 393\text{ kJ}; 2CO+O2=2CO2+566 kJ2CO + O_2 = 2CO_2 + 566\text{ kJ}
  2. 2Теплота сгорания CO: На 1 моль CO: 566/2=283 kJ566/2 = 283\text{ kJ}
  3. 3Вычитание: Q(C→CO)=393−283=110 kJQ(C \rightarrow CO) = 393 - 283 = 110\text{ kJ}
  4. 4Ответ: В реакции C+12O2=COC + \frac{1}{2}O_2 = CO выделяется 110 кДж.
⚠️Внимание

QQ и ΔH\Delta H имеют противоположные знаки: в экзотермической реакции Q>0Q > 0, ΔH<0\Delta H < 0; в эндотермической Q<0Q < 0, ΔH>0\Delta H > 0. Комбинация Q<0Q < 0, ΔH<0\Delta H < 0 невозможна.

🚫Частая ошибка

Если уравнение записано на 2 моль, для нахождения теплоты на 1 моль разделите эффект на 2: в уравнении 2H2+O2=2H2O+572 kJ2H_2 + O_2 = 2H_2O + 572\text{ kJ} на 1 моль H2H_2 приходится 572/2=286 kJ572/2 = 286\text{ kJ}.

🚫Частая ошибка

Не забывайте учитывать чистоту угля: в 20 г угля с содержанием 90% C чистого углерода лишь 18 г → n=18/12=1,5 мольn = 18/12 = 1{,}5\text{ моль} → 1,5⋅393=589,5 kJ1{,}5 \cdot 393 = 589{,}5\text{ kJ}.

⚠️Внимание

При применении закона Гесса не складывайте теплоты бездумно; тепловой эффект реакции = сумма теплот образования продуктов − сумма теплот образования реагентов.

💡Заметка

Переход от объёма газа к молям: при стандартных условиях n=V/22,4n = V/22{,}4. Например, 11,2 л CH4CH_4 → 0,5 моль0{,}5\text{ моль} → 0,5⋅890=445 kJ0{,}5 \cdot 890 = 445\text{ kJ}.

Правила

  1. 1В экзотермической реакции теплота выделяется (Q>0Q > 0, ΔH<0\Delta H < 0); в эндотермической — поглощается (Q<0Q < 0, ΔH>0\Delta H > 0).
  2. 2В термохимическом уравнении указываются агрегатные состояния и тепловой эффект (кДж) включается в уравнение.
  3. 3Тепловой эффект прямо пропорционален количеству вещества (моль): Q=n⋅QmolQ = n \cdot Q_{\text{mol}}; для заданной массы составляется пропорция.
  4. 4Закон Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ, но не от пути превращения.
  5. 5Тепловой эффект реакции = сумма теплот образования продуктов − сумма теплот образования реагентов.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс