Методический материал на тему: «Задачи, основанные на применении закона Гесса»

Методический материал на тему:  «Задачи, основанные на применении закона Гесса» Закон  Гесса:  тепловой   эффект   химической   реакции   зависит   только   от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути процесса. В   термохимических   расчетах   применяют   следствие   из   закона   Гесса: тепловой эффект химической реакции (∆ Н х.р.) равен сумме теплот образования   продуктов   реакции   за   вычетом   суммы   теплот образования   исходных   веществ   с   учетом   стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Так, для реакции: аА + bВ = dD + cC ∆ Н х.р. = (d ∆ HD + c ∆ HC) – (a ∆ HA + b ∆ HB) где ∆ Н х.р. – тепловой эффект химической реакции, а, b, c, d – стехиометрические коэффициенты, ∆ HA и ∆ HB – теплоты (энтальпии) образования исходных веществ, ∆ HD и ∆ HC – теплоты (энтальпии) образования продуктов реакции. Для экзотермической реакции ∆ Н х.р. < 0, для эндотермической – ∆ Н х.р. > 0. Стандартной теплотой (энтальпией) образования соединения (∆ Н°) называют  количество  теплоты,  которое   выделяется   или  поглощается  при образовании одного моль химического соединения из простых веществ при стандартных условиях (температура 25°С (298 К), давление 101,3 кПа). Она измеряется в кДж/моль. Стандартная теплота (энтальпия) образования простого вещества равна нулю. Чтобы показать тепловой эффект при образовании 1 моль соединения, в термохимических   уравнениях   можно   применять   и   дробные   коэффициенты. Например, термохимическое уравнение реакции образования 1 моль оксида азота (II) из азота и кислорода можно записать так: 1/2N2 (г) + 1/2О2 (г) = NO (г); ∆ Н° = +90,4 кДжСТАНДАРТНЫЕ ТЕПЛОТЫ (ЭНТАЛЬПИИ)  ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ Вещество Состояние С2Н2 CS2 NO C6H6 C2H4 NO2 H2S HBr NH3 CH4 C2H6 HCℓ CO CH3OH C2H5OH H2O C2H5OH H2O г г г г г г г г г г г г г г г г ж ж Н° обр., кДж/моль +226,75 +115,28 +90,37 +82,93 +52,28 +33,0 –20,15 –34,12 –46,19 –74,85 –84,67 –92,31 –110,52 –201,17 –235,31 –241,88 –277,60 –285,84 Вещество Состояние SO2 NH4Cℓ Na2S KC Oℓ 3 CO2 SO3 NaCℓ KCℓ MgO CaO Fe2O3 Ca(OH)2 Na2CO3 Cr2O3 CaCO3 C6H12O6 Na2SO4 Aℓ2O3 Aℓ2(SO4)3 г к к к г г к к к к к к к к к к к к к Н° обр., кДж/моль –269,90 –315,39 –372,0 –391,20 –393,51 –396,10 –411,10 –435,90 –602,1 –635,50 –822,10 –986,50 –1130,90 –1141,0 –1206,90 –1273,0 –1388,0 –1669,80 –3442,0 П р и м е р 1. При взаимодействии газообразных сероводорода и оксида углерода   (IV)   образуются   пары   воды   и   сероуглерод   CS2 (г).   Составьте термохимическое   уравнение   реакции,   вычислив   ее   тепловой   эффект. Укажите, какая это реакция: экзотермическая или эндотермическая. Решение. 1. Составим уравнение реакции: 2H2S + CO2 = CS2 + 2H2O. 2. Вычислим тепловой эффект реакции. На основании следствия из закона Гесса можно записать: ∆ Н х.р. = (∆  2CSH + 2 ∆ OH 2H ) – (2 ∆ SH 2H  + ∆  2COH ).Подставим в это уравнение теплоты образования веществ из приведенной таблицы: ∆ Н х.р. = [115,28 + 2(–241,88)] – [2(–20,15) + (–393,51)] = +65,33 (кДж). Тепловой эффект реакции составляет +65,33 кДж, следовательно, реакция эндотермическая, протекает с поглощением теплоты. 3. Запишем термохимическое уравнение реакции: 2H2S(г) + СО2(г) = СS2(г) + 2Н2О(г); ∆ Н = + 65,33 кДж. П р и м е р 2. Определите количество теплоты, выделяемой при гашении извести массой 100 кг водой. Решение. 1. Вычислим количество вещества оксида кальция: )CaO(m )CaO(M  100000 56 = 1785,7 (моль). ν (СаО) =  2. Составляем уравнение реакции гашения извести: СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к). 3.   Определим   тепловой   эффект   реакции   (теплоты   образования   веществ находим из данных таблицы): 2)ОН(СаН ОН 2Н – (∆ НСаО + ∆  ∆ Н х.р. = ∆  = –986,5 – [(–635,5) + (–285,84)] = –65,16 кДж. Тепловой эффект реакции определили на 1 моль СаО. 4.   Находим   количество   теплоты,   которая   выделяется   при   гашении ) = 1785,7 моль: при гашении 1 моль СаО выделяется (–65,16) кДж, при гашении 1785,5 моль СаО – х кДж 1 1785 7,   ( )16,65 x ; x 178   (5, 1 )17,65 = –1,16 ∙ 105 кДж. П   р   и   м  е  р  3.  При   сгорании   жидкого   этилового   спирта   массой  11,5 г выделилась   теплота   количеством   308,71 кДж.   Составьте   термохимическое уравнение   реакции,   в   результате   которой   образуются   пары   воды   и   оксид углерода (IV). Вычислите теплоту образования С2Н5ОН (ж). Решение. 1. Найдем количество вещества этилового спирта: )OHHC(m )OHHC(M 5 2  5,11 46 2 5 = 0,25 (моль). ν (С2Н5ОН) =  2. Составим уравнение реакции горения этилового спирта: С2Н5ОН + 3О2 = 3Н2О + 2СО2 3. Вычислим тепловой эффект реакции: при сгорании 0,25 моль С2Н5ОН выделяется (–308,71) кДж,при сгорании 1 моль С2Н5ОН – х кДж  (  1)7,308 25,0 = –1234,8 кДж. х =  4. Запишем термохимическое уравнение реакции: С2Н5ОН(ж) + 3О2(г) = 3Н2О(г) + 2СО2(г); ∆ Н = –1234,8 кДж. 5. Определим теплоту образования С2Н5ОН (ж). На основании следствия из закона Гесса запишем: + 3 ∆ 2OH ) ∆ Н х.р. = (3 ∆ Учитывая, что теплота образования простого вещества кислорода (∆ 2OH ) ) – (∆ + 2 ∆ ОН 2Н 2COH 2H OННC 5 равна нулю, получаем: ОН 2Н 2H 5 2COH OННC = (3 ∆ ∆ Подставим   в   это   уравнение   теплоты   образования   веществ   и   тепловой ) – ∆ Н х.р.  + 2 ∆ эффект реакции, получим теплоту образования C2H5OH: 2H 5 OННC =[3(–241,88)+2(–393,51)]+ 1234,8 = –277,86 кДж/моль. ∆ Реши самостоятельно: 1. На основании значений стандартных теплот образования веществ (см. таблицу) вычислите тепловой эффект следующих реакций: 1) H2S (г) + 3/2О2 (г) = SO2 (г) + Н2О (г) 2) Fe2O3 (к) + 3СО (г) = 2Fe (к) + 3СО2 (г) 3) СаСО3 (к) = СаО (к) + СО2 (г) 4) 2Cℓ2 (г) + 2Н2О (г) = 4HCℓ (г) + О2 (г) 5) SO2 (г) + 1/2О2 (г) = SO3 (г) 6) Н2О (г) + С (к) = СО (г) + Н2 (г) 7) Aℓ2O3 (к) + 3SO3 (г) = Aℓ2(SO4)3 (к) 8) С6Н6 (г) + 7/2О2 (г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (г) 9) СН4 (г) + СО2 (г) = 2СО (г) + 2Н2 (г) 10) 2NH3 (г) + 3/2О2 (г) = N2 (г) + 3Н2О (ж) 11) 2KC Oℓ 3 (к) = 2KCℓ (к) + 3О2 (г) Укажите,   какие   из   этих   реакций   экзотермические,   какие – эндотермические. 2.   По   термохимическим   уравнениям   рассчитайте   теплоту   образования продуктов реакций: 1) 2Aℓ2O3 (к) + 6SO2 (г) + 3О2 (г) = 2Aℓ2(SO4)3 (к); ∆ Н = –1762 кДж. 2) 2Н2О (ж) + 2SO2 (г) + О2 (г) = 2H2SO4 (ж); ∆ Н = –462 кДж. 3) 2NH3 (г) + SO3 (г) + Н2О (г) = (NH4)2SO4 (г); ∆ Н = –451 кДж. 4) СаО (к) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 (к); ∆ Н = –65,06 кДж. 3.   По   термохимическим   уравнениям   рассчитайте   теплоту   образования исходных веществ: 1) 2Mg(NO3)2 (к) = 2MgO (к) + 4NO2 (г) + О2 (г); ∆ Н = +510 кДж.2) 4Na2SO3 (к) = 3Na2SO4 (к) + Na2S (к); ∆ Н = – 176 кДж. 3) 4KC Oℓ 4 (к) = 2KC Oℓ 3 (к) + 2KCℓ (к) + 5О2 (г); ∆ Н = +60 кДж. 4) 2(NH4)2CrO4 (к)   =   Cr2O3 (к)   +   N2 (г)   +   5Н2О (ж)   +   2NH3 (г);   ∆   Н   =   – 89 кДж. 4. На основании значений теплот образования веществ вычислите тепловой эффект протекающих в организме реакций превращения глюкозы: 1) С6Н12О6 (к) = 2С2Н5ОН (ж) + 2СО2 (г) 2) С6Н12О6 (к) + 6О2 (г) = 6СО2 (г) + 6Н2О (ж). Укажите,   какая   из этих реакций поставляет организму больше энергии. (1) 69,2 кДж; 2) 2803 кДж.) 5.   Газообразный   этиловый   спирт   можно   получить   при   взаимодействии этилена   и   водяных   паров.   Составьте   термохимическое   уравнение   этой реакции, вычислите ее тепловой эффект. (–45,76 кДж.) 6.   Составьте   термохимическое   уравнение   реакции   между   оксидом углерода (II) и водородом, в результате которой образуются метан и водяной пар. Вычислите количество теплоты, выделяемой при этой реакции, если был получен метан объемом 67,2 л (н. у.). (618,48 кДж.) 3NHН = –46,19 кДж/моль.) 7. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением: 4NH3 (г) + 3О2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О (ж); ∆ Н = –1530,28 кДж. Вычислите теплоту образования NH3 (г). (∆  8. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров   воды   и   оксида   углерода   (IV)   равен   –3135,58 кДж.   Составьте термохимическое   уравнение   этой   реакции,  вычислите   теплоту   образования С6Н6 (ж). (∆ = +49,03 кДж/моль.) 6Н (HС 6 ж) 9. Сожжены с образованием Н2О (г) равные объемы водорода и ацетилена, взятые   при   одинаковых   условиях.   Определите,   в   каком   случае   выделится больше теплоты и во сколько раз. (При сжигании С2Н2 теплоты выделится в 5,2 раза больше.) 2O3  = Aℓ2O3  + 2Fe при восстановлении Fe2O3 массой   80 г   выделяется   теплота   количеством   423,63 кДж.   Определите теплоту образования Fe2O3. (∆ 10. По уравнению 2A  + Fe = –822,54 кДж.) 2OFeН ℓ 3 11. Вычислите массу этанола, при сгорании которого выделяется столько же   энергии,  как   и   при   сгорании   метанола   массой  100 г.  При   вычислениях используйте теплоты образования спиртов в газообразном состоянии, а воды – в жидком. (78 г.) 12.   Вычислите   количество   теплоты,   которая   выделится   при   сгорании оксида углерода (II) объемом 500 л (н. у.). (6317 кДж.) 13. Рассчитайте количество теплоты, которая выделится при сгорании газа объемом 1 м3  (н. у.),  состоящего из водорода (мольная  доля 0,6)  и метана(мольная доля 0,4). При вычислениях используйте теплоту образования воды в жидком состоянии. (23570 кДж.) 14. При сжигании с образованием Н2О (г) смеси паров этанола и кислорода выделилась теплота количеством 494,2 кДж и остался непрореагировавший кислород   объемом   19,7 л   (н. у.).   Определите   массовые   доли   этанола   и кислорода в исходной смеси. 15. При сжигании смеси оксида углерода (II) и кислорода массой 20,8 г  выделилась теплота количеством 113,6 кДж. А при сжигании этой же массы  смеси с некоторой массой водорода выделилась теплота количеством  150 кДж. Определите массовые доли оксида углерода (II) и кислорода в  исходной смеси. ( (СО) = 53,85 %;  (О2) = 46,15 %.)