3.6.6. Термохимические расчёты
3.6.6. Термохимические расчёты3.6.6. Термохимические расчёты
Огромное число химических реакций используется для получения энергии. К ним относятся, например, реакции сгорания различных топлив, для оценки которых требуется знать количество выделяемой тепловой энергии (тепловых эффектов).
Тепловые эффекты реакций определяют как экспериментально, так и с помощью термохимических расчётов, основанных на законе Гесса:
Задача 1. Рассчитайте количество теплоты, выделившейся при сгорании 0,25 моль метана, используя термохимическое уравнение реакции горения метана:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 890 кДжКраткие условия:
При сгорании 1 моль CH4 выделяется 890 кДж. Следовательно, количество теплоты, выделяемое при сгорании 0,25 моль метана, будет равно:
Q = 0,25 моль · 890 кДж/1 моль = 223 кДж.Ответ: Q = 223 кДж.
Задача 2. Известны стандартные молярные теплоты образования Qобр (кДж/моль) метана (74,9), СО (110), О2 (0) и воды (285,8). Вычислите тепловой эффект реакции неполного сгорания 1 моль метана до оксида углерода (II).
РешениеЗапишем уравнение реакции неполного сгорания метана. 2СН4 + 3О2 = 2СО + 4Н2О + Q Согласно закону Гесса, теплота химической реакции (Qреакции) равна разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ: Qреакции = ΣQобр.(продуктов) ΣQобр.(исх.веществ) Подставив в эту формулу исходные данные, получим: Q реакции = 2Qобр(CO) + 4Qобр(H2O) – 2Qобр(CH4) – 3Qобр(O2) = = 2 · 110 + 4 · 285,8 – 2 · 74,9 – 0 = 1213,4 кДж.
Ответ: Qреакции = 1213,4 кДж.
Как найти количество теплоты реакции. Задачи 1024
Задача 1024.
Найти количество теплоты, которое будет поглощено при восстановлении 1 кг оксида цинка графитом. Зависимостью энтальпии реакции от температуры пренебречь.
Решение:
ΔН0(ZNO) = -350,8 кДж/моль;
ΔН0(СО) = -110,6 кДж/моль.
Уравнение реакции:
ZnO + C (графит) = СО + Zn
Находим тепловой эффект химической реакции, используя следствие из закона Гесса, получим:
ΔН0х.р. = ΔН0(СО) — ΔН0(ZNO) = -110,6 – (-350,8) = 240,2 кДж.
Термохимическое уравнение будет иметь вид:
Теперь рассчитаем количество теплоты
81,38 : 240,2 = 1000 : х; х = (240,2 . 1000)/81,38 = 2951 кДж.
Ответ: 2951 кДж.
Растворимость латуни в азотной кислоте
Задача 1025.
Кусочек латуни растворили в азотной кислоте. Раствор разделили на две части: к одной части прибавили избыток аммиака, а к другой — избыток щелочи. В растворе или в осадке и в виде каких соединений находятся цинк и медь в обоих случаях?
Решение:
При растворении латуни – сплава меди и цинка в азотной кислоте образуются нитраты цинка и меди. Если на смесь нитратов цинка и меди подействовать раствором щёлочи, то образуется осадок гидроксидов цинка и меди:
Zn(NO3)2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaNO3;
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaNO3
При добавлении раствора аммиака к смеси нитратов цинка и меди образуются комплексные ионы [Zn(NH 3)4]2+ и [Сu(NH3)4]2+:
Zn(NO3)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](NO3)2;
Cu(NO3)2 + 4NН3 = [Cu(NH3)4](NO3)2.
Таким образом, в первом растворе цинк и медь будут находиться в виде гидроксидов, а во тором – в виде комплексных ионов [Zn(NH3)4]2+ и [Сu(NH3)4]2+.
Расчеты по термохимическому уравнению | Химия ЕГЭ
Задача 1.
При сгорании 560 мл (н.у.) ацетилена согласно термохимическому уравнению:
2С2Н2(Г) + 5О2(г) = 4СО2(Г) + 2Н2О(Г) + 2602,4 кДж
выделилось:
1) 16,256 кДж; 2) 32,53кДж; 3) 32530 кДж; 4) 16265кДж
Дано:
объем ацетилена: V(С
Найти: количество выделившейся теплоты.
Решение:
Для выбора верного ответа удобнее всего провести расчет искомой в задаче величины и сравнить ее с предлагаемыми вариантами. Расчет по термохимическому уравнению ничем не отличается от расчета по обычному уравнению реакции. Над реакцией мы указываем данные в условии и искомые величины, под реакцией — их соотношения согласно коэффициентам. Теплота представляет собой один из продуктов, поэтому ее числовое значение мы рассматриваем как коэффициент.
Сравнивая полученный ответ с предложенными вариантами, видим, что подходит ответ № 2.
Небольшая хитрость, приводящая невнимательных учеников к неверному ответу № 3, заключалась в единицах измерения объема ацетилена. Объем, указанный в условии в миллилитрах, обязательно нужно было перевести в литры, так как молярный объем измеряется в (л/моль).
Изредка встречаются задачи, в которых термохимическое уравнение необходимо составить самостоятельно по значению теплоты образования сложного вещества.
Задача 1.2.
Теплота образования оксида алюминия равна 1676 кДж/моль. Определите тепловой эффект реакции, в которой при взаимодействии алюминия с кислородом получено
25,5г А12О3.
1) 140кДж; 2) 209,5кДж; 3) 419кДж; 4) 838кДж.
Дано:
теплота образования оксида алюминия: Qобр (А12О3) = = 1676 кДж/моль;
масса полученного оксида алюминия: m(А12О3) = 25,5 г.
Найти: тепловой эффект.
Решение:
Данный тип задач можно решить двумя способами:
I способ
Согласно определению теплота образования сложного вещества — это тепловой эффект химической реакции образования 1 моль этого сложного вещества из простых веществ.
Записываем реакцию образования оксида алюминия из А1 и О2. При расстановке коэффициентов в полученном уравнении учитываем, что перед А1
2А1(ТВ) + 3/2О2(г) ——> А12О3(ТВ) + 1676 кДж
Получили термохимическое уравнение.
Для того чтобы коэффициент перед А12О3 остался равен «1», коэффициент перед кислородом должен быть дробным.
При записи термохимических уравнений допускаются дробные коэффициенты.
Рассчитываем количество теплоты, которое выделится при образовании 25,5 г А12О3:
Составляем пропорцию:
при получении 25,5 г А12О3 выделяется х кДж (по условию)
при получении 102 г А12О3 выделяется 1676 кДж (по уравнению)
Подходит ответ № 3.
При решении последней задачи в условиях ЕГЭ можно было не составлять термохимическое уравнение. Рассмотрим этот способ.
Согласно определению теплоты образования 1676 кДж выделяется при образовании 1 моль А12О3. Масса 1 моль А12О3 составляет 102 г, следовательно, можно составить пропорцию:
1676 кДж выделяется при образовании 102 г А12О3
х кДж выделяется при образовании 25,5 г А12О3
Подходит ответ № 3.
Ответ: Q = 419кДж.
Задача 1.3.
При образовании 2 моль СuS из простых веществ выделяется 106,2 кДж теплоты. При образовании 288г СuS выделяется теплота количеством:
1) 53,1кДж; 2) 159,З кДж; 3) 212,4 кДж; 4) 26,6кДж
Решение:
Находим массу 2 моль СuS:
m(СuS) = n(СuS) . М(СuS) = 2 . 96 = 192 г.
В текст условия вместо значения количества вещества СuS подставляем массу 2 моль этого вещества и получаем готовую пропорцию:
при образовании 288 г СuS выделяется теплота количеством х кДж.
Подходит ответ № 2.
Второй вид задач можно решать как по закону объемных отношений, так и без его использования. Рассмотрим оба варианта решения на примере.
Задачи на применение закона объемных отношений:
Задача 1.4.
Определите объем кислорода (н.у.), который потребуется для сжигания 5 литров угарного газа (н.у.).
1) 5 л; 2) 10 л; 3) 2,5 л; 4) 1,5 л.
Дано:
объем угарного газа (н.у.): VСО) = 5 л.
Найти: объем кислорода (н.у.): V(О2) = ?
Решение :
В первую очередь необходимо составить уравнение реакции:
2СО + О2 = 2СО
n = 2 моль n =1 моль
Применяем закон объемных отношений:
Отношение мы находим по уравнению реакции, а
V(CO) возьмем из условия. Подставив все эти значения в закон объемных отношений, получим:
Отсюда: V(O2) = 5/2 = 2,5л.
Подходит ответ № 3.
Без использования закона объемных отношений задача решается с помощью расчета по уравнению:
Составляем пропорцию:
5 л С02 взаимодействуют с х л О2 (по условию) 44,8 л СО2 взаимодействуют с 22,4 л О2(по уравнению):
Получили тот же вариант ответа № 3.
Источник:
ЕГЭ. Химия. Расчетные задачи в тестах ЕГЭ. Части А, В, С / Д.Н. Турчен. — М.: Издательство «Экзамен», 2009. — 399 [1]с. (Серия «ЕГЭ. 100 баллов»). I8ВN 978-5-377-02482-8.
Энергетика химических реакций | Задачи 283
Задача 283.
При соединении 2,1г железа с серой выделилось 3,77 кДк. Рассчитать теплоту образования сульфида железа.
Решение:
Ar(Fe) = M(Fe) = 55,85 г/моль.
Уравнение реакции имеет вид:
Сульфид железа образуется из железа и серы. Поэтому тепловой эффект реакции образования FeS будет равен теплоте его образования.
Обозначим через количество выделившейся теплоты при соединении 1 моль железа с 1 моль серы. Находим теплоту образования сульфида железа из пропорции:
Ответ: (FeS) = 100,3кДж.
Задача 284.
Найти количество теплоты, выделяющейся при взрыве 8,4л гремучего газа, взятого при нормальных условиях.
Решение:
Гремучим газом называют газовую смесь, состоящую двух объёмов водорода и одного объёма кислорода. Уравнение реакции взрыва гремучего газа имеет вид:
2Н2(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(г)
По табличным данным (Н2О(г)) = 241,8 кДж/моль. Стандартные энтальпии образования простых веществ принято считать равными нулю.
Согласно следствию из закона Гесса находим :
Количество теплоты, выделившейся при взрыве 8,4л гремучего, газа находим из пропорции:
Ответ: 60,45 кДж.
Задача 285.
Определить стандартную энтальпию ( ) образования РН3, исходя из уравнения:
Решение:
Обозначим искомую величину через x, запишем термохимическое уравнение образования РН3 из простых веществ:
Запишем также термохимические уравнения реакций образования Р2О5(к) и Н2О(ж) из простых веществ:
Из уравнений (2), (3) и (4) можно получить уравнение (1). Для этого умножим уравнение (2) на два и вычтем его из суммы уравнений (3) и (4), уравнение (4) при этом умножим на три, получим:
Сравнивая уравнение (5) и (1), находим:
Ответ: (PH3) = 5,3кДж.
Задача 286.
Исходя из теплового эффекта реакции:
определить ортофосфата кальция.
Решение:
Обозначим искомую величину через x, запишем термохимическое уравнение образования Ca3(PO4)2 из простых веществ:
Запишем также термохимические уравнения образования оксида кальция и оксида фосфора (V):
Из уравнений (2), (3) и (4) можно получить уравнение (5). Для этого из уравнения (2) вы-читаем уравнение (3), умноженное на три, и уравнение (4), получаем:
Сравнивая уравнения (1) и (5), получаем:
Ответ: [Ca3(PO4)2] = 4137,5кДж.
Задача 287.
Исходя из уравнения реакции:
вычислить образования метилового спирта.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Обозначим искомую величину через x, запишем термохимическое уравнение образования из простых веществ:
Запишем также термохимические уравнения образования СО2(г) и Н2О(ж):
Из уравнений (2), (3) и (4) можно получить уравнение (5). Для этого умножим уравнение (4) на два, а затем из суммы уравнений (3) и (4) вычтем уравнение (2), получим:
Сравнивая уравнения (1) и (5), находим:
Ответ: = -248,6кДж.
Как можно рассчитать теплоту сгорания
Зная теплоты образования, можно рассчитать теплоты сгорания и, наоборот, по теплотам сгорания легко рассчитать теплоты образования. [c.25]Как можно рассчитать теплоту сгорания [c.10]
Так же можно рассчитать теплоту сгорания любого количества вещества. Например, при сгорании 12,0 г октана выделяется 574 кДж тепла [c.207]
Зная теплоты образования, можно рассчитать теплоты сгорания [c.197]
Зная теплоту сгорания, можно рассчитать теплоту образования и наоборот. [c.125]
Расчет теплоты реакций по теплотам образования участвующих в них веществ. Закон Гесса дает возможность рассчитать теплоту множества различных химических реакций по минимальному числу теплот некоторых реакций. Как было показано выше, в качестве таких теплот можно выбрать теплоты сгорания. Однако обычно при термохимических расчетах пользуются теплотами образования химических соединений из простых веществ. [c.20]
При 298 К энтропия ромбической серы 32,04 Дж/(моль-К), а энтропия моноклинной серы 32,68 Дж/(моль-К). Теплоты сгорания соответственно равны — 297 948 и —298 246 Дж/моль. Рассчитайте АО для реакции 5(ро е) = 5(мон)- Пренебречь в первом приближении различием плотностей ромбической и моноклинной серы. Какой вывод можно сделать из полученного результата [c.92]
Удельную теплоту сгорания (в ккал/кг) бензина можно рассчитать по формуле Д.И. Менделеева [c.74]
На основе стандартных термодинамических таблиц и зависимостей (Я —Я)/Гк=ф(т, п, 2к) можно рассчитать теплоты образования (или сгорания) веществ при повышенном давлении. [c.61]
Так, теплоту образования бензола из водорода и твердого углерода непосредственно определить невозможно. Ее можно рассчитать только по закону Гесса с помощью теплот сгорания исходных веществ и продуктов реакции. [c.67]
Если известна теплота сгорания топлива, можно рассчитать его массу или объем, необходимые для обеспечения процесса, по формуле [c.230]
Теплота образования того или иного соединения равна сумме энергий связей в данном соединении. Проведен расчет по энергиям связи атомарных теплот образования большого числа алканов, алкенов, алкинов и алкилбензолов. Он показал, что по установленным энергиям связей с ошибкой, не превышающей точность экспериментального определения, можно рассчитать теплоты образования, а следовательно, и сгорания указанных соединений. Исключение составляют изоалканы, имеющие группировку (С4—Сз—С4). Найдена поправка к этому типу соединений. [c.32]
Важное значение в технических расчетах имеет теплота сгорания топлива. При отсутствии калориметрических Данных, но известном элементарном составе топлива низшую теплоту сгорания можно приближенно рассчитать, например, по формуле Менделеева [c.146]
Если теплота сгорания топлива не известна, то с ошибкой менее 1 % жаропроизводительность можно рассчитать по формуле [60] [c.121]
Точное значение величины энергии связей очень важно, так как оно позволило бы рассчитать по уравнениям (1)—(3) теплоту сгорания, теплоты образования из атомов и элементов для соединений, у которых отсутствуют экспериментальные данные. Кроме того, по энергиям связей можно рассчитать теплоту образования радикалов, энергию диссоциации связи, получить химическую оценку прочности связи и т. д. [c.5]
Располагая значениями тепловых эффектов образования, сгорания, растворения, парообразования и т. д., можно с помощью закона Гесса рассчитать теплоты самых разнообразных процессов, в частности таких, экспериментальное изучение которых затруднительно или вообще невозможно. Несколько иллюстраций было приведено ранее. Ниже рассмотрен еще ряд примеров. Ради единообразия и наглядности, все они представлены в виде энтальпийных диаграмм — энергетических лестниц , причем с соблюдением [c.20]
Теплоты растворения силикатов имеют исключительно большое значение в термохимии силикатов, так как с их помощью можно рассчитать теплоты образования силикатов, теплоты стеклообразования и т. п. С этой точки зрения значение тенлот растворения подобно значению тенлот сгорания в термохимии органических соединений, где они используются для расчетов теплоты образования этих соединений. Папример, чтобы определить теплоту образования Q дисиликата натрия из метасиликата натрия и стеклообразного кремнезема [c.84]
Если известны теплоты сгорания всех веществ, участвующих в реакции, то по ним можно рассчитать и тепловой эффект самой реакции. [c.198]
Двигатели некоторых крупных ракет работают на 1,1-диметилгидразине (СНз)2К—NHa с использованием жидкого кислорода в качестве окислителя. Продукты сгорания топлива — Н2О (г.), СО2 (г.) и N2 (г.). Воспользуйтесь значениями энергии связей и вычислите энтальпию образования этого ракетного топлива, а на основании полученного значения рассчитайте теплоту сгорания. Является ли такое сочетание реагентов, если судить по весу (горючего плюс окислителя), лучшим, чем водород и кислород (Тенлотами парообразования можно пренебречь.) [c.231]
Стандартные теплоты образования и сгорания при водятся в специальных справочниках. Кроме того стандартные теплоты сгорания органических веществ в газообразном состоянии можно рассчитать по при [c.52]
Теплоту различных реакций, происходящих между углеводородами, можно рассчитать с высокой степенью точности, если известна теплота сгорания последнюю используют для расчета АЯ°. Так, например, стандартная теплота образования нормального гексана может быть получена по данным о теплоте сгорания жидкого гексана, водорода и графита и по теплоте испарения гексана в результате приводимых ниже операций сложения [c.363]