Тепловой эффект по энергиям связей

8 заданий

Как посчитать ΔH

linkОпора

Урок 7. Длины и энергии связей — сравнивать длины и прочность связей по кратности и гибридизации
Урок 74. Энергия и органические реакции: ΔH, ΔG и K — связывать ΔG с константой равновесия и направлением реакции

В уроке 75 связи рвались и образовывались. На разрыв связи энергия тратится, при образовании — выделяется, и разница между ними и есть тепловой эффект. Поэтому энергии связей из урока 7 позволяют оценить энтальпию из урока 74 без калориметра.

Как оценить ΔH по энергиям связей

Выпишите связи, которые рвутся, и сложите их энергии.
Выпишите связи, которые образуются, и сложите их энергии.
Вычтите по формуле ниже.
Связи, которые не меняются, не учитывайте.

\[\Delta H = \sum E(\text{разорванных}) - \sum E(\text{образованных})\]

Связь	кДж/моль	Связь	кДж/моль
\(\ce{C-H}\) (в метане)	439	\(\ce{Cl-Cl}\)	243
\(\ce{C-Cl}\)	350	\(\ce{Br-Br}\)	193
\(\ce{C-Br}\)	293	\(\ce{H-Cl}\)	431
\(\ce{C=C}\) (π-часть)	266	\(\ce{H-Br}\)	366

Бромирование метана: две связи рвутся, две образуются

Примеры

1. Бромирование метана \(\ce{CH4 + Br2 -> CH3Br + HBr}\): \(439 + 193 - 293 - 366 = -27\) кДж/моль.

2. Бром и этилен. Рвутся π-связь (266) и Br–Br (193), образуются две связи C–Br (средняя энергия 285): \(459 - 570 = -111\) кДж/моль.

errorЗнак: разорванные минус образованные

Не перепутайте порядок: \(\Delta H = \sum E_{\text{разорв}} - \sum E_{\text{образ}}\). Если перепутать, экзотермическая реакция окажется эндотермической.

edit_noteПопробуйте сами

Оцените \(\Delta H\) стадии \(\ce{Cl. + CH4 -> HCl + CH3.}\).

expand_moreПоказать решение

Рвётся C–H (439), образуется H–Cl (431): \(\Delta H = 439 - 431 = +8\) кДж/моль.

Энергетика стадий механизма

Ту же формулу применяют не только к реакции в целом, но и к каждой её стадии механизма. Так становится видно, почему одни цепные реакции идут легко, а другие не идут совсем.

Как оценить стадии

Разбейте реакцию на стадии механизма.
Для каждой посчитайте \(\Delta H\).
Эндотермическая стадия с большим \(\Delta H\) медленная: её энергия активации не меньше \(\Delta H\).

\[E_a \geqslant \Delta H_{\text{стадии}}\]

Две стадии роста цепи хлорирования метана и их ΔH

Примеры

1. Хлорирование метана. Отрыв водорода \(\ce{Cl. + CH4}\): \(+8\); атака \(\ce{CH3.}\) на \(\ce{Cl2}\): \(-107\). Обе стадии идут легко — цепь длинная.

2. Бромирование \(\ce{CH4 + Br2}\). Отрыв водорода атомом брома заметно эндотермичен (связь H–Br слабее связи C–H) — это медленная стадия; поэтому бром селективнее хлора (урок 79).

3. Иодирование \(\ce{CH4 + I2}\). Связь H–I ещё слабее: отрыв водорода атомом иода сильно эндотермичен — цепь практически не идёт.

4. Фторирование \(\ce{CH4 + F2}\). Обе стадии сильно экзотермичны — реакция неуправляема.

errorЭнергия активации не меньше ΔH

Если стадия эндотермична на 140 кДж/моль, её барьер не может быть меньше 140 — она слишком медленная для цепи.

edit_noteПопробуйте сами

Оцените \(\Delta H\) стадии \(\ce{CH3. + Br2 -> CH3Br + Br.}\) (\(E(\ce{Br-Br}) = 193\), \(E(\ce{C-Br}) = 293\)).

expand_moreПоказать решение

\(193 - 293 = -100\) кДж/моль.

push_pinГлавное

\(\Delta H = \sum E(\text{разорванных}) - \sum E(\text{образованных})\). Считают только связи, которые меняются. Отрицательная \(\Delta H\) — реакция экзотермична. Энергии связей — средние значения, поэтому результат — оценка.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.