Как найти экзотермическую реакцию - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Экзо-
и эндотермические реакции.

—
Экзотермическая реакция (от
экзо… вне и греч. thérmó
— тепло, жар) , химическая реакция,
сопровождающаяся выделением теплоты.
Экзотермическая реакция являются,
например, горение, нейтрализация,
большинство реакций образования
химических соединений из простых
веществ. Количество выделяющейся при
экзотермическая реакция теплоты зависит
от массы реагентов и их природы,
агрегатного состояния исходных веществ
и продуктов взаимодействия, типа реакции
и условий её осуществления (температуры,
давления и др.) .
По тепловому эффекту экзотермическая
реакция противоположны эндотермическим
реакциям.

—
Эндотермическая реакция (от
эндо… внутри и греч. thérme
— тепло, жар) , химическая реакция,
сопровождающаяся поглощением теплоты.
К эндотермическим реакциям относятся
диссоциация (в частности, разложение
молекул на свободные атомы) , восстановление
металлов из руд, фотосинтез в растениях,
образование некоторых соединений из
простых веществ.

Реакции
и их тепловой эффект

Все
реакции можно разделить на те, в ходе
которых тепло поглощается, или, наоборот,
тепло выделяется. Представьте пробирку,
охлаждающуюся или нагревающуюся в вашей
руке — это и есть тот самый тепловой
эффект. Иногда тепла выделяется так
много, что реакции сопровождаются
воспламенением или взрывом (натрий с
водой).

Экзотермические
реакции

Экзотермические
реакции
(греч. exo
— вне) — химические реакции, сопровождающиеся
потерей энергии системой и выделением
тепла (той самой энергии) во внешнюю
среду. При написании химических реакций
в конце экзотермических ставят «+ Q»
(Q
— тепло), иногда бывает указано точное
количество выделяющегося тепла. Например:

2Mg
+ O₂ =
2MgO
+ Q

NaOH
+ HCl
= NaCl
+ H₂O
+ 56 кДж

К
экзотермическим реакциям часто относятся
реакции горения, соединения. Исключением
является взаимодействие азота и
кислорода, при котором тепло поглощается:

N₂ +
O₂ ⇄
2NO
— Q

Как
уже было отмечено выше, если тепло
выделяется во внешнюю среду, значит,
система реагирующих веществ потеряло
это тепло. Поэтому не должно казаться
противоречием, что внутренняя энергия
веществ в результате экзотермической
реакции уменьшается.

Энтальпией
называют
(обозначение Н), количество термодинамической
(тепловой) энергии, содержащееся в
веществе. Иногда с целью «запутывания»
в реакции вместо явного +Q
при экзотермической реакции могут
написать

ΔH
<0.
Например:

2Na
+ 2H₂O
= 2NaOH
+ H₂;
ΔH
< 0 (это значит, что тепло выделяется —
реакция экзотермическая)

Эндотермические
реакции

Эндотермические
реакции
(греч. ἔνδον
— внутри) — химические реакции,
сопровождающиеся поглощением тепла, в
результате которых образуются вещества
с более высоким энергетическим уровнем
(их внутренняя энергия увеличивается).

К
таким реакциям наиболее часто относятся
реакции разложения. При написании
эндотермических реакций в конце ставят
«-Q»,
либо указывают точное количество
поглощенной энергии. Примеры таких
реакций:

2HgO
= Hg
+ O₂ —
Q

4NH₃ +
5O₂ =
4NO
+ 6H₂O
— Q

CaCO₃ =
CaO
+ CO₂↑
— Q

С
целью «запутывания» может быть
дана энтальпия, она при таких реакциях
всегда: ΔH
> 0, так как внутренняя энергия веществ
увеличивается.
Например:

CaCO₃ =
CaO
+ CO₂↑
; ΔH
> 0 (значит реакция эндотермическая,
так как внутренняя энергия увеличивается)

-Как
понять, что химическое уравнение
экзотермическое или эндотермическое?

—
Берете
справочник, находите
стандартные энтальпии образования
продуктов, складываете с учетом
стехиометрических коэффициентов. Там
же находите энтальпии продуктов, их
тоже складываете с учетом стехиометрических
коэффициентов.
Находите разницу.

Если
разница положительная,
значит, теплота
выделяется.
Реакция экзотермическая.
Если
отрицательная — то эндотермическая.

Пример.

C
+ O2
= CO2

Стандартная
энтальпия образования углекислого газа
−393,51 кДж/моль (минус, не тире). Энтальпия
образования графита и кислорода — 0.

0-393,51
< 0 , реакция экзотермическая

Соседние файлы в предмете Химия

Источник

Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.

По характеру процесса

Соединения

Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно
сложное вещество. Примеры:

4Na + O₂ = 2Na₂O

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Разложения

В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + 2O₂

Сa(OH)₂ = CaO + H₂O

Замещения

В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂

Обмена

К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами.
Часто обмен происходит анионами/катионами:

2KOH + MgCl₂ = Mg(OH)₂↓ + 2KCl

AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF

Реакция нейтрализации — реакция обмена между основанием и кислотой, в ходе которой получаются соль и вода:

KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + H₂O

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Это те химические реакции, в процессе которых происходит изменение степеней окисления химических элементов, входящих в состав
исходных веществ. ОВР подразделяются на:

Межмолекулярные — атомы окислителя и восстановителя входят в состав разных молекул. Примеры:

KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

K₂SO₃ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → K₂SO₄
+ Cr₂(SO₄)₃ + H₂O

Внутримолекулярные — атомы окислителя и восстановителя в составе одного сложного вещества. Примеры:

KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

KClO₃ → KCl + O₂

Диспропорционирование — один и тот же атом является и окислителем, и восстановителем

KOH + Cl₂ → (t) KCl + KClO₃ + H₂O

KOH + Cl₂ → KCl + KClO + H₂O

Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО,
принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.

От обилия информации можно запутаться. Я рекомендую сформулировать четко: «Окислитель — понижает СО, восстановитель — повышает СО». Запомнив
эту информацию таким образом, вы не будете путаться.

ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».

Обратимые и необратимые реакции

Обратимые реакции — такие химические реакции, которые протекают одновременно в двух противоположных направлениях: прямом и обратном.
При записи реакции в таких случаях вместо знака «=» ставят знак обратимости «⇆».

Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):

N₂ + 3H₂ ⇆ 2NH₃

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇆ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от
обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.

Иногда сложно бывает отличить обратимую реакцию от необратимой, однако я дам несколько советов, которые советую взять на вооружение.
В результате необратимых реакций:

Образуются малодиссоциирующие вещества (например — вода, однако есть исключения — реакция этерификации)
Реакция сопровождается выделение большого количества тепла
В ходе реакции образуется газ или выпадает осадок

Примеры необратимых реакций:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl (выпадает осадок)

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (образуется вода)

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ (сопровождается выделением большого количества тепла)

Реакции и агрегатное состояние фаз

Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому
составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой,
твердой и газообразной.

Все реакции можно разделить на гетеро- и гомогенные. Гетерогенные реакции (греч. heterogenes — разнородный) — реакции, протекающие на
границе раздела фаз, в неоднородной среде. Скорость таких реакций зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ.

К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество,
твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:

Zn_(тв.) + 2HCl_(р-р.) = ZnCl_2(р-р.) + H₂_(газ.)↑

Гомогенные реакции (греч. homogenes — однородный) — реакции, протекающие между веществами, находящимися в одной фазе.

К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером
такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.

NaOH_(р-р.) + CH₃COOH_(р-р.) = CH₃COONa_(р-р.) + H₂O_(р-р.)

Реакции и их тепловой эффект

Все реакции можно разделить на те, в ходе которых тепло поглощается, или, наоборот, тепло выделяется. Представьте пробирку, охлаждающуюся
или нагревающуюся в вашей руке — это и есть тот самый тепловой эффект. Иногда тепла выделяется так много, что реакции сопровождаются
воспламенением или взрывом (натрий с водой).

Экзотермические реакции

Экзотермические реакции (греч. exo — вне) — химические реакции, сопровождающиеся потерей энергии системой и выделением тепла (той самой
энергии) во внешнюю среду. При написании химических реакций в конце экзотермических ставят «+ Q» (Q — тепло), иногда бывает указано точное
количество выделяющегося тепла. Например:

2Mg + O₂ = 2MgO + Q

Большинство реакций нейтрализации относятся к экзотермическим:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O + 56 кДж

К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + Q

Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при
котором тепло поглощается:

N₂ + O₂ ⇄ 2NO — Q

Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому
не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.

Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания»
в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH < 0. Например:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂; ΔH < 0 (это значит, что тепло выделяется — реакция экзотермическая)

Эндотермические реакции

Эндотермические реакции (греч. ἔνδον — внутри) — химические реакции, сопровождающиеся поглощением тепла, в результате которых образуются
вещества с более высоким энергетическим уровнем (их внутренняя энергия увеличивается).

К таким реакциям наиболее часто относятся реакции разложения. При написании эндотермических реакций в конце ставят «-Q», либо указывают точное
количество поглощенной энергии. Примеры таких реакций:

2HgO = Hg + O₂ — Q

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ — Q

С целью «запутывания» может быть дана энтальпия, она при таких реакциях всегда: ΔH > 0, так как внутренняя
энергия веществ увеличивается. Например:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)

Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик»)
является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Химические реакции сопровождаются изменением запаса энергии веществ.

Тепловой эффект (Q) — количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся в ходе реакции.

Значение теплового эффекта может быть положительным (теплота выделяется) или отрицательным (теплота поглощается). Оно указывается в термохимических уравнениях реакций:

H2(г)+F2(г)=2HF(г)+537кДж;

3O2(г)=2O3(г)−285кДж.

Обрати внимание!

1. В термохимических уравнениях тепловой эффект указан на количества веществ, соответствующие коэффициентам перед их формулами.

2. В термохимических уравнениях указываются агрегатные состояния веществ.

Тепловой эффект реакции зависит от агрегатного состояния веществ. Например, образование газообразной и жидкой воды происходит с выделением разного количества теплоты:

2H2(г)+O2(г)=2H2O(г)+484кДж;

2H2(г)+O2(г)=2H2O(ж)+572кДж.

Тепловой эффект реакции (Q) равен разности внутренней энергии исходных и образующих веществ. Если продукты реакции имеют меньший запас энергии по сравнению с реагентами, то в ходе реакции теплота будет выделяться. Такие реакции называются экзотермическими.

Рис. (1). Изменение энергии в экзотермической реакции (Ea — энергия активации, (Q) — тепловой эффект)

Экзотермическими реакциями являются:

реакции горения;
большинство реакций соединения (кроме взаимодействия азота с кислородом и некоторых других процессов);
реакции нейтрализации между щелочами и сильными кислотами;
реакции активных металлов и их оксидов с водой, а также реакции металлов с кислотами.

Примеры экзотермических реакций:

N2(г)+3H2(г)=2NH3(г)+92кДж;
2SO2(г)+O2(г)=2SO3(г)+284кДж;
CaO(тв)+H2O(ж)=Ca(OH)2(тв)+65кДж;
CH4(г)+2O2(г)=CO2(г)+2H2O(г)+891кДж.

Для протекания термохимических реакций нагревание не требуется или оно необходимо только для начала процесса. Например, для разложения дихромата аммония вещество надо нагреть, а затем реакция идёт с выделением тепла.

Если запас внутренней энергии продуктов реакции больше энергии исходных веществ, то для протекания реакции требуется поступление энергии извне. Такие реакции называются эндотермическими.

Рис. (2). Изменение энергии в эндотермической реакции

Эндотермическими реакциями являются:

большинство реакций разложения;
реакция фотосинтеза.

Примеры эндотермических реакций:

CaCO3(тв)=CaO(тв)+CO2(г)−157кДж;
2HgO(тв)=2Hg(тв)+O2(г)−180кДж;
6CO2(г)+6H2O(ж)=C6H12O6(тв)+6O2(г)−2920кДж;
N2(г)+O2(г)=2NO(г)−175кДж.

Для осуществления эндотермических реакций энергия должна поступать постоянно. Вещества нужно нагревать, или используется другой вид энергии (световая энергия при фотосинтезе, электрическая — при электролизе).

Источники:

Рис. 1. Изменение энергии в экзотермической реакции. © ЯКласс.

Рис. 2. Изменение энергии в эндотермической реакции. © ЯКласс.

Источник

Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.

Химические реакции протекают либо с выделением теплоты, либо с поглощением теплоты.

Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты (теплота указывается со знаком «+»). Эндотермические реакции – с поглощением теплоты (теплота Q указывается со знаком «–»).

Тепловой эффект химической реакции – это изменение внутренней энергии системы вследствие протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реагентов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции.

При протекании химических реакций наблюдаются некоторые закономерности, которые позволяют определить знак теплового эффекта химической реакции:

Реакции, которые протекают самопроизвольно при обыных условиях, скорее всего экзотермические. Для запуска экзотермических реакций может потребоваться инициация – нагревание и др.

Например, после поджигания горение угля протекает самопроизвольно, реакция экзотермическая:

C + O₂ = CO₂ + Q

Реакции образования устойчивых веществ из простых веществ экзотермические, реакции разложения чаще всего – эндотермические.

Например, разложение нитрата калия сопровождается поглощением теплоты:

2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂ – Q

Реакции, в ходе которых из менее устойчивых веществ образуются более устойчивые, чаще всего экзотермические. И наоборот, образование более устойчивых веществ из менее устойчивых сопровождается поглощением теплоты. Устойчивость можно примерно определить по активности и стабильности вещества при обычных условиях. Как правило, в быту нас окружают вещества сравнительно устойчивые.

Например, горение амиака (взаимодействие активных, неустойчивых веществ — аммиака и кислорода) приводит к образованию устойчивых веществ – азота и воды. Следовательно, реакция экзотермическая:

4NH₃ + 3O₂→ 2N₂ + 6H₂O + Q

Количество теплоты обозначают буквой Q, измеряют в кДж (килоджоулях) или Дж (джоулях).

Количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, пропорционально количеству вещества, вступившего в реакцию.

В термохимии используются термохимические уравнения. Это уравнение реакции с указанием количества теплоты, выделившейся в ней (на число моль вещества, равное коэффициентам в уравнении).

Например, рассмотрим термохимическое уравнение сгорания водорода:

2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) + 484 кДж,

Из термохимического уравнения видно, что 484 кДж теплоты выделяются при сгорании 2 моль водорода, 1 моль кислорода. Также можно сказать, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты.

Теплота образования вещества – количество теплоты, выделяющееся при образовании 1 моль данного вещества из простых веществ.

Например, при сгорании алюминия:

2Аl + 3/2О₂ → Аl₂О₃ + 1675 кДж

теплота образования оксида алюминия равна 1675 кДж/моль. Если мы запишем термохимическое уравнение без дробных коэффициентов:

4Аl + 3О₂ → 2Аl₂О₃ + 3350 кДж

теплота образования Al₂O₃ все равно будет равна 1675 кДж/моль, т.к. в термохъимическом уравнении приведен тепловой эффект образования 2 моль оксида алюминия.

Теплота сгорания – количество теплоты, выделяющееся при горении 1 моль данного вещества.

Например, при горении метана:

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О + 802 кДж

теплота сгорания метана равна 802 кДж/моль.

Разберемся, как решать задачи на термохимические уравнения (задачи на термохимию) из ЕГЭ. Для этого разберем несколько примеров термохимических задач.

1. В результате реакции, термохимическое уравнение которой:

N₂ + O₂→ 2NО – 180 кДж

получено 98 л (н.у.) оксида азота (II). Определите количество теплоты, которое затратили при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых.).

Решение.

Из термохимического уравнения видно, что на образование 2 моль оксида азота (II) потребуется 180 кДж теплоты. 2 моль оксида азота при н.у. занимают объем 44,8 л. Составляем простую пропорцию:

на получение 44,8 л оксида азота (II) затрачено 180 кДж теплоты,

на получение 98 л оксида азота затрачено х кДж теплоты.

Отсюда х= 180*98/44,8 = 393,75 кДж. Округляем ответ до целых, как требуется в условии: Q=394 кДж.

Ответ: потребуется 394 кДж теплоты.

2. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) + 484 кДж,

выделилось 1452 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.)

Решение.

Из термохимического уравнения видно, что при образовании 2 моль воды выделится 484 кДж теплоты. Масса 2 моль воды равна 36 г. Составляем простую пропорцию:

при образовании 36 г воды выделится 484 кДж теплоты,

при образовании х г воды выделится 1452 кДж теплоты.

Отсюда х= 1452*36/484 = 108 г.

m (H₂O)=108 г.

Ответ: образуется 108 г воды.

3. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

S_(ромб) + O_2(г) = SO₂_(г) + 296 кДж,

израсходовано 80 г серы. Определите количество теплоты, которое выделится при этом (в кДж). (Запишите число с точностью до целых).

Решение.

Из термохимического уравнения видно, что при сгорании 1 моль серы выделится 296 кДж теплоты. Масса 1 моль серы равна 32 г. Составляем простую пропорцию:

при сгорании 32 г серы выделится 296 кДж теплоты,

при сгорании 80 г серы выделится х кДж теплоты.

Отсюда х= 80*296/32 = 740 кДж.

Q = 740 кДж.

Ответ: выделится 740 кДж теплоты.

Источник