Тепловой эффект. Термохимические уравнения

5 терминов · 10 заданий

В теме 5.1 мы разделили реакции на экзотермические и эндотермические. Теперь научимся говорить о теплоте реакции количественно: сколько её выделяется при сгорании газа в плите, сколько нужно затратить, чтобы разложить известняк. Это важно и для инженеров, которые рассчитывают печи и двигатели, и для диетологов, которые считают калории.

Откуда берётся теплота реакции

При реакции одни химические связи разрываются, другие образуются. На разрыв связей энергия затрачивается, при образовании новых связей она выделяется. Если новые связи в продуктах прочнее старых связей в реагентах, энергии выделяется больше, чем затрачено, и реакционная смесь нагревается. Если слабее — энергия поглощается из окружающей среды.

Тепловой эффект реакции

Тепловой эффект реакции \(Q\) — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции; его измеряют в килоджоулях (кДж). У экзотермических реакций тепловой эффект положителен, у эндотермических — отрицателен.

Энергия реагентов и продуктов: при экзотермической реакции теплота выделяется, при эндотермической — поглощается

Экзотермические и эндотермические реакции

Экзотермическая реакция идёт с выделением теплоты, её тепловой эффект записывают со знаком плюс (+Q). Экзотермичны все реакции горения, реакции нейтрализации, соединение активных металлов с неметаллами. Эндотермическая реакция идёт с поглощением теплоты, её тепловой эффект записывают со знаком минус (−Q). Эндотермичны большинство реакций разложения и соединение азота с кислородом.

\[ \ce{C + O2 -> CO2} + 394\ \text{кДж}, \qquad \ce{CaCO3 -> CaO + CO2} - 178\ \text{кДж} \]

В старших классах и в вузах тепловой эффект часто записывают иначе, через изменение энтальпии \(\Delta H\), и тогда у экзотермической реакции \(\Delta H\) отрицательно. На ОГЭ используют запись с \(Q\).

Термохимическое уравнение

Термохимическое уравнение — это уравнение реакции, в котором указан её тепловой эффект. Коэффициенты в нём означают количества веществ в молях, поэтому здесь допустимы и дробные коэффициенты. Указанная теплота относится именно к тем количествам веществ, которые записаны в уравнении:

\[ \ce{2H2 + O2 -> 2H2O} + 572\ \text{кДж}, \qquad \ce{H2 + 1/2O2 -> H2O} + 286\ \text{кДж} \]

Первое уравнение означает, что при сгорании 2 моль водорода в 1 моль кислорода выделяется 572 кДж; для 1 моль водорода теплоты вдвое меньше. В термохимических уравнениях важны и агрегатные состояния веществ: при образовании жидкой воды выделяется больше теплоты, чем при образовании пара, ведь при конденсации пара теплота тоже выделяется.

Знак теплового эффекта обратной реакции

Если реакция в одном направлении выделяет теплоту, то обратная реакция поглощает ровно столько же. Знак теплового эффекта обратной реакции противоположен, а величина та же: чтобы разложить 2 моль воды на водород и кислород, нужно затратить 572 кДж.

\[ \ce{2H2O -> 2H2 + O2} - 572\ \text{кДж} \]

Из истории. Это правило установили в 1780 году Антуан Лавуазье и Пьер Симон Лаплас, измерявшие теплоту реакций в ледяном калориметре по количеству растаявшего льда. А основной закон термохимии открыл в 1840 году петербургский академик Герман Иванович Гесс: тепловой эффект реакции не зависит от того, в одну стадию она идёт или в несколько. Гесса называют основателем термохимии.

Ловушка ОГЭ. Тепловой эффект в уравнении относится ко всем коэффициентам сразу: в уравнении \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O} + 572\) кДж теплота 572 кДж выделяется при сгорании 2 моль водорода, а не 1 моль. Эндотермическая реакция требует постоянного подвода энергии: разложение известняка прекращается, как только прекращают нагрев.

Разбор задания. Термохимическое уравнение гашения извести: \(\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2} + 65\) кДж. Экзотермическая или эндотермическая это реакция? Сколько теплоты нужно затратить, чтобы разложить 1 моль гидроксида кальция на оксид кальция и воду?

Решение. Тепловой эффект положителен, значит, реакция экзотермическая: гашёная известь сильно разогревается. Разложение гидроксида кальция — обратная реакция, её тепловой эффект равен −65 кДж на 1 моль, то есть 65 кДж нужно затратить.

Ответ: экзотермическая; 65 кДж.

Закрепите теорию: 5 терминов и 10 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward