Równania reakcji chemicznych, w których wskazano efekt cieplny nazywamy równaniami termochemicznymi. Efekt cieplny wskazuje się jako wartość zmiany entalpii reakcji AH. W równaniach termochemicz-nych, w odróżnieniu od zwyczajnych równań chemicznych, koniecznie wskazujemy stany skupienia substancji (ciekły „c”, stały „s” albo gazowy „g”). Jest to związane z tym, że ta sama substancja w różnych stanach skupienia ma różną entalpię. Dlatego reakcja chemiczna z udziałem takich samych substancji, ale w różnych stanach skupienia ma różny efekt cieplny.
Efekt cieplny reakcji w równaniach termochemicznych oznaczamy przy pomocy dwóch sposobów:
1) wskazujemy tylko znak AH - jeżeli trzeba zaznaczyć, czy reakcja jest egzo- czy endotermiczna:
2) wskazuje się wartości ilościowe - w konieczności zrobienia obliczeń:
Zmiana entalpii, wskazana w równaniu termochemicznym, to taka sama część równania chemicznego, jak i wzory substancji i dlatego podlega tym samym współczynnikom. Na przykład, dla równania spalania etanu:
Dla innych ilości reagentów albo produktów ilość ciepła proporcjonalnie się zmieni.
Często, aby ułatwić korzystanie z równań termochemicznych współczynniki w nich skracamy tak, aby przed wzorami substancji, według których robi się obliczenia stał współczynnik 1. Wiadomo, że w takim przypadku inne współczynniki mogą stać się ułamkami, przy czym trzeba proporcjonalnie zmniejszać także wartość zmiany entalpii. Tak więc, dla reakcji oddziaływania sodu z wodą, przedstawionej wyżej, można zapisać równanie termochemiczne:
Układanie termochemiczynch równań reakcji
Przykład 1. Podczas reakcji azotu o ilości 1 mola z tlenem, który tworzy tlenek azotu(II) pochłaniane jest 181,8 kJ energii. Ułóżcie termochemiczne równanie reakcji.
Rozwiązanie. Ponieważ energia jest pochłaniana, to AH jest liczbą dodatnią. Równanie termochemiczne wyglądałoby tak:
Przykład 2. Dla reakcji syntezy jodowodoru z prostych substancji gazowych AH = +52 kJ/mol. Ułóżcie termochemiczne równanie rozkładu jodowodoru na substancje proste.
Rozwiązanie. Reakcje syntezy jodowodoru i jego rozpadu - to reakcje przeciwstawne. Analizując rysunek 18.4, można wysnuć wniosek, że w tym przypadku substancje, tym samym ich entalpie są jednakowe. Różnica polega tylko na tym, która z substancji jest produktem reakcji, a która - reagentem. Biorąc to pod uwagę, wysuwamy wniosek, że w procesach przeciwstawnych AH mają jednakową wartość, ale różne znaki.
Tak więc, dla reakcji syntezy jodowodoru:
a dla reakcji jego rozpadu:
Ponieważ w praktyce mierzy się masę albo objętość substancji, to nieodzowne jest ułożenie równania termochemicznego, wykorzystując właśnie te dane. Przykład. Podczas tworzenia ciekłej wody o masie 18 g z substancji prostych wydzieliło się 241,8 kJ ciepła. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji. Rozwiązanie. Woda o masie 18 g odpowiada ilości n(H20) = m/M = 18 g /18 g/mol = = 1mol. A w równaniu reakcji tworzenia wody z substancji prostych przed wzorem wody stawiamy współczynnik 2. Tak więc, w równaniu termochemicznym trzeba zaznaczyć zmianę entalpii podczas utworzenia wody o ilości 2 moli, czyli 241,8-2 = 483,6:
Na etykietach produktów spożywczych obowiązkowo wskazuje się dane o wartości energetycznej tych produktów, co często nazywane jest kalorycznością. Większość ludzi informację o kaloryczności wykorzystuje, rozumując: „o ile się poprawię, jeśli to zjem". Naprawdę cyfry, które wskazano na etykiecie, to efekt cieplny reakcji pełnego spalania 100 g tego produktu do dwutlenku węgla i wody. Ten efekt cieplny jest wskazywany w przestarzałych jednostakch miary ciepła -kaloriach albo kilokaloriach (1 cal = 4,18 J, 1 kcal = 4,18 kJ), skąd wziął się termin „ka-loryczność".
Myśl główna
Zmiana entalpii - charakterystyka ilościowa wydzielonego albo pochłoniętego ciepła podczas reakcji chemiczynch.
Zadania utrwalające wiedzę
210. Jakie równania reakcji nazywamy termochemiczymi?
211. Określcie, które z przytoczonych równań termochemiczynch odpowiadają procesom egzotermicznym? endotermicznym?
212. Według termochemicznego równania syntezy amoniaku obliczcie, ile ciepła wydzieli się podczas: a) zużycia azotu o ilości substancji 1 mol; b) utworzenia amoniaku o ilości 2 moli.
N2(g.) + 3H2(g.) = 2NH3(g.); AH = -92 kJ/mol.
213. Zmiana entalpii reakcji spalania węgla równa się 393,5 kJ/mol. Ułóżcie ter-mochemiczne równanie tej reakcji.
214. Podczas spalania metanu o ilości 1 mola wydzieliło się 890 kJ energii. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji.
215. Tlenek żelaza(ll) redukuje się tlenkiem węgla(ll) do żelaza. Reakcji tej towarzyszy wydzielanie się 1318 kJ ciepła podczas otrzymania 1 mola żelaza. Ułóżcie termochemiczne równanie tej reakcji.
216. Podczas oddziaływania wodom z jodem tworzy się jodowodór o ilości substancji 2 moli. Przy czym zostało pochłonięte 101,6 kJ energii. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji.
217. Według równania termochemicznego w zadaniu 211 ułóżcie równania termochemiczne reakcji: a) utworzenia tlenku rtęci(ll) z substancji prostych: b) rozpadu chlorowodoru; c) utworzenia glukozy w procesie fotosyntezy.
218. W reakcji spalania tlenku węgla(ll) o ilości 2 moli wydziela się 566 kJ energii. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji.
219. W procesie rozpadu węglanu baru o masie 197 g pochłonięto 272 kJ ciepła. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji.
220. Podczas oddziaływania żelaza o masie 56 g z siarką wydzieliło się 95 kJ ciepła. Ułóżcie równanie termochemiczne tej reakcji.
221. Porównajcie przedstawione przykłady równań termochemicznych i objaśnijcie różnice w zmianie entalpii:
222*.Zmiana entalpii reakcji zobojętnienia kwasu solnego wodorotlenkiem sodu wynosi -56,1 kJ/mol, a wodorotlenkiem wapnia wynosi -56,3 kJ/mol. W reakcji kwasu azotowego z wodorotlenkiem litu zmiana entalpii wynosi -55,8 kJ/mol. Jak uważacie, dlaczego efekty cieplne reakcji między podanymi substancjami są prawie takie same?
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz