Как определить что реакция экзотермическая

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.

Источник

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.

Источник

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)

Источник

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.

Источник

Экзотермическая реакция: процесс, виды и примеры

Содержание:

Вэкзотермическая реакция Это тип химической реакции, в которой происходит передача энергии, в основном в форме выделения тепла или света. Например, любая реакция горения, при которой что-то горит, происходит экзотермической реакцией.

В повседневной жизни часто можно наблюдать, как различные экзотермические реакции протекают естественным путем или вызываются изменениями температуры в разных местах. Эти изменения температуры можно измерить с помощью термометра.

В этом смысле экзотермические реакции могут передавать другие типы энергии среде, в которой они возникают, как это происходит при взрывах и их способах передачи кинетической и звуковой энергии, когда вещества, находящиеся в газовой фазе при высоких температурах, расширяются из насильственный способ.

Таким же образом, в случае использования батарей, также осуществляется реакция экзотермического типа, только в этом случае переносится электрическая энергия.

Этим реакциям противостоят эндотермические, поглощающие энергию.

Процесс экзотермической реакции

Ранее было упомянуто, что когда происходит экзотермическая реакция, происходит выделение энергии, что легче визуализировать с помощью следующего уравнения:

Реагент (ы) → Продукт (ы) + Энергия

Таким образом, для количественной оценки энергии, поглощаемой или выделяемой системой, используется термодинамический параметр, называемый энтальпией (обозначается как «H»). Если в системе (в данном случае химической реакции) происходит выделение энергии в окружающую среду, то изменение энтальпии (выраженное как ΔH) будет иметь отрицательное значение.

В противном случае, если отклонение этого измерения положительное, оно отражает поглощение тепла из окружающей среды. Точно так же величина изменения энтальпии системы является выражением количества энергии, которая передается в окружающую среду или из нее.

Чем больше величина ΔH, тем больше отдача энергии из системы в окружающую среду.

Это происходит потому, что в этих реакциях чистая энергия, выделяемая при создании новых связей, превышает чистую энергию, используемую при фрагментации связей.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что этот класс реакций очень распространен, потому что продукты реакции имеют количество энергии, хранящейся в связях, больше, чем та, которая изначально содержалась в реагентах.

Типы экзотермической реакции

Существуют разные виды экзотермических реакций в различных областях химии, будь то в лаборатории или в промышленности; некоторые из них выполняются спонтанно, а другие требуют определенных условий или какого-либо вещества в качестве катализатора.

Наиболее важные типы экзотермических реакций перечислены ниже:

Реакции горения

Реакции нейтрализации

Реакции нейтрализации характеризуются взаимодействием между кислыми частицами и щелочным веществом (основанием) с образованием соли и воды, которые проявляют экзотермический характер.

Реакции окисления

Есть много реакций этого типа, которые демонстрируют экзотермическое поведение, потому что окисление кислорода вызывает выделение большого количества энергии, как это происходит при окислении углеводородов.

Термитная реакция

Эта реакция может привести к температуре около 3000 ° C, и из-за высокого сродства алюминиевого порошка с большим количеством оксидов металлов он используется при сварке стали и железа.

Реакция полимеризации

Этот тип реакции возникает, когда в реакцию вступает определенное количество химических частиц, называемых мономерами, которые представляют собой единицы, которые при объединении повторяются в цепях с образованием макромолекулярных структур, называемых полимерами.

Реакция ядерного деления

Этот процесс относится к разделению ядра атома, считающегося тяжелым, то есть с массовым числом (A) больше 200, для образования более мелких фрагментов или ядер с промежуточной массой.

В этой реакции, когда образуется один или несколько нейтронов, выделяется большое количество энергии, потому что ядро ​​с большим весом имеет меньшую стабильность, чем его продукты.

Другие реакции

Существуют также другие экзотермические реакции, имеющие большое значение, такие как дегидратация некоторых углеводов при взаимодействии с серной кислотой, поглощение воды, представленной гидроксидом натрия на открытом воздухе, или окисление металлических частиц во многих реакциях коррозии.

Примеры экзотермических реакций

Ниже приведены некоторые примеры экзотермических реакций, которые вызывают изменение энтальпии, имеющее отрицательное значение из-за того, что они выделяют энергию:

Зажженная свеча

Процесс сгорания парафина и фитиля свечи вызывает экзотермическую реакцию, которая генерирует тепло и свет.

Поджечь фосфор

Когда спичка горит, возникает реакция между химическими веществами, из которых она состоит, и кислородом, присутствующим в воздухе. Таким образом возникает экзотермическая реакция, которая производит свет и тепло.

Дыхание

Процесс дыхания вызывает экзотермическую реакцию внутри клеток во время газообмена. Таким образом глюкоза вместе с кислородом превращается в углекислый газ и тепло.

Горящие дрова

Сжигание древесины вызывает экзотермическую реакцию, в которой образующийся продукт проявляется в виде тепла и температуры.

Сжигание пропана

Другой случай экзотермического поведения демонстрирует реакция нейтрализации между карбонатом натрия и соляной кислотой:

NaHCO₃(водн.) + HCl (водн.) → NaCl (водн.) + H₂О (л) + СО₂(грамм)

Окисление этанола до уксусной кислоты

Также представлено окисление этанола до уксусной кислоты, используемое в алкотестерах, полная реакция которого показана в следующем уравнении:

Термитная реакция

Стальная стружка + уксус

Эта смесь работает как форма медленного горения, при которой сталь подвергается процессу окисления под действием уксуса.

«Собачий лай»

Эта реакция получила такое название, так как издает звук, похожий на лай собаки.

Реакция протекает в лабораторной пробирке, где смешиваются закись азота, оксид азота и бисульфат углерода.

Стеклянная бутылка + алкоголь

Подобно реакции, вызванной вышеупомянутым экспериментом, стеклянную бутылку протирают спиртом таким образом, чтобы возникло пламя.

Стиральный порошок + вода

Когда мыло стирального порошка растворяется, может наблюдаться экзотермическая реакция. Это один из наиболее легко наблюдаемых примеров экзотермических реакций в домашних условиях.

Зубная паста слона

Этот эксперимент обычно используется для объяснения динамики экзотермических реакций.Он заключается в растворении перекиси водорода в некоторой мыльной среде, в результате чего образуется большое количество пены.

В эту смесь добавляется катализатор (йодид калия), который способствует быстрому разложению пероксида.

Серная кислота + сахар

Процесс обезвоживания сахара вызывает очевидную экзотермическую реакцию. Когда вы смешиваете серную кислоту с сахаром, она обезвоживается, и появляется столб черного дыма, из-за чего окружающая среда пахнет обожженными костями.

Натрий + вода

Натрий или любая щелочная среда сильно реагирует с водой. При добавлении в воду щелочного металла (лития, натрия, калия, рубидия или цезия) он должен вступить в реакцию.

Чем выше номер элемента в периодической таблице, тем сильнее будет реакция.

Ацетат натрия

Ацетат натрия известен как горячий лед. Этот материал начинается с кристаллизации замороженных растворов, которые вместо холода выделяют тепло.

Из-за своего внешнего вида он называется «лед», но кристаллизованный ацетат натрия на самом деле является одним из наиболее распространенных материалов, используемых для изготовления грелок для рук.

Сода + уксус

Джинн в бутылке

В этом эксперименте перекись водорода (перекись водорода) смешивается с перманганатом калия. Таким образом, перманганат разрушает перекись водорода, вызывая выделение большого количества дыма и тепла.

Взрывоопасные мармеладные мишки

Молния в трубке

Эта реакция возникает, когда едкая кислота смешивается со спиртом или ацетоном.

Таким образом, можно увидеть бурную химическую реакцию, которая приводит к генерации света в трубке, подобного свету молнии.

Заморозить воду

Во время этого процесса вода выделяет энергию в виде тепла, поэтому, когда кубики воды замерзают, происходит экзотермическая реакция.

Коррозия металлов

Чистые металлы, то есть в их естественном состоянии, когда они вступают в контакт с воздухом, вызывают реакцию окисления вместе с выделением тепла, поэтому этот процесс считается экзотермическим.

Процесс сжигания газа

Другие

В дополнение к ранее объясненным примерам, существует большое разнообразие реакций, которые также считаются экзотермическими, например, разложение определенных органических веществ в отходах для компостирования.

Это также подчеркивает окисление пигмента люциферина под действием фермента люциферазы, вызывающее характерную для светлячков биолюминесценцию и даже дыхание среди многих других реакций.

Источник