Вычисление теплового эффекта реакции. Задачи 61 — 65

Расчет количества теплоты, теплового эффекта реакции

 

Видео:Задачи на ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ | Термохимические уравненияСкачать

Задачи на ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ | Термохимические уравнения

Вычисление количества теплоты реакции

 


Задача 61.
Дано термохимическое уравнение: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 + 858 кДж. Израсходовано 15 г магния, какое количество теплоты выделится в результате реакци?
Решение:
m(Mg) = 15 г;
∆H° = 858 кДж;
Q = ?

Запишем данные задачи в уравнение реакции, получим:

15 г                                х кДж
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2; ∆H° 
24 г                                 -852 кДж

Рассчитаем какое количество теплоты выделится в результате реакци из пропорции, получим:

24 г Mg ——— -858 кДж
15 г Mg ——— х кДж

х = (15 . 852)/24 = -536,25 кДж.

Ответ: Q = -536,25 кДж.


Видео:Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)Скачать

Химия | Тепловой эффект химической реакции (энтальпия)

Вычисление теплоты сгорания топлива на примере метана

 

Задача 62.
Определить теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) метана СН4 и пропана C3Н8. Считать, что в продуктах сгорания вода находится в виде пара. Какой из этих двух газов выгоднее использовать в качестве балонного газообразного топлива?
Решение:
∆H°СН4(г) = -74,85 кДж/моль;
∆H°С3Н8(г) = –103,85 кДж/моль;
∆H°СО2(г) = -393,51 кДж/моль;
∆H°Н2О(пар) = -241,81 кДж/моль.
Теплота сгорания вещества (Q) – это тепловой эффект реакции окисления кислородом элементов, входящих в состав этого вещества до образования высших оксидов (CO2(г), H2O(ж)). 
Теплоту сгорания обычно относят к стандартному состоянию (р = = 101,3 кПа; Т = 298 К), одному молю топлива, и называют стандартной теплотой сгорания
Q298,сгор. (кДж/моль). Для углеводородов и спиртов продуктами сгорания являются СО2(газ) и Н2О(ж).

а) Уравнение реакции горения метана:

CH4(г) + 2O2(г) → CO2(г) + 2H2O(пар) 

Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.).
∆H°х.р. = [∆H°СО2(г) + 2∆H°Н2О(ж)] – ∆H°СН4(г);
∆H°х.р. = [(-393,51)  + 2(-241,81)] — (-74,85) = -802,28 кДж/моль.

Определим теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) метана СН4, получим:

22,4 л : 802,28 кДж = 1000 л : х
х = (802,28 . 1000)/22,4 = 35816 кДж/м3 35,8 . 10^6 Дж/м3 = 35,8 МДж/м3.
q(CH4) = 35,8 МДж/м3.
                                                  
б) Уравнение реакции горения пропана:

С3Н8(г) + 5О2(г) = 3СО2(г) + 4Н2О(пар) + -2041,92 кДж/моль.

Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.).
∆H°х.р. = [3∆H°СО2(г) + 4∆H°Н2О(ж)] – ∆H°С3Н8(г);
∆H°х.р. = [3(-393,51)  + 4(-241,81)] — (-103,85) = -2041,92 кДж/моль.

Определим теплоту сгорания одного кубометра (н.у.) пропана С3Н8, получим:

22,4 л : 2041,92 кДж = 1000 л : х
х = (2041,92 . 1000)/22,4 = 91157,14 кДж/м3 = 91 . 10^6 Дж/м3 = 91 МДж/м3.
q(C3H8) = 91 МДж/м3.

Отсюда

91 МДж/м3 > 35,8 МДж/м3; q(C3H8) >  q(CH4).

Так как теплота сгорания одного кубометра (н.у.) пропана С3Н8 больше чем метана СН4, то выгоднее использовать в качестве балонного газообразного топлива пропан, поэтому в баллонах используется пропан-бутановая смесь.
 


Вычисление изменения энергии Гббса процесса

 

Задача 63.
Вычислить изменения энергии Гиббса в стандартных условиях и определить, какие реакции можно использовать для получения металлов из их оксидов:
а) Fe2О3(к) + 2Al(к) = 2Fe(к) + Al2O3(к)
б) 3СаО(к) + 2Al(к) = 3Са (к) + Al2O3(к)
в) Cr2O3(к) + 2Al(к) = 2Cr(к) + Al2O3(к)
г) Fe2O3(к) + 2Cr(к) = 2Fe(к) + Cr2O3(к) 
Решение:
∆G°Fe2O3(к) = -740 кДж/моль;
∆G°СаО(к) = -471,93 кДж/моль;
∆G°Cr2O3(к) = -1059,0 кДж/моль;
∆G°Al2O3(к) = -1582,3 кДж/моль.
Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения ∆G°298 соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что ∆G°298 есть функция состояния и, что ∆G°298 для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю. 
Для рассчета ∆G°х.р. используем выражение согласно следствию из закона Гесса:

∆G°х.р. = ∑∆G°(прод.) — ∑∆G°(исходн.).

Находим ∆G°298 для приведенных реакций:

а) Fe2О3(к) + 2 Al(к) = 2 Fe(к) + Al2O3(к)
∆G°х.р. = ∆G°Al2O3(к) — ∆G°Fe2O3(к) = (-1582,3) — (-740) = -842,3 кДж/моль.
Так как ∆G° < 0, то самопроизвольное протекание данного процесса при (н.у.) возможно, значит эту реакцию можно использовать для получения металлического железа.

б) 3СаО(к) + 2Al(к) = 3Са (к) + Al2O3(к)
∆G°х.р. = ∆G°Al2O3(к) — ∆G°СаО(к) = (-1582,3) — (-471,93) = -1110,37 кДж/моль. 
Так как ∆G° < 0, то самопроизвольное протекание данного процесса при (н.у.) возможно, значит эту реакцию можно использовать для получения металлического кальция.

в) Cr2O3(к) + 2Al(к) = 2Cr(к) + Al2O3(к)
∆G°х.р. = ∆G°Al2O3(к) — ∆G°Cr2O3(к) = (-1582,3) — (-1059,0) = -523,3 кДж/моль.
Так как ∆G° < 0, то самопроизвольное протекание данного процесса при (н.у.) возможно, значит эту реакцию можно использовать для получения металлического хрома.

г) Fe2O3(к) + 2Cr(к) = 2Fe(к) + Cr2O3(к)
∆G°х.р. = ∆G°Cr2O3(к) — ∆G°Fe2O3(к) = (-1059,0) — (-740) = -319 кДж/моль.
Так как ∆G° < 0, то самопроизвольное протекание данного процесса при (н.у.) возможно, значит эту реакцию можно использовать для получения металлического железа.

Выводы:
1) Приведенные реакции алюмотермии и хромотермии можно использовать для получения металлов из их оксидов, так как их изменения энергии Гиббса меньше нуля (∆G° < 0).
 


Вычисление теплового эффекта реакции

Задача 64.
Дано термохимическое уравнение реакции:
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O — Q
При взаимодействии карбоната натрия с раствором соляной кислоты выделяется 350 кДж тепла. Сколько для этого необходимо карбоната натрия?
Решение:
По таблице находим стандартные значения энтальпий образования веществ, получим:
М(Na2CO3) = 106 г/моль;
∆H°HСl(р-р) = -166,7 кДж/моль;
∆H°Na2CO3(к) = -1129,43 кДж/моль;
∆H°NaСl(кр) = -441,41 кДж/моль;
∆H°Н2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
Q = -350 кДж;
m(Na2CO3) = ?
1. Расччитаем ∆H°х.р. химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.)
∆H°х.р. = [2∆H°NaСl(к) + ∆H°СО2(г) + ∆H°Н2О(ж)] – [∆H°Na2CO3(к) + 2∆H°HСl(р-р)];
∆H°х.р. = [2(-441,41) + (-393,51)  + (-285,83)] — [(-1129,43) — 2(-166,7)] = -39,13 кДж/моль.

2. Расччитаем массу необходимого карбоната натрия, получим: 

Термохимическое уравнение реакции будет иметь вид: 

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O; ∆H° = -39,13 кДж.

Запишем данные задачи в уравнение, получим: 

х г                                                                -39,13 кДж
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O; ∆H°
106 г                                                           -350 кДж                   
Рассчитаем массу карбоната натрия, вступившего в реакцию с соляной кислотой из пропорции: 

106 г——  (-39,13 кДж)    
х г  ——-  (-350 кДж)
х = (106 . 350)/39,13 = 948 г.

Ответ: m(Na2CO3) = 948 г.
 


Задача 65.
При взаимодействии 40 мл 2 М раствора HCl с таким же количеством 2 М раствора NaOH температура реакционной смеси увеличилась на 13,7 К. Вычислите тепловой эффект реакции, если удельная теплоемкость воды равна 4,18 Дж/(г·К).
Решение:
∆t = 13,7 К;
V(HCl) = V(NaOH) = 40 мл = 0,04 л;
CМ(HCl) = СМ(NaOH) = 2 М;
ср2О) = 4,18 Дж/(г·К);
∆H°Н2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
∆H°ОН- = -229,94 кДж/моль
∆H°T = ?
Уравнение реакции имеет вид:

NaOH + HCl = NaCl + H2O (молярная форма);
Na+ + OH + H+ + Cl = Na+ + Cl + H2O (ионно-молекулярная форма);
OH + H+ = H2O (сокращенная ионно-молекулярная форма).

Из молекулярного уравнения реакции следует, что исходные вещества и продукты реакции взаимодействуют в одинаковых эквивалентных отношениях, CМ(HCl) = СМ(NaOH). 
1. Рассчитаем количество моль HCl и NaOH, получим:

CМисх.(HCl) = СМисх.(NaOH) = [V(HCl) . CМ(HCl)]/1000 = (40 . 2)/1000 = 0,08 моль.

2. Находим стандартный тепловой эффект реакции нейтрализации в виде изменения энтальпии по известным теплотам образования по формуле:

∆H°х.р. = ∑∆H°(прод.) — ∑∆H°(исходн.).
∆H° = ∆H°Н2О(ж) — ∆H°ОН = (-285,83) — (-229,94) = 55,89 кДж ≈ -55,9 кДж. 
∆H° любой реакции нейтрализации равен 55,9 кДж/моль.

3. Рассчитаем ∆H°х.р. при концентрации 0,08 моль, получим:

∆H°х.р. = ∆H° . CМисх. = 55,9 кДж/моль . 0,08 = -4,472 кДж = -4472 Дж.

4. Вычислим тепловой эффект реакции нейтрализации гидроксида натри соляной кислотой при изменении температуры на 13,7 К по формуле:

∆H°Т = ∆H°х.р. + ∆ср . ∆t, где

∆H°Т — тепловой эффектр реакции при изменении температуры; 
∆H°х.р. — тепловой эффект реакции при стандартных условиях;
∆ср — изменение удельной теплоемкости веществ в реакции;
∆t — изменение температуры реакции.

Тогда

∆H°Т = ∆H°х.р. + ∆ср . ∆t = -4472 Дж  + (4,18 .  13,7 К) = -4414,734 Дж = -4,414734 кДж ≈ -4,415 кДж.

Ответ: ∆H°Т ≈ -4,415 кДж. 

 


 

📸 Видео

Тепловой эффект реакции. ЗадачиСкачать

Тепловой эффект реакции. Задачи

78. Тепловой эффект реакции. Термохимические уравнения (часть 1)Скачать

78. Тепловой эффект реакции. Термохимические уравнения (часть 1)

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.Скачать

Экзо- и эндотермические реакции. Тепловой эффект химических реакций. 8 класс.

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^Скачать

Тепловой эффект хим. реакции. Энтальпия. Закон Гесса. Капучинка ^-^

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

Химия 11 класс Задачи на нахождение теплового эффекта реакцииСкачать

Химия 11 класс  Задачи на нахождение теплового эффекта реакции

Энтальпия реакции. Решение задачи.Скачать

Энтальпия реакции. Решение задачи.

Термохимические уравнения. Решение задач из ЕГЭ на тепловой эффект.Скачать

Термохимические уравнения. Решение задач из ЕГЭ на тепловой эффект.

Химия | Задачи на термохимиюСкачать

Химия | Задачи на термохимию

Тепловой эффект реакции. Экзотермические и эндотермические реакцииСкачать

Тепловой эффект реакции. Экзотермические и эндотермические реакции

Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Закон Гесса. Практическая часть. 10 класс.

Расчетный интенсив. Все 27 и 28 задачи ЕГЭ по химии за 1 урок | Екатерина СтрогановаСкачать

Расчетный интенсив. Все 27 и 28 задачи ЕГЭ по химии за 1 урок | Екатерина Строганова

Тепловой эффект химической реакции | ХимияСкачать

Тепловой эффект химической реакции | Химия

ДВИ по химии. Термохимия. Уравнение Аррениуса, закон Гесса, задачи на теплоемкостьСкачать

ДВИ по химии. Термохимия. Уравнение Аррениуса, закон Гесса, задачи на теплоемкость

Тепловой эффект реакции/ Страницы 115 - 118/ № 1 - 50/Сборник тестов по химии 2021/Скачать

Тепловой эффект реакции/ Страницы 115 - 118/ № 1 - 50/Сборник тестов по химии 2021/

Решение задачи по теме "Термохимические реакции" №6Скачать

Решение задачи по теме "Термохимические реакции" №6

Задачи на правило Вант-Гоффа. Зависимость скорости реакции от температуры.Скачать

Задачи на правило Вант-Гоффа. Зависимость скорости реакции от температуры.
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии