Най-важното от урока
Молна топлина: Топлина за 1 mol вещество (\(kJ/mol\)) при стандартни условия.
Топлина на образуване (\(Q_{обр}\)): За образуване от прости стабилни вещества. За простите вещества \(Q_{обр} = 0\).
Закон на Хес: Топлинният ефект не зависи от пътя, а само от началото и края.
Основна формула за изчисление: \(Q = (\text{сума } Q_{обр} \text{ на продуктите}) - (\text{сума } Q_{обр} \text{ на изходните вещества})\).
Топлина на образуване (\(Q_{обр}\)): За образуване от прости стабилни вещества. За простите вещества \(Q_{обр} = 0\).
Закон на Хес: Топлинният ефект не зависи от пътя, а само от началото и края.
Основна формула за изчисление: \(Q = (\text{сума } Q_{обр} \text{ на продуктите}) - (\text{сума } Q_{обр} \text{ на изходните вещества})\).
Молна топлина е топлинният ефект (отделена или погълната топлина), отчетен за 1 mol вещество, участващо в химична реакция при стандартни условия (температура 25 °C и налягане 100 kPa).
Мерната единица е килоджаул на мол (\(kJ/mol\)).
Ако при изгарянето на 2 mol метан (\(CH_4\)) се отделят 1780.6 kJ топлина, молната топлина на изгаряне е:
\[ Q_{изг} = \frac{1780.6 \text{ kJ}}{2 \text{ mol}} = 890.3 \text{ kJ/mol} \]
При образуването на 0.5 mol вода се отделят 142.9 kJ. Каква е молната топлина на образуване на водата?
Отговор: \(Q_{обр} = \frac{142.9 \text{ kJ}}{0.5 \text{ mol}} = 285.8 \text{ kJ/mol}\).
Това е молният топлинен ефект при образуването на 1 mol сложно вещество от съставящите го най-стабилни прости вещества.
Топлинната на образуване (\(Q_{обр}\)) на простите вещества в тяхната най-стабилна форма (напр. \(O_{2(г)}\), \(C_{(графит)}\), \(H_{2(г)}\)) се приема за нула.
Реакцията за образуване на вода е: \(H_{2(г)} + \frac{1}{2}O_{2(г)} = H_2O_{(т)}\).
Топлината на образуване на течна вода е \(Q_{обр, H_2O(т)} = -285.8 \text{ kJ/mol}\).
Топлините на образуване на \(H_{2(г)}\) и \(O_{2(г)}\) са \(0 \text{ kJ/mol}\).
Топлината на образуване на течна вода е \(Q_{обр, H_2O(т)} = -285.8 \text{ kJ/mol}\).
Топлините на образуване на \(H_{2(г)}\) и \(O_{2(г)}\) са \(0 \text{ kJ/mol}\).
Каква е стандартната топлина на образуване на графита (\(C_{(графит)}\))?
Отговор: \(0 \text{ kJ/mol}\), защото графитът е най-стабилната алотропна форма на въглерода при стандартни условия.
Това е молният топлинен ефект при пълното изгаряне на 1 mol вещество в кислород до висшите оксиди на съставящите го елементи.
За разлика от \(Q_{обр}\), топлината на изгаряне на простите вещества НЕ е равна на нула.
При изгаряне на 1 mol метан (\(CH_4\)) се отделят 890.3 kJ топлина.
\[ CH_{4(г)} + 2O_{2(г)} = CO_{2(г)} + 2H_2O_{(т)} \quad Q_{изг} = -890.3 \text{ kJ/mol} \]
(Продуктите са висшите оксиди \(CO_2\) и \(H_2O\)).
Коя от двете стойности е нула при стандартни условия: топлината на образуване на сяра (\(S_{(ромбична)}\)) или топлината ѝ на изгаряне?
Отговор: Топлината на образуване е нула, тъй като ромбичната сяра е стабилна проста форма. Топлината на изгаряне (\(S + O_2 \rightarrow SO_2\)) е различна от нула.
Топлинният ефект на една химична реакция зависи само от началното и крайното състояние на системата, но не и от междинните етапи (пътя), по които тя протича.
Образуването на \(CO_2\) от въглерод и кислород може да стане директно или през междинен продукт \(CO\).
Път I (директен): \(C + O_2 \rightarrow CO_2 \quad Q_I\)
Път II (на етапи):
1) \(C + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO \quad Q_1\)
2) \(CO + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO_2 \quad Q_2\)
Според закона на Хес: \(Q_I = Q_1 + Q_2\).
Път I (директен): \(C + O_2 \rightarrow CO_2 \quad Q_I\)
Път II (на етапи):
1) \(C + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO \quad Q_1\)
2) \(CO + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO_2 \quad Q_2\)
Според закона на Хес: \(Q_I = Q_1 + Q_2\).
Ако превръщането на вещество А във вещество С отделя 100 kJ, а превръщането на междинното вещество В в С отделя 40 kJ, колко топлина се отделя/поглъща при превръщането на А в В?
Нека \(Q_{A \rightarrow C} = -100 \text{ kJ}\) и \(Q_{B \rightarrow C} = -40 \text{ kJ}\).
По закона на Хес: \(Q_{A \rightarrow C} = Q_{A \rightarrow B} + Q_{B \rightarrow C}\).
\(-100 \text{ kJ} = Q_{A \rightarrow B} + (-40 \text{ kJ})\).
\(Q_{A \rightarrow B} = -100 + 40 = -60 \text{ kJ}\).
Отговор: Отделят се 60 kJ.
По закона на Хес: \(Q_{A \rightarrow C} = Q_{A \rightarrow B} + Q_{B \rightarrow C}\).
\(-100 \text{ kJ} = Q_{A \rightarrow B} + (-40 \text{ kJ})\).
\(Q_{A \rightarrow B} = -100 + 40 = -60 \text{ kJ}\).
Отговор: Отделят се 60 kJ.
Топлинният ефект (\(Q\)) на всяка реакция може да се изчисли, като се използват стандартните топлини на образуване (\(Q_{обр}\)) на участващите вещества.
За реакция: \(aA + bB \rightarrow cC + dD\)
\[ Q = \sum (Q_{обр, \text{продукти}}) - \sum (Q_{обр, \text{изходни в-ва}}) \]
\[ Q = (c \cdot Q_{обр, C} + d \cdot Q_{обр, D}) - (a \cdot Q_{обр, A} + b \cdot Q_{обр, B}) \]
\(a, b, c, d\) са коефициентите от уравнението.
Да се изчисли \(Q\) за реакцията: \(2H_{2(г)} + O_{2(г)} \rightarrow 2H_2O_{(г)}\).
Дадено: \(Q_{обр, H_2O(г)} = -241.8 \text{ kJ/mol}\).
\(Q = (2 \cdot Q_{обр, H_2O(г)}) - (2 \cdot Q_{обр, H_2(г)} + 1 \cdot Q_{обр, O_2(г)})\)
\(Q = (2 \cdot (-241.8)) - (2 \cdot 0 + 1 \cdot 0) = -483.6 \text{ kJ}\)
Дадено: \(Q_{обр, H_2O(г)} = -241.8 \text{ kJ/mol}\).
\(Q = (2 \cdot Q_{обр, H_2O(г)}) - (2 \cdot Q_{обр, H_2(г)} + 1 \cdot Q_{обр, O_2(г)})\)
\(Q = (2 \cdot (-241.8)) - (2 \cdot 0 + 1 \cdot 0) = -483.6 \text{ kJ}\)
Изчислете топлинния ефект на реакцията \(SO_{2(г)} + \frac{1}{2}O_{2(г)} \rightarrow SO_{3(г)}\).
Дадени са: \(Q_{обр, SO_2(г)} = -296.8 \text{ kJ/mol}\); \(Q_{обр, SO_3(г)} = -395.7 \text{ kJ/mol}\).
Дадени са: \(Q_{обр, SO_2(г)} = -296.8 \text{ kJ/mol}\); \(Q_{обр, SO_3(г)} = -395.7 \text{ kJ/mol}\).
\(Q = (1 \cdot Q_{обр, SO_3}) - (1 \cdot Q_{обр, SO_2} + \frac{1}{2} \cdot Q_{обр, O_2})\)
\(Q = (-395.7) - (-296.8 + \frac{1}{2} \cdot 0)\)
\(Q = -395.7 - (-296.8) = -395.7 + 296.8 = -98.9 \text{ kJ}\)
\(Q = (-395.7) - (-296.8 + \frac{1}{2} \cdot 0)\)
\(Q = -395.7 - (-296.8) = -395.7 + 296.8 = -98.9 \text{ kJ}\)
Задачи за упражнение
Лесна: Каква е стойността на стандартната топлина на образуване на газообразен хлор (\(Cl_{2(г)}\))? Обосновете се.
Отговор: \(0 \text{ kJ/mol}\), защото хлорът (\(Cl_2\)) е просто вещество в най-стабилната си форма при стандартни условия.
Средна: Изгарянето на етанол \(C_2H_5OH_{(т)}\) до \(CO_{2(г)}\) и \(H_2O_{(т)}\) е силно екзотермичен процес (\(Q = -1367 \text{ kJ/mol}\)). Напишете изравненото термохимично уравнение на процеса.
Първо пишем уравнението и го изравняваме:
\[ C_2H_5OH_{(т)} + 3O_{2(г)} \rightarrow 2CO_{2(г)} + 3H_2O_{(т)} \]
След това добавяме топлинния ефект:
\[ C_2H_5OH_{(т)} + 3O_{2(г)} \rightarrow 2CO_{2(г)} + 3H_2O_{(т)} \quad Q = -1367 \text{ kJ} \]
Трудна: Като използвате данните по-долу, изчислете стандартната топлина на образуване на пропан \(C_3H_{8(г)}\).
Термохимично уравнение на изгаряне: \[ C_3H_{8(г)} + 5O_{2(г)} \rightarrow 3CO_{2(г)} + 4H_2O_{(т)} \quad Q = -2220 \text{ kJ} \] Дадени \(Q_{обр}\):
Термохимично уравнение на изгаряне: \[ C_3H_{8(г)} + 5O_{2(г)} \rightarrow 3CO_{2(г)} + 4H_2O_{(т)} \quad Q = -2220 \text{ kJ} \] Дадени \(Q_{обр}\):
- \(Q_{обр, CO_2(г)} = -393.5 \text{ kJ/mol}\)
- \(Q_{обр, H_2O(т)} = -285.8 \text{ kJ/mol}\)
Прилагаме формулата \(Q = \sum (Q_{обр, продукти}) - \sum (Q_{обр, изходни})\).
\(-2220 = [3 \cdot Q_{обр, CO_2} + 4 \cdot Q_{обр, H_2O}] - [1 \cdot Q_{обр, C_3H_8} + 5 \cdot Q_{обр, O_2}]\)
\(-2220 = [3 \cdot (-393.5) + 4 \cdot (-285.8)] - [Q_{обр, C_3H_8} + 5 \cdot 0]\)
\(-2220 = [-1180.5 - 1143.2] - Q_{обр, C_3H_8}\)
\(-2220 = -2323.7 - Q_{обр, C_3H_8}\)
\(Q_{обр, C_3H_8} = -2323.7 + 2220\)
Отговор: \(Q_{обр, C_3H_8} = -103.7 \text{ kJ/mol}\)
\(-2220 = [3 \cdot Q_{обр, CO_2} + 4 \cdot Q_{обр, H_2O}] - [1 \cdot Q_{обр, C_3H_8} + 5 \cdot Q_{обр, O_2}]\)
\(-2220 = [3 \cdot (-393.5) + 4 \cdot (-285.8)] - [Q_{обр, C_3H_8} + 5 \cdot 0]\)
\(-2220 = [-1180.5 - 1143.2] - Q_{обр, C_3H_8}\)
\(-2220 = -2323.7 - Q_{обр, C_3H_8}\)
\(Q_{обр, C_3H_8} = -2323.7 + 2220\)
Отговор: \(Q_{обр, C_3H_8} = -103.7 \text{ kJ/mol}\)
