2. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ТЕРМОХИМИЯ

Основной объем учебного материала:

Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.

Скорость химических реакций. Зависимость скорости химических реакций от природы и концентрации реагирующих веществ, от температуры и площади поверхности соприкосновения. Понятие о катализе. Гомогенный и гетерогенный катализ. Закон действующих масс.

Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Константа равновесия. Условия смещения химического равновесия.

После изучения темы учащиеся должны уметь:

— классифицировать химические реакции по тепловым эффектам;

— составлять термохимические уравнения реакций и проводить расчеты по ним;

— находить скорость химической реакции по изменению концентрации веществ в определенный промежуток времени;

— составлять кинетические уравнения реакций;

— производить расчеты по кинетическим уравнениям реакций;

— определять изменение скорости при изменении температуры;

— различать обратимые и необратимые реакции;

— определять направление сдвига химического равновесия при изменении условий реакции.

Изучив тему, учащиеся должны запомнить:

— соотношение между килокалорией и килоджоулем;

— стандартные условия проведения химических реакций;

— математическое выражение правила Вант-Гоффа. \

Раздел 1. Тепловые эффекты химических реакций

Задание 1. Укажите, какие из нижеуказанных уравнений химических реакций являются термохимическими:

а) СН_4(г) + 2О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(г) + 804 кДж; б) N_2(r) + O_2(г) → 2NO_(г) -Q;

в) S + О₂ = SO₂; г) СаСО_3(тв) = СаО_(тв) + СО_2(г) - 180кДж;

д) С₃Н₈+ 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О е) 3Н₂ + N₂ 2NH₃ + 92кДж;

ж) СО_(г)+С1_2(г) СОС1_2(г)+ Q; з) SO₃ + Н₂О = H₂SO₄;

и) СО_(г) + Н_2(г) СН₃ОН_(ж) + 127,8кДж.

Из термохимических уравнений реакций выберете уравнения экзотермических реакций.

Задание 2. Термохимическое уравнение реакции имеет вид 2Н_2(г) + О_2(г) = 2Н₂О_(г) + 483,7кДж. Укажите, эта реакция является экзотермической или эндотермической. В данной реакции энергия, которая поглотилась при разрыве связи в молекулах исходных веществ, больше или меньше энергии, которая выделилась при образовании новых связей?

Задание 3. Укажите, какие из описанных ниже процессов протекают с поглощением, а какие - с выделением энергии.

1. 1s²2s²2p⁵ +ē → 1s²2s²2p⁶; 7. К -ē → К⁺;

2.1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² → 1s²2s²2_P⁶3s²3p⁶3d²; 8. F +ē → F^- ;

3. NaOH_(кр) → Na⁺_(р-р) + ОН^-_(р-р); 9. 2О → О₂;

4. Ва(ОН)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2Н₂О; 10. Р₄ → 4Р;

5. С₃Н₈ + О₂ →;

6. Zn_(тв) → Zn_(ж);

ТЕСТ	4.
1.	Укажите неверные утверждения: а) разрыв химической связи сопровождается поглощением энергии; б) образование химической связи сопровождается поглощением энергии; в) в эндотермической реакции количество энергии, затраченной на разрыв химической связи, меньше количества энергии, выделяющейся при образовании химической связи; г) положительным тепловым эффектом характеризуется экзотермическая реакция.
2.	Какой из перечисленных процессов является эндотермическим: а) диссоциация молекул водорода на атомы; б) образование молекул хлора из атомов; в) образование водородных связей между молекулами этанола и воды; г) образование водородных связей между молекулами воды ?
3.	Тепловой эффект химической реакции зависит от: а) природы веществ, участвующих в реакции; б) температуры и давления системы; в) промежуточных стадий реакции; г) агрегатного состояния вступающих в реакцию и образующихся веществ.
4.	Укажите, какими значениями температуры и давления характеризуется стандартное состояние термодинамической системы: а) 273 К (0°С) и 1 кПа б) 273К (0°С) и 101,3 кПа в) 298К (25°С) и 101,3 кПа г) 298К (25°С) и 101325 Па
5.	На знак и величину теплового эффекта реакции не влияет: а) прочность химических связей в исходных веществах; б) прочность химических связей в продуктах реакции; в) агрегатное состояние веществ; г) присутствие катализатора.
6.	В результате протекания экзотермической реакции энергия системы: а) уменьшается; б) возрастает; в) не изменяется; г) может увеличиваться, а может уменьшаться.
7.	При составлении термохимических уравнений реакций необходимо указывать: а) тепловой эффект реакции; б) агрегатное состояние исходных веществ и продуктов реакции; в) объем сосуда, в котором протекает реакция; г) химическое количество (моль) исходных веществ и продуктов реакции.
8.	Укажите термохимические уравнения химических реакций: а) 2К + 2Н2О = 2КОН + Н2 б) 2Си(тв) + О2(г) = 2СиО(тв) в) S(т) + O2(r) = SO2(r) + 297 кДж г) Н2(г) + I2(г) = 2HI(г) - 52 кДж
9.	Укажите эндотермические уравнения химических реакций: а) СО(г) + Н2О(Г) = Н2(г)+ СО2(г) + Q; б) 3Fe2O3(T)+ CO(r) = 2Fe3O4(T)+ СО2(г)- Q; в) N2 + О2 = 2NO - 180,8 кДж; г) SO3 + Н2О = H2SO4 + 130кДж;

Расчетные задачи но разделу.

1. Рассчитайте, сколько теплоты (кДж) выделится при сжигании метана объемом 134,3 дм³ (н.у.). Термохимическое уравнение реакции горения метана: СН_{4 (г)} + 2О_{2 (г)} = СО_{2 (г)}+ 2Н₂О _(г) + 804кДж.

2. Термохимическое уравнение реакции горения серы S _(тв.) + О_2(г) = SO_2(г) + 296,9кДж. Какова масса (г) сгоревшей серы, если в реакции выделилось 742,25кДж?

3. При сгорании ацетилена количеством 0,2моль выделяется 260 кДж теплоты. Вычислите, сколько теплоты (кДж) выделится при сгорании 45см³ ацетилена (н.у.).

4. Сколько теплоты (кДж) выделится при сгорании водорода объемом 5,6 дм³ (н.у.) по уравнению реакции

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + 483,7кДж?

5. Известно, что при окислении 1моль азота поглощается 180,7 кДж теплоты. Какое количество теплоты (кДж) поглотится при окислении 56г азота?

6. Какое количество теплоты (кДж) поглотится при окислении азота массой Юг до азот (II) оксида, если при образовании азота(II) оксида химическим количеством 1моль поглощается 90,4 кДж теплоты?

7. Какой объем водорода (н.у., дм³) нужно сжечь, чтобы получить 2857,5кДж теплоты? При сгорании 1моль водорода выделяется 285,75 кДж.

8. Составьте термохимическое уравнение реакции разложения кальций карбоната, если известно, что при разложении 340г этой соли поглощается 533,8 кДж теплоты.

9. Для образования глюкозы C₆H₁₂O₆ массой 540г в процессе фотосинтеза должно быть затрачено 8409кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции фотосинтеза.

10. При взаимодействии водорода объемом 224см³ (н.у.) с фтором массой 304мг выделилось 4,32кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия водорода с фтором.

11. На получение озона (О₃) объемом 1,12см³ (н.у.) из кислорода затрачено 7,115 Дж теплоты. Составьте термохимическое уравнение химической реакции.

12. Окисление азота объемом 4,48см³ (н.у.) требует затраты 36,16 Дж теплоты. Определите тепловой эффект этой реакции.

13. При восстановлении алюминием железа из железа (III) оксида массой 100 г выделилось 476кДж. Определите тепловой эффект этой реакции.

14. Какой объем водорода (н.у.) нужно сжечь, чтобы выделилось 30 МДж теплоты? При сгорании водорода массой 2г выделяется 286 кДж.

15. При сгорании 3,25г цинка выделилось 17,5кДж. Вычислите теплоту образования (кДж/моль) цинк оксида.

16. Термохимическое уравнение реакции образования оксида меди 2Сu + О₂= 2СuО + 309 кДж. Рассчитайте теплоту образования медь (II) оксида.

17. При сжигании 8г серы до сера (IV) оксида выделяется 73,45 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сера (IV) оксида.

18. Найдите теплоту образования (кДж/моль) сера (IV) оксида, если при сжигании серы образовалось 16г сера (IV) оксида и выделилось 74,225 кДж теплоты.

19. Теплота образования хлороводорода 92,05 кДж. Вычислите, сколько теплоты выделяется при образовании 1 дм³ хлороводорода при н.у.

20. Какую массу (г) угля, в котором 96% углерода, а остальное - инертные примеси, нужно сжечь, чтобы получить 5700 кДж теплоты? При сгорании углерода химическим количеством 1моль выделяется 393,5 кДж теплоты.

21. Известно, что при сгорании 1моль углерода выделяется 393,5кДж теплоты. Какую массу угля, содержащего 95% углерода и инертные примеси, нужно сжечь, чтобы получить 1867,5 кДж теплоты?

22. Термохимическое уравнение реакции горения метана СН_4(г) + 2О_2(г) ⁼ СО_2(г) + 2Н₂О_(г) + 804 кДж, а горения угля С + О₂ = СО₂ + 396 кДж. Рассчитайте, какое из указанных веществ выгоднее применять в качестве топлива в расчете на 1кг.

23. При полном сгорании в кислороде метана химическим количеством 1моль выделяется 802кДж теплоты, а при сгорании 1моль глюкозы - 2803кДж. При сгорании какого из этих веществ массой 1г выделится больше тепловой энергии? Ответ подтвердите расчетом.

24. Термохимические уравнения реакций горения угля и разложения известняка имеют вид:

а) С _(т) + О_2(г) = СО_2(г) +412 кДж

б) СаСО_3(тв) = СаО_(тв)+ СО_2(г) - 180 кДж

Определите, сколько угля (кг) надо сжечь, чтобы выделившейся энергии хватило для получения 112 кг негашеной извести CaO.

25. Какое количество теплоты (кДж) выделится при полном сгорании смеси пропана и кислорода объемом 5,6m^j, если объемная доля пропана 20%, а кислорода - 80%? Термохимическое уравнение реакции горения пропана

С₃Н_8(г) + 5О_2(г) = 3СО_2(г) + 4Н₂О_(г) + 2220 кДж.

26. Взаимодействие сера (VI) оксида с водой протекает согласно следующему термохимическому уравнению

SO_3(ж) + Н₂О_(ж) = H₂SO_4(ж) + 130кДж. Навеску сера (VI) оксида растворили в 50см³ воды. При этом выделилось 1,95 кДж теплоты. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

27. Растворение кристаллогидрата соли химическим количеством 1 моль сопровождается поглощением 98,7 кДж теплоты, а полная дегидратация кристаллогидрата взятого таким же количеством - поглощением 108,9 кДж теплоты. Укажите тепловой эффект реакции растворения безводной соли химическим количеством 1моль.

Ответы на задачи: 1. 4824; 2. 80; 3. 2,6; 4. 60,46; 5. 361,4; 6. 64,6; 7. 224; 8. Q = - 157кДж; 9. Q = -2803кДж; 10. Q = + 540 кДж; 11. Q = - 284,48 кДж; 12. Q = - 180,8 кДж; 13. Q = + 761,6 кДж; 14. 2,35 м³; 15. 350; 16. 154,5кДж; 17. 293,8 кДж; 18. 296,9; 19. 4,11 кДж; 20. 181; 21. 59,9; 22. метан; 23. 50,125; 15,58кДж; 24. 10,485; 25. 88,8 МДж; 26. 2,87%; 27. Q = + 10,2 кДж