التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي. المعادلات الكيميائية الحرارية

المشكلة 10.1.باستخدام المعادلة الكيميائية الحرارية: 2H2 (ز) + O2 (ز) = 2H2O (ز) + 484 كيلوجول، أوجد كتلة الماء المتكون إذا تم إطلاق طاقة مقدارها 1479 كيلوجول.

حل.نكتب معادلة التفاعل بالصيغة:

لدينا
س = (2 مول 1479 كيلوجول) / (484 كيلوجول) = 6.11 مول.
أين
m(H2O) = v M = 6.11 مول 18 جم/مول = 110 جم
إذا كان بيان المشكلة لا يشير إلى كمية المادة المتفاعلة، ولكنه يشير فقط إلى تغير في كمية معينة (الكتلة أو الحجم)، والتي، كقاعدة عامة، تتعلق بخليط من المواد، فمن المناسب إدخال مصطلح إضافي في معادلة التفاعل المقابلة لهذا التغيير.

المشكلة 10.2.إلى خليط 10 لتر (N.O.) من الإيثان والأسيتيلين، تمت إضافة 10 لتر (N.O.) من الهيدروجين. تم تمرير الخليط فوق محفز بلاتيني ساخن. وبعد وصول نواتج التفاعل إلى الظروف الأولية أصبح حجم الخليط 16 لترا. حدد الجزء الكتلي من الأسيتيلين في الخليط.

حل.يتفاعل الهيدروجين مع الأسيتيلين، ولكن ليس مع الإيثان.
ج2 ح6 + ح22 ≠
ج 2 ح 2 + 2 ح 2 → ج 2 ح 6
في هذه الحالة، ينخفض ​​حجم النظام بمقدار
ΔV = 10 + 10 – 16 = 4 لتر.
يرجع الانخفاض في الحجم إلى حقيقة أن حجم المنتج (C 2 H 6) أقل من حجم الكواشف (C 2 H 2 و H 2).
لنكتب معادلة التفاعل بإدخال التعبير ΔV.
إذا تفاعل 1 لتر من C2H2 و2 لتر من H2، وتشكل 1 لتر من C2H6، فإن
ΔV = 1 + 2 - 1 = 2 لتر.


ومن المعادلة يتضح ذلك
V(C 2 H 2) = س = 2 لتر.
ثم
V(C 2 H 6) = (10 - س) = 8 لتر.
من التعبير
م / م = الخامس / الخامس م
لدينا
م = م الخامس / الخامس م
م(ج 2 ح 2) = م الخامس / الخامس م= (26 جم/مول 2 لتر) / (22.4 لتر/مول) = 2.32 جم،
م(ج 2 ح 6) = م الخامس / الخامس م،
م(خليط) = م(C2H2) + م(C2H6) = 2.32 جم + 10.71 جم = 13.03 جم,
ث(C2H2) = م(C2H2) / م(خليط) = 2.32 جم / 13.03 جم = 0.18.

المشكلة 10.3.وُضعت صفيحة حديدية كتلتها 52.8 g في محلول من كبريتات النحاس (II). أوجد كتلة الحديد المذاب إذا أصبحت كتلة اللوحة 54.4 جم.

حل.التغير في كتلة اللوحة يساوي:
Δm = 54.4 - 52.8 = 1.6 جم.
دعونا نكتب معادلة التفاعل. يمكن ملاحظة أنه إذا ذاب 56 جم من الحديد من اللوحة، فسيتم ترسيب 64 جم من النحاس على اللوحة وسيصبح وزن اللوحة 8 جم:


انه واضح
م(الحديد) = س = 56 جم 1.6 جم / 8 جم = 11.2 جم.

المشكلة 10.4.في 100 جم من محلول يحتوي على خليط من حمضي الهيدروكلوريك والنيتريك، يذوب حد أقصى قدره 24.0 جم من أكسيد النحاس الثنائي. بعد تبخر المحلول وتكليس المتبقي تكون كتلته 29.5 جم، اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث وحدد الجزء الكتلي لحمض الهيدروكلوريك في المحلول الأصلي.

حل.لنكتب معادلات التفاعل:
CuO + 2НCl = CuСl 2 + H2O (1)
CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + H2O (2)
2Сu(NO 3) 2 = 2СuО + 4NO 2 + O 2 (3)
يمكن ملاحظة أن الزيادة في الكتلة من 24.0 جم إلى 29.5 جم ترتبط فقط بالتفاعل الأول، لأن أكسيد النحاس المذاب في حمض النيتريك وفقًا للتفاعل (2)، أثناء التفاعل (3) تحول مرة أخرى إلى أكسيد النحاس من نفس الكتلة. إذا تفاعل أثناء التفاعل (1) 1 مول من CuO وزنه 80 جم وتشكل 1 مول من CuCl 2 وزنه 135 جم، فإن الكتلة ستزيد بمقدار 55 جم. مع الأخذ في الاعتبار أن كتلة 2 مول من حمض الهيدروكلوريك هي 73 جم، فسنقوم بذلك اكتب المعادلة (1) مرة أخرى، مع إضافة التعبير Δm.

انه واضح
م (حمض الهيدروكلوريك) = س = 73 جم 5.5 جم / 55 جم = 7.3 جم.
أوجد الجزء الكتلي للحمض:
ث (حمض الهيدروكلوريك) = م (حمض الهيدروكلوريك) / م الحل =
= 7.3 جم / 100 جم = 0.073.

ستتعرف من مواد الدرس على معادلة التفاعل الكيميائي التي تسمى الكيمياء الحرارية. الدرس مخصص لدراسة خوارزمية الحساب لمعادلة التفاعل الكيميائي الحراري.

الموضوع: المواد وتحولاتها

الدرس: الحسابات باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية

تحدث جميع التفاعلات تقريبًا مع إطلاق الحرارة أو امتصاصها. تسمى كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي.

إذا كتب التأثير الحراري في معادلة التفاعل الكيميائي فتسمى هذه المعادلة كيميائي حراري.

في المعادلات الكيميائية الحرارية، على عكس المعادلات الكيميائية العادية، يجب الإشارة إلى الحالة الإجمالية للمادة (الصلبة والسائلة والغازية).

على سبيل المثال، تبدو المعادلة الكيميائية الحرارية للتفاعل بين أكسيد الكالسيوم والماء كما يلي:

CaO (s) + H 2 O (l) = Ca (OH) 2 (s) + 64 كيلوجول

تتناسب كمية الحرارة Q المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل الكيميائي مع كمية مادة المادة المتفاعلة أو المنتج. ولذلك، باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية، فمن الممكن أن تنتج حسابات مختلفة.

دعونا نلقي نظرة على أمثلة لحل المشكلات.

مهمة 1:تحديد كمية الحرارة المستهلكة في تحلل 3.6 جم من الماء وفقًا لـ TCA لتفاعل تحلل الماء:

يمكنك حل هذه المشكلة باستخدام النسبة:

أثناء تحلل 36 جم من الماء، تم امتصاص 484 كيلوجول

أثناء التحلل تم امتصاص 3.6 جم من الماء x كيلو جول

وبهذه الطريقة يمكن كتابة معادلة التفاعل. الحل الكاملتظهر المهمة في الشكل 1.

أرز. 1. صياغة الحل للمشكلة 1

يمكن صياغة المشكلة بطريقة تحتاج إلى إنشاء معادلة كيميائية حرارية للتفاعل. دعونا نلقي نظرة على مثال لهذه المهمة.

المشكلة 2: عند تفاعل 7 جم من الحديد مع الكبريت، يتم إطلاق 12.15 كيلو جول من الحرارة. بناءً على هذه البيانات، أنشئ معادلة كيميائية حرارية للتفاعل.

ألفت انتباهكم إلى أن الإجابة على هذه المشكلة هي المعادلة الكيميائية الحرارية للتفاعل نفسه.

أرز. 2. إضفاء الطابع الرسمي على حل المشكلة 2

1. مجموعة مسائل وتمارين في الكيمياء: الصف الثامن: للكتب المدرسية. ب.أ. أورجيكوفسكي وآخرون. الصف الثامن "/ ب.أ. أورجيكوفسكي ، ن.أ. تيتوف، ف. هيجل. - م: أ.س.ت: أسترل، 2006. (ص 80-84)

2. الكيمياء: غير عضوية. الكيمياء: كتاب مدرسي. للصف الثامن تعليم عام مؤسسة / ج. رودزيتيس ، ف. فيلدمان. - م: التعليم، OJSC "كتب موسكو المدرسية"، 2009. (§23)

3. موسوعة للأطفال. المجلد 17. الكيمياء / الفصل . إد.ف.أ. فولودين، فيد. علمي إد. آي لينسون. - م: أفانتا+، 2003.

موارد الويب الإضافية

1. حل المسائل: الحسابات باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية ().

2. المعادلات الكيميائية الحرارية ().

العمل في المنزل

1) ص. 69 مشكلة رقم 1،2من الكتاب المدرسي "الكيمياء: غير عضوية". الكيمياء: كتاب مدرسي. للصف الثامن تعليم عام مؤسسة." / ج. رودزيتيس ، ف. فيلدمان. - م: التعليم، OJSC "كتب موسكو المدرسية"، 2009.

2) ص 80-84 رقم 241، 245من مجموعة مسائل وتمارين في الكيمياء: الصف الثامن: للكتب المدرسية. ب.أ. أورجيكوفسكي وآخرون. الصف الثامن "/ ب.أ. أورجيكوفسكي ، ن.أ. تيتوف، ف. هيجل. - م: أ.س.ت: أسترل، 2006.

أي تفاعل كيميائي يكون مصحوبًا بإطلاق أو امتصاص الطاقة على شكل حرارة.

على أساس إطلاق أو امتصاص الحرارة، فإنها تتميز طارد للحرارةو ماص للحرارةتفاعلات.

طاردة للحرارةالتفاعلات هي تفاعلات يتم خلالها إطلاق الحرارة (+Q).

التفاعلات الماصة للحرارة هي تفاعلات يتم خلالها امتصاص الحرارة (-Q).

التأثير الحراري للتفاعل (س) هي كمية الحرارة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء تفاعل كمية معينة من الكواشف الأولية.

المعادلة الكيميائية الحرارية هي معادلة تحدد التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي. على سبيل المثال، المعادلات الكيميائية الحرارية هي:

تجدر الإشارة أيضًا إلى أن المعادلات الكيميائية الحرارية يجب أن تتضمن بالضرورة معلومات حول الحالات الإجمالية للكواشف والمنتجات، نظرًا لأن قيمة التأثير الحراري.

حسابات التأثير الحراري للتفاعل

مثال على مشكلة نموذجية للعثور على التأثير الحراري للتفاعل:

عندما يتفاعل 45 جم من الجلوكوز مع الأكسجين الزائد حسب المعادلة

C 6 H 12 O 6 (صلب) + 6O 2 (g) = 6CO 2 (g) + 6H 2 O (g) + Q

تم إطلاق 700 كيلوجول من الحرارة. تحديد التأثير الحراري للتفاعل. (اكتب الرقم إلى أقرب عدد صحيح.)

حل:

دعونا نحسب كمية الجلوكوز:

ن (C 6 H 12 O 6) = م (C 6 H 12 O 6) / M (C 6 H 12 O 6) = 45 جم / 180 جم / مول = 0.25 مول

أولئك. عندما يتفاعل 0.25 mol من الجلوكوز مع الأكسجين، يتم إطلاق 700 كيلو جول من الحرارة. من المعادلة الكيميائية الحرارية المقدمة في الحالة، يترتب على ذلك أن تفاعل 1 مول من الجلوكوز مع الأكسجين ينتج كمية من الحرارة تساوي Q (التأثير الحراري للتفاعل). إذن النسبة التالية صحيحة:

0.25 مول جلوكوز - 700 كيلوجول

1 مول من الجلوكوز - س

ومن هذه النسبة تتبع المعادلة المقابلة:

0.25 / 1 = 700 / س

وبحل ذلك نجد أن:

وبالتالي، فإن التأثير الحراري للتفاعل هو 2800 كيلوجول.

الحسابات باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية

في كثير من الأحيان في مهام امتحان الدولة الموحدةفي الكيمياء الحرارية، قيمة التأثير الحراري معروفة بالفعل، لأن الشرط يعطي المعادلة الكيميائية الحرارية الكاملة.

في هذه الحالة، من الضروري حساب إما كمية الحرارة المنطلقة/الممتصة بكمية معروفة من الكاشف أو المنتج، أو على العكس من ذلك، من قيمة معروفة للحرارة، من الضروري تحديد كتلة أو حجم أو كمية المادة. جوهر أي مشارك في رد الفعل.

مثال 1

وفقا لمعادلة التفاعل الكيميائي الحراري

3Fe 3 O 4 (تلفزيون) + 8Al (تلفزيون) = 9Fe (تلفزيون) + 4Al 2 O 3 (تلفزيون) + 3330 كيلوجول

تم تكوين 68 جم من أكسيد الألومنيوم. ما مقدار الحرارة التي تم إطلاقها؟ (اكتب الرقم إلى أقرب عدد صحيح.)

حل

دعونا نحسب كمية مادة أكسيد الألومنيوم:

ن(Al 2 O 3) = م (Al 2 O 3) / M (Al 2 O 3) = 68 جم / 102 جم / مول = 0.667 مول

وفقًا للمعادلة الكيميائية الحرارية للتفاعل، عند تكوين 4 مولات من أكسيد الألومنيوم، يتم إطلاق 3330 كيلوجول. في حالتنا، يتكون 0.6667 mol من أكسيد الألومنيوم. بعد الإشارة إلى كمية الحرارة المنبعثة في هذه الحالة بواسطة x kJ، نقوم بإنشاء النسبة:

4 مول آل 2 يا 3 - 3330 كيلوجول

0.667 مول آل 2 يا 3 - س كج

هذه النسبة تتوافق مع المعادلة:

4 / 0.6667 = 3330 / س

ولحل ذلك نجد أن x = 555 كيلوجول

أولئك. عندما يتم تكوين 68 جم من أكسيد الألومنيوم وفقًا للمعادلة الكيميائية الحرارية في الحالة، يتم إطلاق 555 كيلوجول من الحرارة.

مثال 2

نتيجة تفاعل تكون معادلة كيميائية حرارية له

4FeS 2 (تلفاز) + 11O 2 (جم) = 8SO 2 (جم) + 2Fe 2 O 3 (تلفاز) + 3310 كيلوجول

تم إطلاق 1655 كيلوجول من الحرارة. تحديد حجم (ل) من ثاني أكسيد الكبريت المنطلق (رقم). (اكتب الرقم إلى أقرب عدد صحيح.)

حل

وفقًا للمعادلة الكيميائية الحرارية للتفاعل، عند تكوين 8 مولات من ثاني أكسيد الكبريت، يتم إطلاق 3310 كيلوجول من الحرارة. في حالتنا، تم إطلاق 1655 كيلوجول من الحرارة. دع كمية SO 2 المتكونة في هذه الحالة تكون x mol. إذن النسبة التالية عادلة:

8 مول SO 2 - 3310 كيلوجول

× مول SO 2 - 1655 كيلوجول

ومنه تأتي المعادلة:

8 / س = 3310 / 1655

وبحل ذلك نجد أن:

وبالتالي، فإن كمية مادة SO 2 المتكونة في هذه الحالة هي 4 مول. وبالتالي فإن حجمه يساوي:

V(SO 2) = V م ∙ ن (SO 2) = 22.4 لتر/مول ∙ 4 مول = 89.6 لتر ≈ 90 لتر(مقربًا إلى أرقام صحيحة، نظرًا لأن ذلك مطلوب في الشرط.)

يمكن العثور على المزيد من المشاكل التي تم تحليلها حول التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي.

مهمة 1.
عند حرق 560 مل (ns) من الأسيتيلين حسب المعادلة الكيميائية الحرارية:
2C 2 H 2 (G) + 5O 2 (G) = 4CO 2 (G) + 2H 2 O (G) + 2602.4 كيلوجول
برزت:
1) 16.256 كيلوجول؛ 2) 32.53 كيلوجول؛ 3) 32530 كيلوجول؛ 4) 16265 كيلوجول
منح:
حجم الأسيتيلين: V(C2H2) = 560 مل.
أوجد: كمية الحرارة المنطلقة.
حل:
لاختيار الإجابة الصحيحة، من الأفضل حساب الكمية المطلوبة في المشكلة ومقارنتها بالخيارات المقترحة. لا يختلف الحساب باستخدام معادلة كيميائية حرارية عن الحساب باستخدام معادلة التفاعل التقليدية. فوق التفاعل نشير إلى بيانات الحالة والكميات المطلوبة، وتحت التفاعل - علاقاتها حسب المعاملات. الحرارة هي أحد النواتج، لذلك نعتبر قيمتها العددية كمعامل.

وبمقارنة الإجابة الواردة مع الخيارات المقترحة نرى أن الإجابة رقم 2 مناسبة.
كانت الحيلة الصغيرة التي قادت الطلاب غير المنتبهين إلى الإجابة غير الصحيحة رقم 3 هي وحدات قياس حجم الأسيتيلين. الحجم المشار إليه في الحالة بالملليلتر كان لا بد من تحويله إلى لتر، حيث يتم قياس الحجم المولي بـ (لتر/مول).

في بعض الأحيان تكون هناك مشكلات حيث يجب تجميع معادلة كيميائية حرارية بشكل مستقل بناءً على قيمة حرارة تكوين مادة معقدة.

المشكلة 1.2.
تبلغ حرارة تكوين أكسيد الألومنيوم 1676 كيلوجول/مول. تحديد التأثير الحراري للتفاعل الذي يحدث فيه تفاعل الألومنيوم مع الأكسجين
25.5 جرام A12O3.
1) 140 كيلوجول؛ 2) 209.5 كيلوجول؛ 3) 419 كيلوجول. 4) 838 كيلوجول.
منح:
حرارة تكوين أكسيد الألومنيوم: Qrev (A1 2 O 3) = = 1676 كيلوجول/مول؛
كتلة أكسيد الألومنيوم الناتج: م(A1 2 O 3) = 25.5 جم.
البحث عن: التأثير الحراري.
حل:
يمكن حل هذا النوع من المشاكل بطريقتين:
الطريقة الأولى
وفقا للتعريف، فإن حرارة تكوين مادة معقدة هي التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي لتشكيل 1 مول من هذه المادة المعقدة من مواد بسيطة.
نكتب تفاعل تكوين أكسيد الألومنيوم من A1 وO2. عند ترتيب المعاملات في المعادلة الناتجة نأخذ في الاعتبار أنه قبل A1 2 O 3 يجب أن يكون هناك معامل "1" وهو ما يعادل كمية المادة الموجودة في 1 مول. في هذه الحالة يمكننا استخدام حرارة التكوين المحددة في الشرط:
2A1 (تلفزيون) + 3/2O 2(ز) -----> A1 2 O 3 (تلفزيون) + 1676 كيلوجول
لقد حصلنا على معادلة كيميائية حرارية.
لكي يظل معامل A1 2 O 3 مساويًا لـ "1"، يجب أن يكون معامل الأكسجين كسريًا.
عند كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية، يُسمح بالمعاملات الكسرية.
نحسب كمية الحرارة التي سيتم إطلاقها أثناء تكوين 25.5 جم من A1 2 O 3:

دعونا نجعل نسبة:
عند استلام 25.5 جم من A1 2 O 3، يتم تحرير x kJ (حسب الحالة)
عند استقبال 102 جم من A12O3، يتم إطلاق 1676 كيلوجول (حسب المعادلة)

الجواب رقم 3 مناسب
عند حل المشكلة الأخيرة في ظل ظروف امتحان الدولة الموحدة، كان من الممكن عدم إنشاء معادلة كيميائية حرارية. دعونا نفكر في هذه الطريقة.
الطريقة الثانية
وفقًا لتعريف حرارة التكوين، يتم إطلاق 1676 كيلوجول عند تكوين 1 mol من A1 2 O 3. كتلة 1 مول من A1 2 O 3 هي 102 جم، لذلك يمكن عمل النسبة:
يتم إطلاق 1676 كيلوجول عند تكوين 102 جم من A1 2 O 3
يتم إطلاق x kJ عند تكوين 25.5 g من A1 2 O 3

الجواب رقم 3 مناسب
الجواب: س = 419 كيلوجول.

المشكلة 1.3.
عند تكوين 2 مول من CuS من مواد بسيطة، يتم إطلاق 106.2 كيلوجول من الحرارة. عند تكوين 288 جم من CuS، تنطلق الحرارة بكمية:
1) 53.1 كيلوجول؛ 2) 159.3 كيلوجول. 3) 212.4 كيلوجول. 4) 26.6 كيلوجول
حل:
أوجد كتلة 2 mol CuS :
م(СuS) = ن(СuS) . م(CuS) = 2. 96 = 192 جم.
في نص الشرط، بدلًا من قيمة كمية المادة CuS، نستبدل كتلة 2 مول من هذه المادة ونحصل على النسبة النهائية:
عند تكوين 192 جم من CuS، يتم إطلاق 106.2 كيلوجول من الحرارة
عند تكوين 288 جم من CuS، تنطلق كمية من الحرارة Xكيلوجول.

الجواب رقم 2 مناسب

يمكن حل النوع الثاني من المشاكل باستخدام قانون العلاقات الحجمية وبدون استخدامه. دعونا نلقي نظرة على كلا الحلين باستخدام مثال.

مهام تطبيق قانون العلاقات الحجمية:

المشكلة 1.4.
حدد حجم الأكسجين (العدد) اللازم لحرق 5 لترات أول أكسيد الكربون(حسنًا.).
1) 5 لتر؛ 2) 10 لتر؛ 3) 2.5 لتر؛ 4) 1.5 لتر.
منح:
حجم أول أكسيد الكربون (ns): VCO) = 5 لتر.
أوجد: حجم الأكسجين (لا): V(O 2) = ؟
حل:
أولًا، عليك إنشاء معادلة للتفاعل:
2CO + O 2 = 2CO
ن = 2 مول ن = 1 مول
نطبق قانون العلاقات الحجمية:

نجد العلاقة من معادلة رد الفعل، و
نحن نأخذ V(CO) من الشرط. باستبدال كل هذه القيم في قانون العلاقات الحجمية نحصل على:

وبالتالي: V(O2) = 5/2 = 2.5 لتر.
الجواب رقم 3 مناسب
بدون استخدام قانون العلاقات الحجمية، يتم حل المشكلة باستخدام الحساب باستخدام المعادلة:

دعونا نجعل نسبة:
5 لتر من ثاني أكسيد الكربون يتفاعل مع x لتر من O2 (حسب الحالة) 44.8 لتر من ثاني أكسيد الكربون يتفاعل مع 22.4 لتر من O2 (حسب المعادلة):

لقد تلقينا نفس خيار الإجابة رقم 3.

الدرس رقم 17

موضوع الدرس: الحسابات باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية

نوع الدرس:درس تعلم مواد جديدة

الغرض من الدرس:

النظر في العمليات الكيميائية من وجهة نظر مكون الطاقة الخاص بها، وتحديث مفاهيم "التفاعلات الكيميائية الحرارية"، "التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي"، "العمليات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة"؛

الكشف عن مفهوم "حرارة تكوين المركبات"، والإنثالبي القياسي، وقانون هيس؛

تقديم مفهوم الإنتروبيا وتقييم إمكانية التفاعلات التلقائية؛

تطوير القدرة على حل المسائل الحسابية باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية، وحساب التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي باستخدام مفاهيم "حرارة التكوين"، ووضع معادلات التفاعل الكيميائي الحراري، وتحديد حرارة تكوين المواد باستخدام معادلات التفاعل الكيميائي الحراري

وسائل التعليم:

الكمبيوتر، معدات الإسقاط

تقدم الدرس:

I. خطاب تمهيدي للمعلم، مقدمة لموضوع الدرس الشريحة 1

ثانيا. تحديث المعرفة. الشريحة 2

التأثيرات الحرارية للتفاعلات الكيميائية. يتكون التفاعل الكيميائي من كسر بعض الروابط وتكوين أخرى، فيصاحبه إطلاق أو امتصاص طاقة على شكل حرارة وضوء وعمل تمدد الغازات الناتجة.

مهمة تمهيدية (تصنيف التفاعلات الكيميائية حسب التأثير الحراري) نشاط مستقل للطلاب لتحديث مفاهيم "التفاعلات الكيميائية الحرارية"، "التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي"، "التفاعلات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة".

ثالثا. شرح مادة جديدة .

تحدث التفاعلات الكيميائية مع إطلاق أو امتصاص الطاقة، وغالبًا ما تكون على شكل حرارة. التفاعلات التي يتم فيها إطلاق الحرارة تسمى التفاعلات الطاردة للحرارة، والتفاعلات التي يتم فيها امتصاص الحرارة تسمى ماصة للحرارة. تسمى كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند درجة حرارة ثابتة بالتأثير الحراري للتفاعل. عند ضغط ثابت، يكون التأثير الحراري للتفاعل مساويًا للتغير في المحتوى الحراري (ΔH).

يتم التعبير عن التأثير الحراري للتفاعل بوحدات الطاقة - كيلوجول (كيلوجول) أو كيلو كالوري (كيلو كالوري) (1 كيلو كالوري = 4.1868 كيلوجول).

ويسمى العلم الذي يدرس التأثيرات الحرارية للتفاعلات الكيميائية بالكيمياء الحرارية، وتسمى معادلات التفاعلات الكيميائية التي تشير إلى التأثير الحراري بالمعادلات الكيميائية الحرارية.

يعتمد التأثير الحراري للتفاعل (ΔH) على طبيعة المواد المتفاعلة، وعلى كمية هذه المواد وحالة تجمعها، وعلى درجة الحرارة.

لمقارنة تأثيرات الطاقة للتفاعلات المختلفة ولإجراء الحسابات الكيميائية الحرارية، يتم استخدام التأثيرات الحرارية القياسية (يشار إليها بالرمز ).

الشريحة 3يُقصد بالمعيار التأثير الحراري للتفاعل الذي يتم إجراؤه في ظروف تكون فيها جميع المواد المشاركة في التفاعل في حالات قياسية محددة (الضغط 101 كيلو باسكال).

الشريحة 4في المعادلات الكيميائية الحرارية، من الضروري الإشارة إلى الحالات التجميعية للمواد باستخدام مؤشرات الحروف، ويجب كتابة التأثير الحراري للتفاعل (ΔH) بشكل منفصل، مفصولة بفاصلة.

على سبيل المثال، المعادلة الكيميائية الحرارية

يبين أن هذا التفاعل الكيميائي يصاحبه إطلاق 1531 كيلو جول من الحرارة إذا كان الضغط 101 كيلو باسكال، ويشير إلى عدد مولات كل مادة الذي يتوافق مع المعامل المتكافئ في معادلة التفاعل.

في التفاعلات الطاردة للحرارة، عند إطلاق الحرارة، تكون ∆H سالبة. في التفاعلات الماصة للحرارة (يتم امتصاص الحرارة) وتكون ∆H موجبة.

ح 2 + الكلور 2 = 2 سي 2 + س،

حيث Q هي كمية الحرارة المنبعثة. إذا استخدمنا المحتوى الحراري (خاصية محتوى الطاقة في النظام)، فيجب كتابة هذه المعادلة بشكل مختلف:

H 2 + Cl 2 = 2Сl 2, ∆Н

الكمية الأكثر أهمية في الكيمياء الحرارية هي حرارة التكوين القياسية (المحتوى الحراري القياسي للتكوين). الحرارة القياسية (الإنثالبي) للتكوينلمادة معقدة هو التأثير الحراري (التغير في المحتوى الحراري القياسي) لتفاعل تكوين مول واحد من هذه المادة من مواد بسيطة في الحالة القياسية. المحتوى الحراري القياسي لتكوين المواد البسيطة في هذه الحالة يساوي الصفر.

في الكيمياء الحرارية، غالبًا ما تستخدم المعادلات التي يرتبط فيها التأثير الحراري بمول واحد من المادة المتكونة، باستخدام المعاملات الكسرية إذا لزم الأمر.

على سبيل المثال، كيلوجول.

التأثير الحراري لهذا التفاعل الكيميائي يساوي المحتوى الحراري لتكوين حمض الهيدروكلوريك (g)، أي.

الشريحة 5من أين تأتي علامة الطرح أمام قيمة التأثير الحراري؟ من المعتاد تمثيل الطاقة المفقودة بواسطة أي نظام بعلامة الطرح. خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، النظام المألوف بالفعل لجزيئات الميثان والأكسجين. نتيجة للتفاعل الطارد للحرارة بينهما، يتم إطلاق الحرارة:

CH 4 (جم) + 2 O 2 (جم) = CO2 (جم) + 2 H 2 O (ل) + 890 كيلوجول

يمكن أيضًا كتابة هذا التفاعل بمعادلة أخرى، حيث يكون للحرارة المتحررة ("المفقودة") علامة ناقص:

CH 4 (جم) + 2 O 2 (جم) – 890 كيلو جول = CO 2 (جم) + 2 H 2 O (ل)

تقليديًا، يُكتب المحتوى الحراري لهذا التفاعل وغيره من التفاعلات الطاردة للحرارة في الديناميكا الحرارية عادةً بعلامة الطرح:

∆H o 298 = –890 كيلوجول/مول (الطاقة المتحررة).

الشريحة 6على العكس من ذلك، إذا كان النظام يمتص الطاقة نتيجة لتفاعل ماص للحرارة، فسيتم كتابة المحتوى الحراري لهذا التفاعل الماص للحرارة بعلامة زائد. على سبيل المثال، بالنسبة لتفاعل إنتاج ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين من الفحم والماء (عند تسخينه):

C(s) + H2O(g) + 131.3 كيلوجول = CO(g) + H2 (g)

(∆Н о 298 = +131.3 كيلوجول/مول)

يعتبر التأثير الحراري للتفاعل الطارد للحرارة سلبيًا (ΔH 0).

الشريحة 7تعتمد الحسابات الكيميائية الحرارية على قانون هيس. التأثير الحراري (∆H) للتفاعل الكيميائي (عند ثابت P وT) لا يعتمد على مسار حدوثه، بل يعتمد على الطبيعة والحالة الفيزيائية للمواد الأولية ومنتجات التفاعل.

ΔН ساعة. = ∑ ΔН إنتاج وصول - ∑ ΔН خارج وصول

النتائج الطبيعية من قانون هيس

التأثيرات الحرارية مباشرة و ردود الفعل العكسيةمتساوية في المقدار ومعاكسة في الإشارة.

التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي (∆H) يساوي الفرق بين مجموع أنتالبيات تكوين نواتج التفاعل ومجموع أنتالبيات تكوين المواد البادئة، مع مراعاة المعاملات في معادلة التفاعل .

رابعا. شرح خوارزمية حل المسائل الحسابية باستخدام الحسابات الكيميائية الحرارية باستخدام المعادلات.

الشريحة 8 مثال عند تكوين 1.8 جم من الماء (H2O(l))، تم إطلاق 28.6 كيلوجول من الحرارة من غازي الهيدروجين والأكسجين. احسب المحتوى الحراري لتكوين H 2 O (l) واكتب معادلة التفاعل الذي يساوي تأثيره الحراري
.

حل. الطريقة الأولى .

بما أن 1 مول من الماء يساوي 18 جم، فإن المحتوى الحراري للتكوين

يمكن حساب 1 mol H 2 O (l).

كيلوجول / مول،

الذي يتوافق مع المعادلة

كيلوجول / مول.

الطريقة الثانية: من الحالة: H=-28.6 كيلوجول.

أ-بريوري:
;

لذلك،

كيلوجول / مول.

الخامس. التحكم الأساسي في إتقان المواد النظرية وحل المشكلات الحسابية.

الشريحة 9 مثال 1. ما مقدار الحرارة التي سيتم إطلاقها عند إنتاج 1 كجم من الحديد عن طريق التفاعل

Fe 2 O 3 (k) + 3CO (g) = 2Fe (k) + 3CO 2 (g)، إذا كانت المحتوى الحراري لتكوين Fe 2 O 3 (k)، CO (g) وCO 2 (g) على التوالي يساوي (كيلو جول / مول): -822.7؛ -110.6 و -394.0.

حل

1. نحسب التأثير الحراري للتفاعل (H) باستخدام نتيجة قانون هيس.

وبما أن المحتوى الحراري لتكوين مادة بسيطة يفترض أن يكون صفراً،
.

لنجري الحساب باستخدام المعادلة الكيميائية الحرارية:

إذا تم تكوين 256 جم من الحديد، فسيتم إطلاق 27.2 كيلوجول؛

إذا تم تكوين 1000 جرام من الحديد، فسيتم إطلاقه Xكيلوجول.

نحل النسبة ونحصل عليها

كيلوجول، أي

سيتم إطلاق 242.9 كيلوجول من الحرارة.

الشريحة 10 مثال 2. يتم التعبير عن تفاعل احتراق الإيثان بالمعادلة الكيميائية الحرارية

C 2 H 6 (g) + 3½O 2 = 2 CO 2 (g) + 3H 2 O (l)؛ ΔHkh.pr. = -1559.87 كيلوجول. احسب حرارة تكوين الإيثان إذا كانت حرارة تكوين CO 2 (g) وH 2 O (l) معروفة.

حل.

بناءً على البيانات التالية:

أ) C 2 H 6 (g) + 3 ½O 2 (g) = 2CO 2 (g) + 3H 2 O (l)؛ ΔН = -1559.87 كيلوجول

ب) C (الجرافيت) + O 2 (ز) = CO2 (ز)؛ ΔН = -393.51 كيلوجول

ج) ح 2 (ز) + ½O 2 = H 2 O (ل)؛ ΔН = -285.84 كيلوجول

بناء على قانون هيس

C 2 H 6 = 3 ½ O 2 – 2 C – 2 O 2 – 3 H 2 – 3 / 2 O 2 = 2 CO 2 + 3 H 2 O – 2 CO 2 – 3 H 2 O

ΔН = -1559.87 – 2(-393.51) – 3(-285.84) = +84.67 كيلوجول؛

ΔН = -1559.87 + 787.02 + 857.52؛ ج 2 ح 2 = 2 ج + 3 ح 2؛

ΔH = +84.67 كيلوجول

لذلك

∆H عينة C 2 H 6 = -84.67 كيلوجول

الشريحة 11 مثال 3. رد فعل الاحتراق الكحول الإيثيلييتم التعبير عنها بالمعادلة الكيميائية الحرارية:

C 2 H 5 OH (l) + 3O 2 (g) = 2CO 2 (g) + 3H 2 O (l)؛ Δن = ؟

احسب التأثير الحراري للتفاعل إذا كان من المعروف أن حرارة التبخر المولية (المولية) لـ C 2 H 5 OH (g) تساوي +42.36 kJ وكانت درجات حرارة التكوين معروفة: C 2 H 5 OH (g) ); ثاني أكسيد الكربون (ز)؛ ح 2 يا (ل).

حل.لتحديد تفاعل ΔH، من الضروري معرفة حرارة تكوين C 2 H 5 OH (l). نجد الأخير من البيانات:

C 2 H 5 OH (ل) = C 2 H 5 OH (ز)؛ ΔН = + 42.36 كيلوجول.

42.36 = -235.31 – ∆HC 2 H 5 OH(l);

∆HC 2 H 5 OH(l) = -235.31 – 42.36 = -277.67 كيلوجول.

نحسب ΔН للتفاعل باستخدام نتائج قانون هيس:

ΔН ساعة. = 2(-393.51) + 3(-285.84) + 277.67 = -1366.87 كيلوجول.

الشريحة 12 مثال 4. احسب المحتوى الحراري لتكوين N 2 O 5 (cr)، إذا كان التأثير الحراري للتفاعل N 2 O 5 (k) + 2KOH (k) = 2KNO 3 (k) + H 2 O (l) معروفًا؛ كيلو جول، وكذلك المحتوى الحراري لتكوين KOH(k)، KNO 3 (k) وH 2 O(l)، وهي على التوالي -425.0، -493.2 و-286.0 (كيلو جول/مول).

حل.

باستخدام نتيجة طبيعية من قانون هيس، نكتب

دعونا نستبدل البيانات من الشرط ونحصل على

380,6=(2-493,2-286)-(
+2-425)

نقوم بإجراء الحسابات الحسابية:

380,6=-422,4-
.

كيلوجول / مول

السادس. شريحة الانعكاس 13

ما هو التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي (DH)؟

اذكر العوامل المؤثرة على التأثير الحراري للتفاعل الكيميائي (DH).

ما هي التفاعلات التي تسمى الطاردة للحرارة والماصة للحرارة؟ أعط أمثلة.

ما علامة التأثير الحراري (DH) للتفاعلات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة؟

تحديد المحتوى الحراري القياسي لتكوين مادة معقدة.

إعطاء صياغة قانون هيس.

اذكر النتائج المترتبة على قانون هس.

سابعا. الواجب المنزلي الشريحة 14

1. عندما يتفاعل 1 مول من الهيدروجين مع 1 مول من الكلور، يتم إطلاق 184 كيلوجول. ما هو المحتوى الحراري لتكوين كلوريد الهيدروجين؟

2. يتطلب تحلل 1 مول من بروميد الهيدروجين إلى مواد بسيطة 72 كيلوجول من الحرارة. ما هو المحتوى الحراري لتشكيل HBr؟

3. ما مقدار الحرارة التي سيتم إطلاقها عند حرق 1 كجم من الألومنيوم، إذا
كيلوجول / مول.

4. عند الاحتراق، ما هي كمية المغنيسيوم التي يتم إطلاقها بمقدار 1000 كيلوجول، إذا
كيلوجول / مول؟

الجدول 1

درجات الحرارة القياسية (المحتوى الحراري) للتكوين ΔH يا 298 بعض المواد