Классификация химических реакций термохимические уравнения

Классификация химических реакций

Химическая реакция — это превращение одних веществ (реагентов) в другие, отличающиеся по химическому составу или строению (продукты реакции).

ПРИЗНАКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химическое превращение от физического всегда можно отличить по наличию одного или нескольких признаков:

· образование слабодиссоциированных веществ (например, воды);

· выделение энергии (тепловой или световой).

ТИПЫ КЛАССИФИКАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Существует несколько подходов к классификации химических реакций, основные из них представлены на схеме ниже.

Рассмотрим их подробнее.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ЧИСЛУ И СОСТАВУ РЕАГИРУЮЩИХ И ОБРАЗУЮЩИХСЯ ВЕЩЕСТВ

Первая реакция является реакцией соединения (иногда говорят присоединения), поскольку из двух веществ получается одно. Во второй реакции, наоборот, из одного вещества получается два и это реакция разложения.

В реакциях замещения простое вещество замещает один из элементов в сложном веществе, в результате чего получается новое просто вещество и новое сложное вещество. Например:

В реакциях обмена два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуется два новых сложных вещества:

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления элемента(ов).

В любой окислительно-восстановительной реакции (ОВР) всегда должен быть как минимум один элемент, повышающий степень окисления ( восстановитель ), и другой — понижающий степень окисления ( окислитель ).

Если элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав разных молекул, то такая ОВР называется межмолекулярной .

Если же эти элементы входят в состав одной молекулы, такие реакции называются внутримолекулярными ОВР.

6KOH(конц.)+3Cl 2 =KClO 3 +5KCl+3H 2 O

Cl 0 2+1⋅2e¯→2Cl − | 5 окислитель, процесс восстановление

Cl 0 2−5⋅2e¯→2Cl +5 | 1 восстановитель, процесс окисление

В этой реакции хлор простое вещество одновременно и окислился (до KClO 3) и восстановился (до KCl). Такие реакции называются реакциями диспропорционирования.

Окислительно-восстановительные реакции, в которых один и тот же элемент одновременно и повышает, и понижает степень окисления, называются реакции диспропорционирования .

Противоположны этим реакциям реакции — реакции конпропорционирования:

S +4 +4e¯→S 0 | 1 окислитель, процесс восстановление

S −2 −2e¯→S 0 | 2 восстановитель, процесс окисление

Окислительно-восстановительные реакции, в которых один и тот же элемент одновременно и окисляется, и восстанавливается до одной степени окисления, называются реакции конпропорционирования .

Более подробно тема ОВР рассмотрена в темах «ОВР в органической химии» . «Окислительно-восстановительные реакции»

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ

Тепловой эффект реакции — ΔH — теплота, поглощаемая или выделяемая системой в ходе химической реакции.

Вспомним, что любая химическая реакция протекает с разрывом старых химических связей и образованием новых. При этом изменяется электронное состояние атомов, их взаиморасположение, а потому и внутренняя энергия продуктов реакции отличается от внутренней энергии реагентов. Как вы знаете, в образовании связи участвуют атомные орбитали. Для молекул с ковалентной связью механизм образования химической связи объясняет метод валентных связей (ВС). Основные принципы метода ВС рассматриваются в теме «Виды, характеристики и механизмы образования химической связи». Наиболее полно особенности образования связывающих и разрыхляющих орбиталей объясняет метод молекулярных орбиталей, как линейной комбинации атомных орбиталей (МОЛКАО), изучающийся в специальном разделе химической термодинамики и в квантовой химии. Рассмотрим два принципиально возможных варианта перераспределения энергии при протекании химической реакции:

1. Е реагентов > Е продуктов . Благодаря «выигрышу» в энергии атомы соединяются и образуют молекулы. Исходя из закона сохранения энергии, в результате такой реакции избыточная энергия выделяется в окружающую среду, чаще всего в виде тепла или света.

2. Е реагентов В этом случае для протекания реакции необходима дополнительная энергия, которая может быть получена извне в виде дополнительного нагревания, УФ-облучения или в других формах. При этом температура реагирующей системы должна понижаться за счет поглощения энергии.

Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением тепла (+Q)

Самые типичные экзотермические реакции — это реакции горения. Иногда энергетический «выигрыш» настолько велик, что происходит выделение и тепловой и световой энергии, что чаще всего принято называть взрывом. Например, горение метана в атмосфере воздуха.

В случае, если на образование новых химических связей требуется энергия большая, чем выделилась при разрыве старых связей, то системе требуется дополнительная подача тепла.

Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением тепла (-Q)

Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения

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:

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

Например, разложение нитрата калия сопровождается поглощением теплоты:

• 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:

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:

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:

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

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:

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:

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

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.

Ответ: образуется 108 г воды.

3. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

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.

Ответ: выделится 740 кДж теплоты.

Классификация химических реакций. Тепловой эффект химической реакции

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Химические реакции классифицируют по различным признакам. [Т) По признаку изменения числа исходных и конечных веществ реакции подразделяют на следующие типы. 1) Реакции соединения — реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество: 2Cu + 02 = 2СиО, NH3 + НС1 — NH4C1. 2) Реакции разложения — реакции, в результате которых из одного вещества образуется несколько новых веществ: Cu2(0H)2C03 = 2СиО + С02 + Н20, (NH4)2Cr207 — Cr203 + N2 + 4Н20.

3) Реакции замещения — реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы в молекулах сложных веществ: Fe + CuS04 = FeS04 + Си, 2KBr + Cl2 = Br2 + 2КС1. 4) Реакции обмена — реакции, в результате которых два вещества обмениваются своими составными частями, образуя два новых вещества. В реакцию обмена могут вступать: а) кислота 4- основание (реакция нейтрализации)

НС1 4- KOI! = КС1 4- Н20, б) кислота 4- соль H2S04 4- Ba(N03)2 — BaS04i 4- 2HN03, в) основание 4- соль 2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2| 4- 2NaCl, г) соль 4- соль КС1 + AgN03 = AgCli + KN03. [2) По признаку обратимости реакции делят на обратимые и необратимые. Реакции, протекающие в двух взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми. ЗН2 + N2 — 2NH3; ДН

Реакции, протекающие в одном направлении и завершающиеся полным превращением исходных веществ в конечные, называются необратимыми. 2КСЮ3 = 2КС1 4- 302. Признаки необратимых реакций: 1) Образующиеся продукты уходят из сферы реакции (осадок, газ): ВаС12 + H2S04 — BaS04i 4- 2НС1, Na2C03 4- 2НС1 == 2NaCl 4- C02t 4- H20. 2) Образуется малодиссоциирующее соединение, например вода: 3) Реакции, сопровождающиеся большим выделением энергии: По признаку выделения или поглощения теплоты.

Экзотермическими называются реакции, протекающие с выделением теплоты: . Эндотермическими называются реакции, протекающие с поглощением теплоты. Количество выделенной или поглощенной теплоты при химической реакции называют тепловым эффектом процесса. Раздел химии, изучающий тепловые эффекты различных процессов, называется термохимией. Химические уравнения, в которых приводятся тепловые эффекты реакций, называются термохимическими.

Тепловой эффект реакции необходимо характеризовать не только абсолютной величиной, но и знаком.

Исторически сложилось две системы отчета: термохимическая, в которой тепловой эффект обозначается буковой Q и считается положительным в случае экзотермических реакций, и термодинамическая, в которой изменение энергии обозначается символом АН (изменение энтальпии). В экзотермических процессах АН — величина отрицательная, а в эндотермических АН — положительная.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Иначе говоря: Тепловой эффект в термохимических уравнениях дается в расчете на моль вещества, и поэтому в них допустимы дробные коэффициенты. Тепловой эффект реакции зависит от ряда факторов: 1) От количества реагирующих веществ и продуктов реакции; вследствие этого условились относить его к одному моль вещества — обычно продукту реакции.

2) От температуры и давления; поэтому тепловой эффект реакции или изменение энтальпии относят к стандартным условиям (Р — 101 325 Па, Т = 298 К). Отнесенные к стандартным условиям изменения соответствующих величин называются стандартными изменениями и обозначаются АН0 — стандартное изменение энтальпии. Стандартная энтальпия реакции образования 1 моль данного вещества из простых веществ носит название стандартной энтальпии образования данного вещества.

Энтальпии образования простых веществ в их наиболее устойчивых состояниях принимаются равными нулю. 3) От агрегатного состояния реагирующих веществ и продуктов реакции; поэтому в термохимических уравнениях обязательно указывают агрегатное состояние веществ — кристаллическое (к), жидкое (ж), газообразное (г). Уравнение (1) показывает, что при взаимодействии 12 г кристаллического углерода (графита) с 32 г газообразного кислорода образуется 44 г оксида углерода (IV) и выделяется, в пересчете на стандартные условия, 397,3 кДж теплоты.

Уравнение (2) означает, что превращение 0,5 моль азота и 0,5 моль кислорода в 1 моль оксида азота (II) сопровождается поглощением 90,4 кДж теплоты. [4] По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, различают реакции, протекающие без изменения степеней окисления атомов и окислительно-восстановительные реакции (с изменением степеней окисления атомов).

Пример 1 Вычислите количество теплоты, выделившееся при сжигании 112м3(н. у.) метана, используя термохимическое уравнение реакции горения метана: СН4 + 202 = С02 + 2Н20; АН = -890 кДж. Решение: 1) Рассчитываем количество СН4: 2) Из уравнения следует, что при сжигании 1 моль СН4 выделяется 890 кДж теплоты. Пусть Q1 — количество теплоты, выделяющееся при сжигании 5 • 103 моль СН4. Тогда: Пример 2

горения ацетилена и составьте термохимическое уравнение этой реакции, если известно, что при сжигании 1,12 л (н. у.) ацетилена выделяется 67,5 кДж теплоты. Дано: Решение. 1) Составим уравнение в общем виде: Рассчитаем количество С2Н2: 2) Из уравнения следует, что при сжигании 2 моль С2Н2 выделяется Q кДж. Тогда: Q = 2700 кДж (тепловой эффект реакции)

Термохимическое уравнение имеет вид: Пример 3 Вычислите, какое количество теплоты выделится при сгорании 1,2 г угля, используя термохимическое уравнение реакции горения угля: Дано: Q1 Решение: 1) Рассчитываем количество угля: 2) Из уравнения следует, что при сжигании 1 моль угля выделяется 393,5 кДж теплоты. Тогда: Вопросы и задачи для самостоятельного решения 1. Какие реакции называются экзо-, эндотермическими? Привести примеры. 2. Что называется тепловым эффектом реакции?

В каких единицах выражаются тепловые эффекты? 3. От каких факторов зависит тепловой эффект реакции? 4. Что называется стандартной энтальпией образования АН0? 5. Вычислите, сколько выделится теплоты при сгорании серы массой 12 г, если известно, что энтальпия образования оксида серы (IV) из кислорода и серы равна — 296,9 кДж/моль. Ответ: 111,3 кДж. 6.

При сжигании 30,4 г магния выделилось 7,65 • 102 кДж теплоты. Вычислите энтальпию образования оксида магния. Ответ: -601,1 кДж/моль. 7о Вычислите, какое количество теплоты выделится при сгорании теллура массой 1 г, если для Ответ: 2,0 кДж. Сколько теплоты выделится при сжигании 100 л водорода, взятого при нормальных условиях, если энтальпия образования воды равна — 285,84 кДж/моль. 9. При соединении 2 л (н. у.) хлора с водородом выделяется 16,4 кДж теплоты. Рассчитайте энтальпию образования 10.

Какое количество теплоты поглотится при получении кислорода объемом 6,72 л (н. у.) по реакции: 11. При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж энергии. Вычислите энтальпию образования сульфида железа. 12. Определите количество теплоты, выделившейся при взрыве 8,4 л гремучего газа, взятого при нормальных условиях, если энтальпия образования воды равна -285,84 кДж/моль. 13. При взаимодействии 9 г алюминия с кислородом выделяется 274,45 кДж теплоты. Рассчитайте энтальпию образования оксида алюминия. 14. Допишите уравнения реакций и укажите, к какому типу химических реакций вы их отнесете:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.