Вправи і задачі з розв’язками

1. Вкажіть тип зв’язку, що виникає в речовинах: а) HC1, бронза (сплав Сu та Sn), ₂, КBr, РН₃ (скористайтеся даними таблиці “Відносна електронегативність хімічних елементів”). Корот-ко аргументуйте.

Розв’язок:

HС1 − ВЕН(Н) = 2,2; ВЕН(Br) = 3,0;

∆BEH(H−С1) = 3,0−2,2=0,8;

0,61,9, зв’язок ковалентний полярний;  внутрішньо-молекулярний: ковалентний полярний; міжмолекулярний: водневий.

бронза (сплав Сu та Sn) − металічний, бо і мідь, і олово є мета-ли;

₂ − ВЕН() = 3,0; ∆ВЕН(−) = 3,0 − 3,0 = 0;

зв’язок ковалентний неполярний;

КBr − ВЕН(К) = 0,8, ВЕН(Br) = 2,8;

∆BEH(K−Br) = 2,8−0,8=2,0;

1,92,0, тому йонний, бо Калій елемент І-А групи.

2. Складіть валентні схеми молекул сполук СО, СН₄, Н₂О, користуючись електронно-графічним способом зображення електронної будови атомів.

Р озв’язок:

₆С 2   

СО

₈O 2    

₆С^* 2    

СН₄

Зв’язки розміщуються під кутом

тетраедра (109º28)

Два ковалентних поляр-них зв’язки за обмінним механізмом.

₈О 2    

Н₂О

2 ₁Н 1  

Тема 5 термохімія та термодинаміка

Вищу і останню мету всіх хімічних досліджень повинно складати вчення про рівновагу хімічних сил і рух матерії.

Л. Мейєр

5.1. Основні поняття хімічної термодинаміки

Сукупність тіл, виділених із простору, утворює систему. Якщо у системі можливий масо- і теплообмін між її складовими частинами, то така система називається термоди-намічною. Хімічна система, в якій можливе протікання реакцій, являє собою окремий випадок термодинамічної.

Ізольованою називається така система, в якій відсутній обмін масою і теплом із зовнішнім середовищем.

Закритою називається така система, в якій відсутній обмін масою, але можливий теплообмін.

Відкритою називається система, в якій можливий як тепло-, так і масообмін з оточуючим середовищем.

Гомогенна система складається із однієї фази, гетерогенна – з кількох.

5.2. Екзо- і ендотермічні реакції

Хімічна взаємодія, як правило, супроводжується тепловим ефектом. При цьому теплота може як поглинатись, так і виділятись. Процеси, що протікають з виділенням теплоти, називаються екзотермічними; процеси для яких характерне поглинання теплоти називаються ендотермічними. Рівняння реакцій, що враховують тепловий ефект, називаються термохімічними. Наприклад:

2 Н_2(газ) + О_2(газ) 2Н₂О_(газ) + 476 кДж .

Тепловий ефект реакції необхідно характеризувати не лише абсолютною величиною, але й знаком. Історично склалось дві системи відліку: термохімічна і термодинамічна. У першій із них тепловий ефект екзотермічної реакції прийнято позитивним (екзо- – зовнішній). Ендотермічні реакції супро-воджуються негативним тепловим ефектом, теплота поглинається системою (ендо- – внутрішній). У термодинаміці прийнята зворотна система знаків, тобто теплота, що поглинається системою прийнята позитивною, а теплота, яку система віддала в оточуючий простір – негативною. У термодинамічній системі знаків тепловий ефект реакції ототожнюється із зміною ентальпії системи ∆Н. При записі термодинамічного рівняння в цій системі тепловий ефект не включається в рівняння, а записується у дужках. Так, наведене вище рівняння матиме вигляд:

2Н_2(газ) + О_2(газ) D 2Н₂О_(газ) (∆Н = –476 кДж).

Глибоке узагальнення термохімічних закономірностей дає закон термохімії, сформульований у 1836 р. російським академіком Германом Івановичем Гессом: тепловий ефект хімічної реакції, що протікає або при сталому об’ємі або при сталому тиску, не залежить від числа проміжних стадій, а визначається лише початковим і кінцевим станом системи.

Закон Гесса можна проілюструвати схемою:

DН = DН₁ + DН₂

Із закону Гесса витікають такі наслідки:

1. Тепловий ефект реакції утворення одного моля сполуки із простих речовин у стандартному стані при заданих температурі та тиску не залежить від способу утворення сполуки. Даний тепловий ефект називається теплотою утворення.

Величина та знак теплоти утворення до певної міри характеризують термодинамічну стійкість сполуки.

Ентальпії утворення гідридів елементів V-А групи:

Сполука	NH3(газ)	РH3(газ)	AsH3(газ)	SbH3(газ)
Н˚298, кДж/моль	−46,15	+12,96	+66,38	+145,00

Газуватий амоніак (NН₃) є найбільш стійкою сполукою, в той час як PH₃ і AsH₃ нестійкі, а SbH₃ взагалі розкладається у момент утворення, і його теплота утворення визначається непрямим шляхом.

У термодинаміці в якості стандартних умов приймаються температура 25°С = 298К і тиск 1,03  10⁵ Па.

2. Стандартний тепловий ефект реакції рівний алгеб-раїчній різниці суми стандартних теплот утворення продуктів реакції і суми стандартних теплот утворення вихідних речовин. Другий наслідок закону Гесса дозволяє розрахувати тепловий ефект реакції за теплотами утворення вихідних речовин і продуктів взаємодії.

аA + bB = cC + dD, (ΔH°₂₉₈)

ΔH°₂₉₈ = [c ΔH°₂₉₈ (С) + d ΔH°₂₉₈ (D)] –

− [a ΔH°₂₉₈ (A) + b ΔH°₂₉₈ (B)]