Термохимия: учебное руководство

Главные идеи

Термохимия прослеживает теплоту, обмениваемую при химических и физических превращениях. Изменение энтальпии ΔH отрицательно для экзотермических реакций, выделяющих теплоту, и положительно для эндотермических.

• Теплота для изменения температуры q = mcΔT. У воды c = 4,18 Дж/(г·°C).
• Закон Гесса: изменение энтальпии реакции одинаково, идёт она в одну стадию или в несколько, поэтому уравнения и их ΔH можно складывать.
• По энтальпиям образования ΔH°_rxn = ΣΔH°f(продукты) − ΣΔH°f(реагенты); простые вещества в стандартном состоянии равны нулю.
• По энтальпиям связей ΔH ≈ энергия разрыва связей в реагентах минус энергия, выделяющаяся при образовании связей в продуктах.

Основные формулы

• q = mcΔT
• ΔH°_rxn = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)
• ΔH ≈ Σ bonds broken − Σ bonds formed
• q = mL (phase change)

Разобранный пример

Горение метана: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O(ж). При ΔH°f −74,8 для CH₄, −393,5 для CO₂ и −285,8 кДж/моль для H₂O(ж): ΔH°_rxn = [−393,5 + 2(−285,8)] − (−74,8) = −890,3 кДж на моль метана. В калориметре 100,0 г воды при нагревании с 20,0 °C до 25,0 °C поглощают q = 100,0 × 4,18 × 5,0 = 2090 Дж.

Частые ошибки

• Забывание умножить ΔH°f на стехиометрический коэффициент.
• Перестановка порядка «продукты минус реагенты», из-за чего меняется знак ΔH.
• Использование ΔH на моль реакции без масштабирования, когда уравнение удвоено или обращено.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Термохимия