Тепловой эффект по энергиям связей
Как посчитать ΔH
Разрыв связи требует энергии, образование — выделяет. Разница и есть тепловой эффект.
Как оценить ΔH по энергиям связей
- Выпишите связи, которые рвутся, и сложите их энергии.
- Выпишите связи, которые образуются, и сложите их энергии.
- \(\Delta H = \sum E(\text{разорванных}) - \sum E(\text{образованных})\).
- Связи, которые не меняются, не учитывайте.
| 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 |
Примеры
1. Хлорирование метана. Рвутся C–H (439) и Cl–Cl (243), образуются C–Cl (350) и H–Cl (431): \(\Delta H = 682 - 781 = -99\) кДж/моль.
2. Бромирование метана. \(439 + 193 - 293 - 366 = -27\) кДж/моль — гораздо менее выгодно.
3. 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
По энергиям связей можно оценить каждую стадию цепи и понять, почему одни реакции идут, а другие нет.
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 \(\Delta H\).
Примеры
1. Хлорирование метана. Отрыв водорода: \(+8\); атака \(\ce{CH3.}\) на \(\ce{Cl2}\): \(243 - 350 = -107\). Обе стадии идут легко — цепь длинная.
2. Бромирование. Отрыв водорода: \(+73\) — медленно; поэтому бром селективнее хлора (урок 79).
3. Иодирование. Отрыв водорода атомом иода: \(439 - 298 = +141\) — практически не идёт.
4. Фторирование. Обе стадии сильно экзотермичны — реакция неуправляема.
errorЭнергия активации не меньше ΔH
Если стадия эндотермична на 141 кДж/моль, её барьер не может быть меньше 141 — 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 %.