Энергетика химических реакций

Современные образовательные технологии
Деятельностный подход в обучении химии
Энергетика химических реакций
Цели урока: дать представление о причинах, вызывающих в химических реакциях выделение
или поглощение энергии;
Углубить знания учащихся о законе сохранения энергии и превращении её при химических
реакциях;
Закрепить знания о тепловом эффекте, термохимическом уравнении реакции;
Научить выполнять расчёты по термохимическим уравнениям.
Основные понятия: тепловой эффект, экзо- и эндотермические реакции, термохимические
уравнения, энтальпия, теплота образования.
См. презентация.
Актуализация знаний.
Дать характеристику химических реакций по признакам классификации:
А) S + O2 = SO2 + Q
б) N2 + O2 = 2NO – Q
По какому признаку отличаются эти реакции?
1. Классификация химических реакций по энергетическим эффектам.
Опыты.
Измеряем начальную температуру растворов. Помощью мерного цилиндра наливаем в стакан
по 10 мл растворов 1 и 2, измеряем конечную температуру полученного раствора, заполняем
таблицу.
№ опыта
1
2
3
Смешиваем растворы
р-р 1
р-р 2
NaCl(p-p)
AgNO3 (P-P)
NaOH (p-p)
HCl (p-p)
CaCl2 (p-p)
Na2CO3(p-p)
Уравнение р-и
Нач.t
0
C
Конечн
t 0C
Вывод. При химических процессах обмен энергией между химической системой и окружающей
средой……………………………………………….
Происходит /не происходит
Задание 2. Проанализируй рисунки и определи, как называют реакции, при которых происходит
обмен энергией между реакционной системой и окружающей средой. Слайд.
Закончи схему. Укажи, в каком случае процесс называется экзотермическим, а в каком –
эндотермическим.
энергия
процесс
выделяется
………..
Реакционной
системой
энергия
поглощается
процесс
………..
Составь определения.
Экзотермические реакции – химические реакции, протекающие с ………………………
Эндотермические реакции – химические реакции, протекающие с …………………..
Тепловой эффект реакции Q - энергия, выделяющаяся или поглощающаяся в ходе реакции.
Если теплота выделяется, то Q > 0 и реакция - ……………………………
экзотермическая / эндотермическая
Если теплота поглощается, то Q < 0 и реакция ……………………………..
экзотермическая / эндотермическая
Термохимия – раздел химии, изучающий тепловые эффекты химических реакций.
Упр. Назови экзотермические процессы: разряд батареи фотографической лампы – вспышки,
плавление льда, испарение одеколона с поверхности лица, разряд молнии, горение древесины.
р
о
а
2. Энтальпия.
н
Рассматриваем проблемный вопрос: «Откуда же берётся энергия, которая выделяется
в
а
результате реакции. Вводим понятие «Энтальпия».
л
Задание. По энергетическим диаграммам 1-5 определи, от каких факторов зависит
и энтальпия
вещества в каждом случае См. слайд
з
и
р
Н А
Н 2 моль А
Н А (t1P1)
Н А(жидк) Н
у А1
й
В
1мольА
А(t2P2)
А(тв )
А2
А1эи А2аллотропы
н
Энтальпия зависит от:
1……………………..
2……………………..
3……………………..
4……………………..
5………………………
Задание 3.
Проанализируй энергетические диаграммы и
определи, что происходит с реакционной
системой
а)
Н
когда вещества,
обладающие большей
энтальпией, превращаются в
вещества с меньшей
энтальпией, тогда теплота
…………………………………..
Q……….0, ΔН………………0,
Q
ΔН
(>,<,=)
(>, <, =)
процесс…………….
продукты
(Экзотермический/эндотермический)
е
р
г
е
т
и
ч
е
с
к
и
е
д
и
а
г
р
а
м
м
ы
и
Н
•
•
продукты
ΔН
б) когда вещества, обладающие
меньшей энтальпией,
превращаются в вещества с
большей энтальпией, тогда
теплота
………………………………..
о
п
р
е
д
е
л
и
,
(выделяется или поглощается)
Q…………. 0, ΔН …………0,
( >, <, =)
(>, <, =)
Процесс
……………………………………
реагенты
(экзотермический/эндотермический)
ч
т
о
п
р
о
и
с
х
о
На основании проведённого анализа запиши соотношение между Q и ΔH
Q …………… ΔH
ΔH = - Q
Заполни схему, вместо…. (после Q и ΔН)
поставь знак «больше» или «меньше» (>/<)
Энергия
выделяется
Q….0,
ΔН....0
Энергия
поглощается
Q….0,
ΔН…..0
Процесс
…………………
Реакционной
системой
Процесс
……………….
Упр. Используя знания по термохимии, объясни, почему:
А) после тяжёлой физической работы хочется есть
Б) зимой калорийность потребляемой пищи должна быть больше, чем летом
В) человеку, желающему похудеть, советуют, есть поменьше, а двигаться больше.
3. Термохимические уравнения,
Вводим понятие «термохимическое уравнение»
Экзотермическая реакция:
t, p
а) А(ТВ,) + 2В(Ж) = 3С(Г) + Х кДж
или
t, p
б) ) А(ТВ,) + 2В(Ж) = 3С(Г). ΔH = - Х кДж
Эндотермическая реакция: t, p
а) 3С(Г).= А(ТВ,) + 2В(Ж) - Х кДж
t, p или
б) 3С(Г).= А(ТВ,) + 2В(Ж), ΔH = + Х кДж
Упр. Укажи, какие из следующих реакций являются экзотермическими, а какие
эндотермическими. Укажи значение Q для каждого процесса.
1) Н2(г) + ½ О2 (г) = Н2О(г), ΔH = - 57,8 ккал, ……………………….
2) ½ N2(г) + ½ O2 (г) = NO(г), ΔH = - 21,6 ккал, ………………………
3) ½ N2(г) + O2 (г) = NO2(г) – 8,1 ккал, …………………………………
4) ½ N2(г) + 3/2 Н2(г) = NH3(г) + 11,0 ккал, ……………………………
5) NH3(г) = ½ N2(г) + 3/2 Н2(г), ΔH = 11,0 ккал.
Задание. Для уравнения, записанного в общем виде:
aA + bB = cC + dD ± X кДж,
где А, В.C, D –формулы реагентов и продуктов; а, b, c, d – стехиометрические коэффициенты,
Х – значение теплового эффекта, справедливо следующее соотношение:
n(A)/a = n(B) /b = n(C) /c = n(D) / d = Q /X,
Составь отдельные соотношения между количествами веществ для каждого реагирующего
вещества и тепловым эффектом реакции:
n(A) / Q = … / …
n(B) / Q = … / … n(C) / Q = … / …
n(D) / Q = ... / ...
Самостоятельная работа.
Какие из следующих реакций являются экзотермическими, а какие эндотермическими.
Рассчитай значение ΔH для каждого процесса:
1) СН3ОН + 1,5О2 = СО2 + 2Н2О + 726,5 кДж /моль, …………..
2) С + S = CS2 - 87, 8 кдж/моль, …………
3) 2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O + 2360 кДж/моль, ………………..
4) 2С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О + 6535 кДж/моль, …………
5) С + Н2О = СО + Н2 - 131,3 кДж/моль, ……………
Составь соотношения между количествами вещества каждого реагента и тепловым эффектом
реакции.
1) образец (по уравнению 1): n(CH3OH) / Q = 1 / 726,5; n(O2) / Q = 1,5 / 726,5
2) ……………………………………………….
3) ……………………………………………….
4) ………………………………………………
5) ………………………………………………….
Расчётные задачи
1). По термохимическому уравнению
СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж) + 891 кДж
рассчитай:
а) какое количество теплоты выделится при сгорании 160 г метана;
б) сколько литров кислорода (н.у.) вступает в реакцию, если при этом выделяется 4455 кДж
теплоты;
в) какая масса воды образуется, если при этом выделяется 2673 кДж теплоты.
2). По термохимическому уравнению
4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж;) + 1529,04 кДж
рассчитай:
а) сколько выделится теплоты при сгорании 17кг аммиака;
б) сколько литров кислорода (н.у.) вступает в реакцию, если выделяется 764,52 кДж
теплоты;
в) сколько литров азота (н.у.) образуется, если выделяется 4587,12 кДж теплоты.
3). Вычисли тепловой эффект реакции фтора с водородом с образованием фтороводорода и
составь соответствующее ТХУ, если известно, что при взаимодействии со фтором
полностью расходуется 4,48 л (н.у.) водорода и выделяется 107,4 кДж теплоты.
4). Сколько энергии выделится при термическом разложении некоторой порции дихромата
аммония, если масса твёрдого сухого остатка оказалась на 10г меньше массы исходного
вещества? Уравнение реакции:
(NH4)2Cr2O7 - 503 кДж = N2 + 4H2O + Cr2O3
4.Вводим понятие «теплота образования».
Упр. Теплота образования, каких веществ равна нулю: NO, O2, CO2, He, CuSO4, CH4, H2,
H2O, N2, NO2, C2H2.
Зная теплоты образования, можно вычислить тепловой эффект реакции
Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования всех конечных
продуктов реакции минус сумма теплот образования всех исходных веществ, с учётом
коэффициентов
Qреакции = Ʃn (продуктов) . Qобр.(продуктов) – Ʃn (реагентов) . Qобр(реагентов),
где Ʃ – знак суммы
n –стехиометрические коэффициенты
Задание. Для реакции:
aA + bB  cC + dD
запиши чему равен тепловой эффект и энтальпия , она рассчитывается аналогично.
Упр.1) Стандартные теплоты образования N2O4(г) и воды Н2О(ж) равны - 9,667 кДж/моль и
286,04 кДж/моль. Рассчитайте тепловой эффект реакции в стандартных условиях, уравнение
которой:
N2O4(г) + 4Н2(г) = N2(г) + 4 Н2О(ж)
………………………………………………………………………………..
2). Определи теплоту реакции сгорания сахарозы С12Н22О11(ТВ) до СО2 и Н2О по приведённым
стандартным значениям энтальпий образования:
ΔH(обр) (С12Н22О11(ТВ) ) = - 2221 кДж /моль, ΔH(обр)) Н2О(ж) = - 286,04 кДж/моль
ΔH(обр) ( СО2(г)) = - 393,5 кДж/моль
Выводы.
Причиной выделения или поглощения энергии в химических реакциях является
энергосодержание веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции.
Энергосодержание веществ характеризуется понятием «энтальпия»
Зная теплоты образования веществ, можно вычислить Q химической реакции.
По ТХУ можно проводить расчёты, решать задачи.
Дома. Найди на этикетке мороженого данные о его калорийности. С помощью таблицы,
подсчитай, сколько и как нужно двигаться, чтобы сжечь энергию, полученную тобой от порции
мороженого.
Расход энергии при разных видах деятельности
Вид деятельности
Расход энергии, ккал/час
Прогулка пешком
210
Плавание
300
Бег
900
Энергетика химических
реакций
Учитель химии МБОУ
«Тучковская сош № 3»
Сафонова В.П.