2.2.  Тепловий ефект хімічної   реакції.

Під час хімічних реакцій одні хімічні зв’язки розривають­ся, інші утворюються. Утворення хімічних зв’язків супровод­жується виділенням певної кількості енергії, розрив – погли­нанням. Залежно від співвідношення цих величин в результаті реакції виділяється або поглинається енергія.

       Енергія, яка виділяється або поглинається під час хімічних реакцій, називається хімічною енергією. Хімічна енергія може перетворюватися на теплову, променеву, механічну або елект­ричну і навпаки.

Визначення. Кількість енергії, що виділяється або погли­нається під час хімічної реакції, називається тепловим ефек­том реакції. Позначення:  Н (вимова дельта аш).

Тепловий ефект реакції визначають щодо 1 моля однієї з реагуючих речовин за стандартних умов: температура 25°С (або298,15 К) і тиск 101 325 Па (або 101,3 кПа). Одиниця вимі­рювання теплового ефекту — кДж · моль .

Тепловий ефект реакції — це молярна величина. Він обу­мовлений різницею енергій хімічних зв’язків, які розривають­ся і утворюються. Тому він може бути додатним (теплота виді­ляється) або від’ємним (теплота поглинається). Залежно від знаку ефекту реакції поділяють на екзотермічні та ендо­термічні.

Екзотермічні реакції. Реакції, які супроводжуються виділенням енергії, називаються екзотермічними. У рівняннях екзотермічних реакцій тепловий ефект позна­чається зі знаком плюс:

 + ⇆ + 96 кДж;

 +   = S + 297 кДж.

Ендотермічніреакції.Реакції, якісупроводжуютьсяпогли­нанняменергії, називаютьсяендотермічними. У рівняннях ендотермічних реакцій тепловий ефект позначається зі знаком мінус:

 + ⇆ – 181 кДж,

3⇆ 2 289 кДж,

О₂ ⇆ – 96,3 кДж.

Визначення теплових ефектів реакції є предметом хімічної науки — термохімії. Рівняння, в яких визначено тепловий ефект реакції, називаються термохімічними. У цих рівняннях вказують агрегатний стан речовин (твердий – т, га­зоподібний – г, рідкий –р).

Розрахунки за термохімічними рівняннями. У розрахун­ках за термохімічними рівняннями слід пам’ятати, що кількість теплоти, яка вказана в цьому рівнянні, відповідає його стехіометрії. Тепловий ефект відповідає 1 молю реагуючої ре­човини.

Приклад І. Рівняння горіння сірки в кисні: Sт+ ⇆S + 297 кДж. Визначимо масу сірки та об’єм кисню за нормальних умов, якщо під час їх взаємодії виділилося 594 кДж теплоти. Дано: Sт + → S + 297 кДж. = 59,4кДж. m(S) — ? V(O₂) – ?

Розв’язання:

Згіднозрівняннямреакції 297 кДжвідповідає 1 моль S та 1 мольО₂, 59,4 кДж - ,

 =  = 0,2 моль

1)           m(S)=  · М = 0,2 мoть · 32 ·  кг · = 6,4 ·  кг;

2)            (О₂) = =0,2 моль; V() = 22,4 ·  ·  × 0,2 моль - 4,48 · .

Відповідь: маса сірки — 6,4 ·  кг, об’єм кисню — 4,48 · .

      Приклад 2. За термохімічним рівнянням згоряння вод­ню в кисні

 + → 2Н₂ + 571 кДж розрахуємо тепло­вий ефект згоряння водню,

Дано:  +  = 2Н₂ + 571 кДж.  Н — ?

Розв’язання: 2 моль Н₂ — 571 кДж; 1 моль Н₂ —  Н; Н = 571 кДж/2 = 285,5 кДж.

Відповідь: тепловий ефект згоряння водню в кисні дорівнює 285, 5 кДж.

Приклад 3. За наведеним термохімічним рівнянням згоряння водню в кисні розрахуємо кількість теплоти, що виді­ляється під час згоряння водню об’ємом 13,44 л (за нормаль­них умов) і під час утворення води об’ємом 1 л.

Дано:  + ⇆ 2Н₂ + 571 кДж;  =13,44 л.  = 1 л. 𝒬 — ?

Формули:  =V /;  = 22,4 л 3 · ;  = 18 ·  л · .

Розв’язання:

1)  (Н₂) =  = 0,6 моль;

2) згідно з рівнянням реакції

2 моль Н₂ – 571 кДж;

0,6 моль — х;

x =  = 171,3  кДж;

3)  (Н₂О) =  =  =55,55 моль;

4) згідно з рівнянням реакції

2 моль Н₂О → 571 кДж.

55,55 моль – х;

x =  = 15860 кДж

Відповідь: під час згоряння водню об’ємом 13,44 л виділя­ється 171,3 кДж теплоти; під час утворення води об’ємом 1 л виділяється 15 860 кДж теплоти.

Питання для самоконтролю:

1.     Схарактеризуйте відомі вам типи хімічних реакцій за їх основними ознаками. Наведіть приклади.

2.     На конкретних прикладах поясніть, що означає поняття «тепловий ефект реакції».

3.     Який процес називається окисненням, а який – відновленням?