ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 19
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 19. Тепловые эффекты химических реакций

Почему одна реакция выделяет теплоту, а другая её поглощает — и как это посчитать?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Почему одна реакция выделяет теплоту, а другая её поглощает — и как это посчитать?

Исследуем вместе

Куда уходит энергия реакции

Меняй количество водорода и состояние продукта. Сравни теплоту, отданную среде, с изменением энтальпии системы.

В обратном процессе это количество образующегося H₂.

Даны округлённые термохимические значения. Диаграмма сравнивает начальный и конечный уровни и не изображает энергию активации.

01

Энергия связей: сначала затраты, затем выигрыш

Чтобы разрушить химическую связь, нужно передать энергию частицам. При образовании связи энергия выделяется: система переходит в более устойчивое состояние. В реакции одновременно исчезают одни связи и возникают другие, поэтому нельзя судить о тепловом эффекте только по факту разрыва связей.

  1. Исходные вещества

    Разрыв связей требует энергии

  2. Перестройка

    Атомы образуют новые сочетания

  3. Продукты

    Образование связей освобождает энергию

  4. Итог

    Сравниваем суммарные затраты и выделение

Сравним два вклада. Если на разрыв затрачено меньше энергии, чем выделилось при образовании новых связей, окружающая среда получает теплоту. Если затраты больше, система поглощает энергию. Именно разность вкладов определяет общий результат; отдельные промежуточные стадии могут идти иначе.

Разрыв связей требует энергии, образование связей её выделяет. Тепловой эффект определяется итогом обоих процессов.

02

Не перепутаем Q и ΔH

В принятой в учебнике записи теплота, выделенная наружу, стоит справа со знаком плюс: 2H₂(г) + O₂(г) → 2H₂O(ж) + 572 кДж. Это означает выделение 572 кДж при образовании двух молей жидкой воды из двух молей водорода и одного моля кислорода.

Наглядное объяснение

Один процесс — два знака при разных соглашениях

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ

Один процесс — два знака при разных соглашенияхИсходные веществаПродуктыQ > 0; для системы ΔH < 0HНачало → конец процесса

Диаграмма сравнивает начальное и конечное состояния. Высота энергетического барьера здесь не показана.

Для той же реакции изменение энтальпии системы ΔH отрицательно: −572 кДж на уравнение. При постоянном давлении и обычных условиях термохимического опыта Q, отданная среде, = −ΔH. Поэтому положительное выделение теплоты и отрицательное ΔH описывают один процесс. Обозначение и соглашение о знаке всегда надо читать вместе.

Подробности: понятия и примеры
ПроцессТеплота в записи учебникаИзменение энтальпии системы
Экзотермический+Q справаΔH < 0
Эндотермический−Q справаΔH > 0
Обратная реакцияЗнак меняетсяЗнак меняется

Знак теплового эффекта зависит от принятого обозначения. Экзотермическая реакция уменьшает энтальпию системы.

Горение магния

Горение магния сопровождается ярким светом и образованием оксида магния.

Alvy16 · Wikimedia Commons · CC BY 4.0. Без изменений.

Модель молекулы воды H₂O

В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.

Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Количество и состояние вещества имеют значение

Термохимическое уравнение содержит коэффициенты, агрегатные состояния и тепловой эффект. Если все коэффициенты умножить на два, удвоится и теплота. Для обратного превращения её абсолютное значение сохраняется, а знак меняется при тех же начальном и конечном состояниях.

Признак / объектЧто означаетПояснение
2H₂O(ж)572 кДж выделяетсяВода остаётся жидкой
2H₂O(г)484 кДж выделяетсяЧасть энергии остаётся в паре
Разница88 кДж на 2 мольПо 44 кДж на моль воды

Для образования двух молей водяного пара выделяется около 484 кДж, а двух молей жидкой воды — 572 кДж. Разница 88 кДж связана с конденсацией двух молей пара. Без указания состояния воды одинаковая химическая формула скрывает разные энергетические результаты.

Теплота пропорциональна количеству превращённого вещества. Агрегатные состояния входят в условия термохимической записи.

04

Расчёт: от молей к килоджоулям

Пусть метан сгорает до CO₂ и водяного пара: CH₄(г) + 2O₂(г) → CO₂(г) + 2H₂O(г) + 803 кДж. Для 4,48 л CH₄ при нормальных условиях сначала найдём количество: 4,48 / 22,4 = 0,20 моль. На один моль метана приходится 803 кДж, значит выделится 0,20 × 803 = 160,6 кДж.

  1. 1. Уравнение

    Проверяем продукты и состояния

  2. 2. Количество

    n = V / Vₘ = 0,20 моль

  3. 3. Теплота

    Q = 0,20 × 803 = 160,6 кДж

  4. 4. Проверка

    Пятая часть моля даёт пятую часть 803 кДж

Пояснение к ходу решения

Обратный расчёт работает так же. Если выделилось 80,3 кДж, сгорело 80,3 / 803 = 0,10 моль CH₄, или 2,24 л при нормальных условиях. Предполагаются полное сгорание и достаточное количество кислорода; теплота, полученная нагреваемым предметом, может быть меньше из-за потерь в среду.

Термохимический расчёт начинается с количества вещества. Теплоту сопоставляют именно с коэффициентом выбранного участника.

Соберём главное

Шесть выводов

01Разрыв связей требует энергии, образование связей её выделяет. Тепловой эффект определяется итогом обоих процессов.
02Знак теплового эффекта зависит от принятого обозначения. Экзотермическая реакция уменьшает энтальпию системы.
03Теплота пропорциональна количеству превращённого вещества. Агрегатные состояния входят в условия термохимической записи.
04Термохимический расчёт начинается с количества вещества. Теплоту сопоставляют именно с коэффициентом выбранного участника.
05Обращение реакции меняет знак теплового эффекта. Умножение коэффициентов меняет его величину в ту же кратность.
06Тепловой эффект реакции и энергия активации различаются. Экзотермическая реакция тоже может требовать начального нагревания.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Разрыв химической связи…
2. Когда реакция экзотермическая?
3. Для выделения 572 кДж наружу знак ΔH системы…
4. При удвоении всех коэффициентов термохимического уравнения Q…
5. При обращении реакции тепловой эффект…
6. Почему важно указать состояние воды?
7. Из 0,20 моль CH₄ при 803 кДж/моль выделится…
8. 80,3 кДж при том же уравнении соответствует…
9. Разница 572 − 484 кДж для двух молей воды связана с…
10. Реально переданная предмету теплота может быть ниже расчётной из-за…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 19. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 19. Тепловые эффекты химических реакций.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…