ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Скорость химических реакций и факторы, влияющие на скорость. Катализ
Химия · 8 класс4 четвертьТема 10Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения

Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ4 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Энергетика химических реакций: тепловой эффект Q

Любое химическое превращение веществ сопровождается разрывом химических связей в молекулах реагентов и образованием новых связей в молекулах продуктов.

• Разрыв связей ВСЕГДА требует затраты энергии (процесс эндотермический, поглощение энергии);

• Образование новых связей ВСЕГДА сопровождается выделением энергии (процесс экзотермический).

Тепловой эффект химической реакции (Q) — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе химической реакции при условии, что температура продуктов равна температуре исходных веществ, а совершается только работа против внешнего давления.

В термодинамике тепловой эффект реакции связывают с изменением энтальпии системы ΔH (Q = -ΔH):

• Экзотермические реакции (+Q, ΔH < 0) — реакции, идущие с выделением тепла в окружающую среду (горение угля, нейтрализация кислоты щелочью);

• Эндотермические реакции (-Q, ΔH > 0) — реакции, идущие с поглощением тепла извне (разложение известняка CaCO₃ при 900 °C, синтез NO из N₂ и O₂ в электрической дуге).

Диаграмма: Энтальпия экзо- и эндотермических реакций

Векторная схема
Экзотермическая (ΔH < 0)РеагентыПродуктыEaТеплота выделяется (+Q)Эндотермическая (ΔH > 0)РеагентыПродуктыEaТеплота поглощается (-Q)Катализатор снижает энергию активации Ea (пунктир), ускоряя прямую и обратную реакции
Экзотермическая реакция (ΔH < 0, +Q), эндотермическая реакция (ΔH > 0, -Q), закон Гесса.
Выделение энергии

Экзотермическая реакция

Процесс с выделением тепла (+Q, ΔH < 0), при котором энергия продуктов ниже энергии реагентов.
Поглощение энергии

Эндотермическая реакция

Процесс с поглощением тепла (-Q, ΔH > 0), требующий непрерывного подвода энергии.

Энергетический баланс Вселенной

Энергия химических связей сгоревшего угля и нефти — это законсервированная миллионы лет назад солнечная энергия древнего фотосинтеза.

Шаг 1
Анализ знака тепла
Если в уравнении стоит +Q (или ΔH < 0) — экзотермическая; если -Q (или ΔH > 0) — эндотермическая.
Шаг 2
Оценка типа реакции
Большинство реакций горения и соединения — экзотермические; большинство реакций термического разложения — эндотермические.
Шаг 3
Энергетический график
Изобразить уровень энтальпии реагентов выше или ниже уровня продуктов.
Связь теплоты реакции Q и энтальпии ΔH
Q=−ΔH;ΔH=∑Hпрод−∑HреагQ = -\Delta H;\quad \Delta H = \sum H_{\text{прод}} - \sum H_{\text{реаг}}
Если энергия образующихся связей больше энергии разрываемых, реакция экзотермична (Q > 0).
Раздел 2 из 5
2

Термохимические уравнения и расчеты по ним

Уравнение химической реакции, в котором указаны агрегатные состояния веществ и численный тепловой эффект реакции, называется термохимическим уравнением (ТХУ).

Например:

C(тв) + O₂(г) → CO₂(г) + 394 кДж;

CaCO₃(тв) → CaO(тв) + CO₂(г) - 178 кДж.

В термохимических уравнениях коэффициенты означают не число отдельных молекул, а строго количество молей реагирующих веществ. Поэтому в ТХУ допускается использование дробных коэффициентов:

H₂(г) + 1/2 O₂(г) → H₂O(ж) + 286 кДж.

По термохимическому уравнению можно рассчитывать количество теплоты, выделившейся или поглотившейся при сгорании любой массы или объема вещества, составляя прямую пропорцию.

Энергетическая запись

Термохимическое уравнение

Стехиометрическое уравнение реакции с обязательным указанием теплового эффекта Q в кДж.
Стандартная мера

Теплота образования

Количество теплоты, выделяющееся при образовании 1 моля сложного вещества из простых веществ при н.у.

Агрегатное состояние важно!

При конденсации пара в воду выделяется теплота парообразования (44 кДж/моль), поэтому тепловые эффекты для жидкой воды и водяного пара различны!

Шаг 1
Запись ТХУ
Выписать уравнение с тепловым эффектом Q.
Шаг 2
Нахождение молей реагента
Перевести заданные граммы или литры в моли: n = m / M.
Шаг 3
Расчет теплоты
Составить пропорцию: по уравнению ν моль дают Q кДж, а n моль дают x кДж.
Пропорция по термохимическому уравнению
nν=QвыдQТХУ  ⟹  Qвыд=nν⋅QТХУ=mM⋅ν⋅QТХУ\frac{n}{\nu} = \frac{Q_{\text{выд}}}{Q_{\text{ТХУ}}} \implies Q_{\text{выд}} = \frac{n}{\nu} \cdot Q_{\text{ТХУ}} = \frac{m}{M \cdot \nu} \cdot Q_{\text{ТХУ}}
где ν — коэффициент вещества в ТХУ, QТХУ — табличный тепловой эффект реакции.
Раздел 3 из 5
3

Калориметрия и измерение тепловых эффектов

Экспериментальное измерение тепловых эффектов химических реакций проводят в специальных изолированных приборах — калориметрах.

Калориметр представляет собой сосуд с термоизолированными стенками (сосуд Дьюара), снабженный мешалкой, точным термометром (с ценой деления 0.01 °C) и реакционной камерой, погруженной в точно известную массу калориметрической жидкости (обычно воды).

Выделившееся при реакции тепло Q идет на нагревание воды и деталей калориметра:

Q = (mв · cв + Cкал) · ΔT,

где cв = 4.184 Дж/(г·К) — удельная теплоемкость воды, mв — масса воды, Cкал — теплоемкость калориметра, ΔT = T₂ - T₁ — изменение температуры.

Измерительный прибор

Калориметр

Адиабатический прибор для измерения теплоемкости и тепловых эффектов реакций.
Тепловая емкость

Удельная теплоемкость

Энергия, необходимая для нагревания 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия.

Калориметрическая бомба

Для сжигания топлив используют толстостенную стальную «бомбу», куда закачивают кислород под давлением до 30 атмосфер.

Шаг 1
Фиксация исходной температуры
Измерить начальную температуру раствора T₁ с точностью до десятых долей градуса.
Шаг 2
Проведение реакции
Внести навеску реагента, перемешать и зафиксировать максимальную температуру T₂.
Шаг 3
Расчет теплоты
Вычислить ΔT = T₂ - T₁ и найти выделившуюся теплоту Q = c · m · ΔT.
Формула калориметрического расчета
Q=c⋅m⋅ΔT=c⋅m⋅(T2−T1)Q = c \cdot m \cdot \Delta T = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1)
Позволяет рассчитать молярную теплоту растворения, нейтрализации или горения.
Раздел 4 из 5
4

Алгоритм расчетов по термохимическим уравнениям реакций (ТХУ)

Составление тепловых пропорций:

Шаг 1
Запись ТХУ с тепловым эффектом Q
Записать термохимическое уравнение, например: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + 572 кДж. Тепловой эффект Q относится к количествам веществ по коэффициентам (к 2 моль H₂, 1 моль O₂ и 2 моль H₂O).
Шаг 2
Перевод условия задачи в моли n
Вычислить количество вещества сгоревшего реагента: n = m / M или n = V / 22.4.
Шаг 3
Составление прямой пропорции
По уравнению: при сгорании ν моль выделяется Q кДж; по условию: при сгорании n моль выделяется x кДж: x = (n · Q) / ν.
Раздел 5 из 5
5

Ловушки ЕНТ: Связь энтальпии ΔH и теплового эффекта Q (знаки)

Критическая ошибка абитуриентов ЕНТ на знаки термодинамики:

• Тепловой эффект реакции Q показывает количество выделившейся или поглощенной теплоты;

• Энтальпия реакции ΔH (изменение энтальпии системы) связана с тепловым эффектом соотношением: ΔH = -Q!

1. Экзотермическая реакция (горение, нейтрализация):

Теплота ВЫДЕЛЯЕТСЯ в окружающую среду: Q > 0 (+Q), а энергия самой химической системы УМЕНЬШАЕТСЯ: ΔH < 0 (-ΔH)!

2. Эндотермическая реакция (разложение известняка, фотосинтез):

Теплота ПОГЛОЩАЕТСЯ из среды: Q < 0 (-Q), а энтальпия системы ВОЗРАСТАЕТ: ΔH > 0 (+ΔH)!

Правило знаков: ΔH = -Q

В термохимических уравнениях пишут +Q (выделилось), а в термодинамике энтальпия системы имеет противоположный знак: ΔH < 0!

Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул8 класс
Количество вещества через массу:
n=m/Mn = m / M[моль]
Число структурных частиц:
N=n⋅NAN = n \cdot N_A[частиц]
Молярный объем газов при н.у.:
V=n⋅VmV = n \cdot V_m[л]
Относительная плотность газов:
DB(A)=M(A)/M(B)D_B(A) = M(A) / M(B)
Следующая тема

Скорость химических реакций и факторы, влияющие на скорость. Катализ

Перейти к теме →