Составление термохимического уравнения реакции и вычисление теплот образования веществ

Теплота образования веществ

Задание 88. 

Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования метана? Вычислите теплоту образования метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

 а) Н2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж);  энтальпия = -285,84 кДж;
 б) С (к) + О2 (г) = СО2 (г);  энтальпия = -393,51 кДж;
в) СН4 (г) + 2О2 (г) = 2Н2О (ж) + СО2 (г);   энтальпия = -890,31 кДж.
Ответ: -74,88 кДж.

Решение:
Стандартная теплота образования равна теплоте реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях (Т = 298 К; р = 1,0325 . 105 Па). Образование метана из водорода и углерода можно представить так:

С (графит) + 2Н2 (г) = СН4 (г);   энтальпия= ?

Исходя из данных уравнений по условию задачи, учитывая, что водород сгорает до воды, углерод - до углекислого газа, метан – до углекислого газа и воды и, на основании закона Гесса, с термохимическими уравнениями можно оперировать также как и с алгебраическими. Для получения искомого результата нужно уравнение горения водорода (а) умножить на 2, а затем, сумму уравнений горения водорода (а) и углерода (б) вычесть из уравнения горения метана (в):

СН4 (г) + 2О2 (г) - 2 Н2 (г) + О2 (г) - С (к) + О2 (г) =
= 2Н2О (ж) + СО2 - 2Н2О - СО2
 энтальпия = -890,31 – [-393,51 + 2(-285,84).

Отсюда

СН4 (г) = С (к) + 2Н2 (к);  энтальпия = +74,88 кДж.2

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то 

теплота образования (СН4) = -74,88 кДж.

Ответ: -74,88 кДж.


Задание 89.
Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислите теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са (к) + 1/2О (г) = СаО (к);   энтальпия = -635,60 кДж;
Н2 (г) + 1/2О2 (г) = Н2О (ж);    энтальпия = -285,84 кДж;
СаО (к) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 (к);   энтальпия =  -65,06 кДж.
Ответ: —986,50 кДж.

Решение:
Стандартная теплота образования равна теплоте реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях (Т = 298 К; р = 1,0325 . 105 Па). Образование гидроксида кальция из простых веществ можно представить так:

Са (к) + О2 (г) + Н2 (г) = Са(ОН)2 (к)энтальпия =  ?

Исходя из уравнений, которые даны по условию задачи и, учитывая, что водород сгорает до воды, а кальций, реагируя с кислородом, образует СаО, то на основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать также как с алгебраическими. Для получения искомого результата нужно все три уравнения сложить между собой:

СаО (к) + Н2О (ж) + Са (к) + 1/2О (г) + Н2 (г) + 1/2О2 (г = (ОН)2 (к) + СаО (к) + Н2О (ж);  
энтальпия= -65,06 + (-635,60) + (-285,84) = -986,50 кДж.

Так как стандартные теплоты образования простых веществ условно принята равными нулю, то теплота образования гидроксида кальция будет равна тепловому эффекту реакции образования его из простых веществ (кальция, водорода и кислорода):

  тепловой эффект=энтальпия= (Са(ОН)2 = -986,50 кДж.2

Ответ:  -986,50 кДж.


Задание 90.
Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензина с образованием паров воды и диоксида углерода равен -3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6 (ж). Ответ: +49,03 кДж.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp равные изменению энтальпии системы энтальпия. Значение  энтальпия приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г — газообразное, ж — жидкое, к —- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О2, Н2 и др.
Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

С6Н6 (ж) + 7/2O2 = 6CO2 (г) + 3Н2О (г);   энтальпия= -3135,58 кДж.

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса:

тепловой эффект= 6теплота образования (СО2) + 3 теплота образования=0(Н2О)  –  теплота образования6Н6)   

Отсюда                     

 теплота образования6Н6) = [6теплота образования (СО2) + 3теплота образования2О)] -  тепловой эффект;
 теплота образования6Н6)  = [6 -393,51 + 3(-241,83)] - (-3135,58) = +49,03 кДж.

 Ответ: +49,03 кДж.


Теплота образования 

Задание 91.
Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена С2Н2, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды? Ответ: 924,88 кДж.
Решение:
Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Qp равные изменению энтальпии системы  энтальпия. Значение энтальпия  приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г — газообразное, ж — жид-кое, к —- кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно, например, О2, Н2 и др.
Уравнение реакции имеет вид:

С2Н2 (г) + 5/2O2 (г) = 2CO2 (г)  + Н2О (г);   энтальпия= ?

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствие из закона Гесса: 

тепловой эффект= 2теплота образования(СО2) +  теплота образования2О) –  теплота образования2Н2);
 тепловой эффект = 2(-393,51) + (-241,83) –  (+226,75) = -802,1 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид:

тепловой эффект 

Теплоту, выделившуюся при сгорании 165 л ацетилена по этой реакции, определим из пропорции:

22,4 : -802,1 = 165 : х;  х = 165 (-802,1)/22,4 = -5908,35 кДж; Q = 5908,35 кДж.

Ответ: 5908,35 кДж.


Задание 92.
При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37 кДж.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

NH3 (г) + 5/4O2 = NO (г) + 3/2H2O (г)

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствие из закона Гесса:

тепловой эффект=  теплота образования(NO) + 3/2теплота образования (Н2О) –  теплота образования(NH3);
тепловой эффект = +90,37 +3/2 (-241,83) –  (-46,19) = -226,185 кДж.

Термохимическое уравнение будет иметь вид: 

тепловой эффект 

Теплоту, выделившуюся при сгорании 44,8 л аммиака, вычислим из пропорции:

22,4 : -226,185 = 44,8 : х;  х = 44,8 (-226,185)/22,4 = -452,37 кДж; Q = 452,37 кДж.

Ответ: 452,37 кДж


Тепловой эффект реакции

Задание 93.
Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:
СН3ОН (ж) +3/2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (ж);  энтальпия=?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что молярная теплота парообразования СН3ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: -726,62 кДж.
Решение: 

(СН3ОН (ж)) = (СН3ОН (г));  теплота образования= +37,4 кДж;
+37,4 кДж = -201,17 -теплота образования (СН3ОН (ж));
 теплота образования(СН3ОН (ж)) = -201,17 +(- 37,4) = -238,57кДж. 

Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствие из закона Гесса: 

тепловой эффект= 2теплота образования2O) +  теплота образования(СО2) –  теплота образования( СН3ОН (ж));
 тепловой эффект= -393,51 +2 (-285,84) –  (-238,57) = -726,62 кДж. 

Ответ: -726,62 кДж.


Термохимическое уравнение реакции

Задание 94.
При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН(ж). Ответ: —277,67 кДж.
Решение:
Мольная масса С2Н5ОН равна 46,0г/моль.
Находим тепловой эффект реакции горения этилового спирта из пропорции: 

тепловой эффект

Следовательно, термохимическое уравнение реакции будет иметь вид:

С2Н5ОН (ж) +3О2 (г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (г);   энтальпия= 1234,84кЛж. (1)

Обозначим искомую величину через  х, запишем термохимическое уравнение образования С2Н5ОН из простых веществ:  

тепловой эффект

Запишем также термохимические уравнения образования СО2(г) и Н2О(ж)

тепловой эффект

Из уравнений (2), (3) и (4) можно получить уравнение (5). Для этого умножим уравнение (4) на три, уравнение (2) -  на два, а затем  из суммы уравнений (3) и (4) вычтем уравнение (2), получим: 

тепловой эффект

Сравнивая уравнения (1) и (5), находим:

тепловой эффект

Ответ: теплота образования (С2Н5ОН) = -278,12 кДж/моль.