Что такое экзотермическая реакция и эндотермическая реакция
Экзотермические и эндотермические реакции.
Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей,поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты,света, работы расширения образовавшихся газов.
По признаку выделения или поглощения теплоты реакции делятся на экзотермические и эндотермические.
— химическая реакция, при которой происходит выделение теплоты.
Например, в реакции горения метана
Тот факт, что в этой реакции выделяется теплота, можно отразить в уравненииреакции:
Это так называемое
Здесь символ «+Q» означает,что при сжигании метана выделяется теплота. Эта теплота называется
Термохимическое уравнение реакции
— уравнение реакции, включающее тепловой эффект реакции, рассчитанный на количества вещества, задаваемые коэффициентами этого уравнения.
Тепловой эффект таких реакций отрицательный.
Наряду с тепловым эффектом термохимические процессы очень часто характеризуют разностью энтальпий ∆H продуктов реакции и исходных веществ.
— это определенное свойство вещества, оно является мерой энергии, накапливаемойвеществом при его образовании.
Процессы, протекающие при постоянном давлении,встречаются гораздо чаще, чем те, которые протекают при постоянном объеме, так как большинство из них проводится в открытых сосудах. Доказано, что в химических процессах, протекающих при постоянном давлении, выделившееся (или поглощенное) тепло есть мера уменьшения (или соответственно увеличения) энтальпии реакции ∆ H.
Термохимические уравнения.
На первых этапах изучения химии вы часто пользовались равным по абсолютной величине и противоположным по знаку обозначением,например:
В справочных таблицах обычно приводят не значениявеличины Q, а значения величины ∆H, измеренные приопределенных условиях (чаще всего при 298 К); их обозначают ∆H0.
Теплота образования химических соединений.
Теплотой образования соединения называется количество теплоты, которое выделяется или поглощаетсяпри образовании одного моля химического соединения из простых веществ пристандартных условиях (р = 10 5 Па, T = 298 К).
Тепловые эффекты химической реакции. Основные законы термохимии.
Количество теплоты, которое выделяется или поглощается врезультате реакций между определенными количествами реагентов, называют тепловым эффектом химическойреакции и обычно обозначают символом Q.
вещества называется тепловой эффект сгорания 1 моля этого вещества
Изменение энтальпии ∆Н зависит отдавления и температуры. Поэтому для того, чтобы облегчить сравнениетермохимических данных для различных реакций, были приняты определенныестандартные состояния (условия).
При написании термохимических уравнений твердое вещество, жидкость и газобязательно обозначаются символами (тв), (ж) и (г) соответственно, посколькуизменение энтальпии зависит от агрегатного состояния реагирующих веществ ипродуктов реакции.
Стандартное состояние всегда относится к 298 К.
Так, например,термохимическое уравнение образования воды из водорода и кислорода записываетсяследующим образом:
Значение 286 кДж является теплотой образования воды встандартных условиях и означает, что при образовании 1 моля воды выделяется 286 кДж теплоты: Отметим, что значение теплоты образования газообразнойводы уже будет иным.
Закон Гесса и его следствия.
Важнейшим законом, на котором основано большинство термохимических расчетов, является закон Гесса (его называют также законом суммы тепловых эффектов).
Тепловой эффект химической реакции зависит от состояния исходных веществ и продуктов реакции, но не зависит от промежуточных стадий реакций.
Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения
Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.
Химические реакции протекают либо с выделением теплоты, либо с поглощением теплоты.
Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты (теплота указывается со знаком «+»). Эндотермические реакции – с поглощением теплоты (теплота Q указывается со знаком «–»).
Тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы вследствие протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реагентов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции.
При протекании химических реакций наблюдаются некоторые закономерности, которые позволяют определить знак теплового эффекта химической реакции:
Например, после поджигания горение угля протекает самопроизвольно, реакция экзотермическая:
Например, разложение нитрата калия сопровождается поглощением теплоты:
Например, горение амиака (взаимодействие активных, неустойчивых веществ — аммиака и кислорода) приводит к образованию устойчивых веществ – азота и воды. Следовательно, реакция экзотермическая:
Количество теплоты обозначают буквой Q, измеряют в кДж (килоджоулях) или Дж (джоулях).
Количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, пропорционально количеству вещества, вступившего в реакцию.
Например, рассмотрим термохимическое уравнение сгорания водорода:
Из термохимического уравнения видно, что 484 кДж теплоты выделяются при сгорании 2 моль водорода, 1 моль кислорода. Также можно сказать, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты.
Теплота образования вещества – количество теплоты, выделяющееся при образовании 1 моль данного вещества из простых веществ.
Например, при сгорании алюминия:
теплота образования оксида алюминия равна 1675 кДж/моль. Если мы запишем термохимическое уравнение без дробных коэффициентов:
теплота образования Al2O3 все равно будет равна 1675 кДж/моль, т.к. в термохъимическом уравнении приведен тепловой эффект образования 2 моль оксида алюминия.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при горении 1 моль данного вещества.
Например, при горении метана:
теплота сгорания метана равна 802 кДж/моль.
Разберемся, как решать задачи на термохимические уравнения (задачи на термохимию) из ЕГЭ. Для этого разберем несколько примеров термохимических задач.
1. В результате реакции, термохимическое уравнение которой:
получено 98 л (н.у.) оксида азота (II). Определите количество теплоты, которое затратили при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых.).
Решение.
Из термохимического уравнения видно, что на образование 2 моль оксида азота (II) потребуется 180 кДж теплоты. 2 моль оксида азота при н.у. занимают объем 44,8 л. Составляем простую пропорцию:
на получение 44,8 л оксида азота (II) затрачено 180 кДж теплоты,
на получение 98 л оксида азота затрачено х кДж теплоты.
Отсюда х= 180*98/44,8 = 393,75 кДж. Округляем ответ до целых, как требуется в условии: Q=394 кДж.
Ответ: потребуется 394 кДж теплоты.
2. В результате реакции, термохимическое уравнение которой
выделилось 1452 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.)
Решение.
Из термохимического уравнения видно, что при образовании 2 моль воды выделится 484 кДж теплоты. Масса 2 моль воды равна 36 г. Составляем простую пропорцию:
при образовании 36 г воды выделится 484 кДж теплоты,
при образовании х г воды выделится 1452 кДж теплоты.
Отсюда х= 1452*36/484 = 108 г.
Ответ: образуется 108 г воды.
3. В результате реакции, термохимическое уравнение которой
израсходовано 80 г серы. Определите количество теплоты, которое выделится при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых).
Решение.
Из термохимического уравнения видно, что при сгорании 1 моль серы выделится 296 кДж теплоты. Масса 1 моль серы равна 32 г. Составляем простую пропорцию:
при сгорании 32 г серы выделится 296 кДж теплоты,
при сгорании 80 г серы выделится х кДж теплоты.
Отсюда х= 80*296/32 = 740 кДж.
Ответ: выделится 740 кДж теплоты.
Урок №3. Тепловой эффект химических реакций. Экзо- и эндотермические реакции
I. Тепловой эффект химической реакции.
В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.
2 H 2 (г) + O 2 (г) = 2 H 2 О(ж) + 572 кДж
2 H 2 (г) + O 2 (г) = 2 H 2 О(ж) + Q
Реакции протекающие с выделением энергии называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского «экзо» – наружу). Например, горение метана:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q
C + H 2 O = CO + H 2 – Q
Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов.
Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы (рис.).
Допустим, вам известна работа (в кДж), которую придется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты, известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затраты энергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода, которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива и окислителя?
В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции. В энергетике с помощью теплот сгорания топлива рассчитывают выработку тепловой энергии.
I. Расчёты по термохимическим уравнениям (ТХУ)
Классификация реакций
Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.
По характеру процесса
Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно сложное вещество. Примеры:
В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:
В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:
К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами. Часто обмен происходит анионами/катионами:
AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО, принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.
ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».
Обратимые и необратимые реакции
Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):
Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.
Примеры необратимых реакций:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (образуется вода)
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 (сопровождается выделением большого количества тепла)
Реакции и агрегатное состояние фаз
Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой, твердой и газообразной.
К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество, твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:
К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.
Реакции и их тепловой эффект
NaOH + HCl = NaCl + H2O + 56 кДж
К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.
Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при котором тепло поглощается:
Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.
Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания» в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH 0, так как внутренняя энергия веществ увеличивается. Например:
CaCO3 = CaO + CO2↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)
Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик») является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
«Тепловой эффект реакции. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимические уравнения.»
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «УЧЕБНО-ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС «ГАРМОНИЯ» ГОРОДА ДОНЕЦКА»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО УРОКА
ПО ХИМИИ ДЛЯ 11 КЛАССА НА ТЕМУ:
«Тепловой эффект реакции. Экзотермические и эндотермические реакции. Термохимические уравнения.»
Дикань Ирина Владимировна
Учитель химии «Муниципального общеобразовательного учреждения
«Учебно-воспитательного комплекса «Гармония» г.Донецка»
ТЕМА УРОКА: ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ РЕАКЦИИ. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ И ЭНДОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ.
Обучающая цель – расширить представление о химических реакциях на примере эндотермических и экзотермических реакций. Ознакомить учеников с понятием «тепловой эффект химической реакции», термохимические уравнения.
Развивающая цель – развивать у учащихся умение наблюдать, анализировать природные явления и проводимый химический эксперимент; совершенствовать навыки ведения наблюдений, устанавливать причинно-следственные связи, делать выводы и заключения. развивать навыки и умения составлять термохимические уравнения реакций
Воспитательная цель – воспитывать у учащихся коммуникативных навыков,чувства товарищества и взаимопомощи, умение работать в парах. Выполняя лабораторные опыты соблюдать технику безопасности ; воспитывать бережливое отношение к окружающей среде, культуру общения и умения сотрудничать в коллективе.
Тип урока : комбинированный урок усвоения знаний, умений и навыков,и творческого приложения, их на практике.
Оборудование: Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, таблица растворимости, ряд активности металлов, плакат с правилами техники безопасности в кабинете химии.
Демонстрация: Реакции екзотермические, ендотэрмические.
Проверка домашнего задания
Актуализация опорных знаний
Что такое степень окисления? Какие правила необходимо вспомнить, чтобы определить степень окисления атомов в веществе? Расставьте степень окисления в веществах. HN 3 ; NO ; N 2 O 3 ; NO 2 ; NHO 3 ; HNO 2 ; H 2 SO 4 ; K 2 MnO 4
Расставьте степень окисления атомов в веществах. Какие атомы являются окислителями, а какие восстановителями?
б) N 0 – 3 N +3 /восстановление /
Где идет процесс окисление,а где восстановление?
1.Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса. Укажите окислители и восстановители.
2. Запишите уравнение реакций, укажите среди них уравнение ОВР. Последнее запишите в ионной форме.
3.Осуществите превращение. Укажите среди уравнения ОВР. Последнее уравнение запишите в ионной форме.
IV . Изучение нового материала.
Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения.
2 Mg + O 2 = 2 MgO + Q ;
2 HI + Cl 2 = I 2 +2 HCl + Q
N 2 + O 2 = 2 NO – 180 кДЖ
*Тепловой эффект показывает разницу между внутренней энергии исходных веществ и продуктов реакции:
*Термохимическое уравнение – уравнение в котором определенно тепловой эффект химической реакции:
V . Обобщение и систематизация полученных знаний.
Задача 1. Вычислите, какое количество тепла выделится при сжигании 3м 3 метана, если термохимическое уравнение горения метана:
V CH 4 =3м 3 134 моль – x кДж
Ответ: Q = 119394 кДж
Задача 2. Вычислите количество теплоты, которое нужно потратить на розложение NH 3 количеством вещества 6 моль, если тепловой эффект реакции составляет 92 кДж.
Задача 3. Какое количество теплоты выделится при сгорании 500 г угля, если тепловой эффект реакции 394 кДж?
Вариант № 1 Вычислите количество теплоты, которое выделится при горении серы массой 32 г, если тепловой эффект реакции 310 кДж.
Вариант № 3 Вычислите количество теплоты, которое выделится при горении водорода массой 100 г, если тепловой эффект реакции 484 кДж.
Вариант № 4 При сжигании 26 г ацетилена выделилось 1299,2 кДж теплоты. Найдите тепловой эффект реакции:
Задача № 5. Какой объем кислорода (при н.у.) выделится в результате реакции, термохимическое уравнение которой
2KClO3 = 2KCl + 3O2 – 91 кДж,
если на разложение бертолетовой соли было затрачено 182 кДж теплоты.
При выполнении работы осуществляется индивидуальная помощь учителя.
Первые 3 работы оцениваются.Устная проверка ( 2 ученика комментируют решение )
Что сегодня вам показалось самым интересным?
Что понравилось в нашей работе и что не понравилось?
По учебнику § 12 № 4,9,10.
1. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. 11 класс: учеб. для общеобразовательных организаций: базовый уровень. – М.: Просвещение, 2016. – 224 с.
2. Денисова В. Г. Химия 11 класс: Поурочные планы [Текст]: учеб. пособие для преподавателей / В. Г Денисова :- Волгоград.: «Учитель», 2003. – 208 с.
4. Материалы сети интернет.
Представьте себя химиком- технологом на заводе и охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам. Предложите условия, при которых скорость реакции будет максимальной.
Представьте себя химиком- технологом на заводе и охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам. Предложите условия, при которых скорость реакции будет максимальной.
Представьте себя химиком- технологом на заводе и охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам. Предложите условия,при которых скорость реакции будет максимальной.
Представьте себя химиком- технологом на заводе и охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам. Предложите условия,при которых скорость реакции будет максимальной.
Представьте себя химиком- технологом на заводе и охарактеризуйте химическую реакцию по всем известным вам признакам. Предложите условия,при которых скорость реакции будет максимальной.
2 Z n + O 2 = 2 Z n O + Q кДж ΔH