Тепловой эффект реакции

Введи уравнение — получишь ΔH, тепловой эффект Q и термохимическое уравнение. Значения из условия можно задать своими.

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

Уравнение должно быть уравнено, а состояния — указаны в скобках: (г), (ж), (тв). У воды это меняет ответ на 44 кДж за каждый моль

СВОИ ЭНТАЛЬПИИ ИЗ УСЛОВИЯ

Если в задании даны свои значения — впиши их сюда: они важнее табличных, и ответ сойдётся именно с задачником. Сюда же вводятся вещества, которых нет в таблице

Как это считается

Закон Гесса: тепловой эффект зависит только от начального и конечного состояния, а не от пути между ними. Отсюда рабочая формула — сумма энтальпий образования продуктов минус такая же сумма по исходным веществам.

Δ H^{\circ} = \sum ν Δ_{f} H_{прод}^{\circ} - \sum ν Δ_{f} H_{исх}^{\circ}

ν — коэффициенты из уравнения, поэтому оно обязано быть уравнено. Простые вещества дают нули: их энтальпия образования равна нулю по определению.

Знаки ΔH и Q противоположны. У экзотермической реакции система теряет энергию, ΔH отрицательна, а теплота выделяется наружу — Q положителен. Одна и та же реакция выглядит как ΔH = −890 кДж и как «+890 кДж» в термохимическом уравнении. Реакции с выделением теплоты и называют экзотермическими, с поглощением — эндотермическими: приставки «экзо-» и «эндо-» с греческого значат «наружу» и «внутрь» — ровно то, куда уходит энергия.

Агрегатные состояния не украшение: у жидкой воды и у пара разница 44 кДж/моль — теплота испарения. В задаче про сгорание метана это уводит ответ на 88 кДж.

Таблица энтальпий

Значения сверены поштучно по NIST Chemistry WebBook, источник указан у каждого. Чего нет там, нет и здесь — такие вещества вводят вручную.

ВЕЩЕСТВО	СОСТОЯНИЕ	ΔfH°, кДж/моль	ИСТОЧНИК
Al2O3 оксид алюминия	тв	-1675.7	CODATA 1984
C2H6 этан	г	-84	Manion 2002
CH4 метан	г	-74.87	NIST-JANAF 1998
CO угарный газ	г	-110.53	CODATA 1984
CO2 углекислый газ	г	-393.51	CODATA 1984
CaO оксид кальция	тв	-634.92	CODATA 1984
H2O вода	ж	-285.83	CODATA 1984
H2O водяной пар	г	-241.826	CODATA 1984
H2S сероводород	г	-20.6	CODATA 1984
HCl хлороводород	г	-92.31	CODATA 1984
MgO оксид магния	тв	-601.6	CODATA 1984
NH3 аммиак	г	-45.94	CODATA 1984
NaCl хлорид натрия	тв	-411.12	NIST-JANAF 1998
SO2 оксид серы(IV)	г	-296.81	CODATA 1984
SO3 оксид серы(VI)	г	-395.77	NIST-JANAF 1998
C2H2 ацетилен	г	226.73	NIST-JANAF 1998
C2H4 этилен	г	52.47	NIST-JANAF 1998
NO оксид азота(II)	г	90.29	NIST-JANAF 1998
NO2 оксид азота(IV)	г	33.1	NIST-JANAF 1998

Простых веществ в таблице нет: у них нуль по определению, калькулятор подставит его сам.

Примеры расчёта

Сгорание метана: всё из таблицы

C H_{4} + 2 O_{2} ⟶ C O_{2} + 2 {H_{2} O}_{(ж)}

Выписываем энтальпии образования

$\begin{array}{c} Δ_{f} H^{\circ} (C H_{4}) = - 74,87 \\ Δ_{f} H^{\circ} (O_{2}) = 0 \\ Δ_{f} H^{\circ} (C O_{2}) = - 393,51 \\ Δ_{f} H^{\circ} (H_{2} O, ж) = - 285,83 \end{array}$

Энтальпия образования — тепловой эффект получения одного моля вещества из простых веществ. У самих простых веществ она нулевая по определению, поэтому кислород, водород и металлы в расчёт входят нулями.
Считаем сумму по продуктам

$\sum ν Δ_{f} H_{прод}^{\circ} = (- 393,51) + 2 \cdot (- 285,83) = - 965,17$

Каждую энтальпию умножаем на коэффициент из уравнения. Коэффициент — это число молей, и без него сумма будет посчитана для одной молекулы вместо всех.
Считаем сумму по реагентам

$\sum ν Δ_{f} H_{исх}^{\circ} = (- 74,87) + 2 \cdot (0) = - 74,87$

То же самое для левой части. Простые вещества дают нули — их можно не выписывать, но пропускать сложные вещества нельзя.
Применяем закон Гесса

$Δ H^{\circ} = - 965,17 - (- 74,87) = - 890,3 кДж$

Тепловой эффект — разность сумм: продукты минус реагенты. Порядок здесь нельзя менять местами, иначе знак получится обратный и экзотермическая реакция превратится в эндотермическую.
Переходим к тепловому эффекту Q

$Q = - Δ H^{\circ} = + 890,3 кДж$

В термохимическом уравнении пишут Q, а не ΔH, и знаки у них противоположные. Реакция экзотермическая: ΔH отрицательна, теплота выделяется.
Записываем термохимическое уравнение

$C H_{4} + 2 O_{2} ⟶ C O_{2} + 2 {H_{2} O}_{(ж)} + 890,3 кДж$

В термохимическом уравнении теплота стоит прямо в правой части: выделяется — со знаком плюс, поглощается — со знаком минус. Агрегатные состояния в нём обязательны: у воды пар и жидкость различаются на 44 кДж/моль.

Δ H^{\circ} = - 890,3 кДж, Q = + 890,3 кДж

Кислород — простое вещество, его энтальпия нулевая, и в сумму реагентов он ничего не добавляет. С паром вместо жидкой воды вышло бы на 88 кДж меньше по модулю — это теплота конденсации двух молей.

Обжиг известняка: значение из условия

{C a C O_{3}}_{(тв)} ⟶ {C a O}_{(тв)} + {C O_{2}}_{(г)}

Выписываем энтальпии образования

$\begin{array}{c} Δ_{f} H^{\circ} (C a C O_{3}, тв) = - 1207 \\ Δ_{f} H^{\circ} (C a O, тв) = - 634,92 \\ Δ_{f} H^{\circ} (C O_{2}, г) = - 393,51 \end{array}$

Энтальпия образования — тепловой эффект получения одного моля вещества из простых веществ. У самих простых веществ она нулевая по определению, поэтому кислород, водород и металлы в расчёт входят нулями.
Считаем сумму по продуктам

$\sum ν Δ_{f} H_{прод}^{\circ} = (- 634,92) + (- 393,51) = - 1028,43$

Каждую энтальпию умножаем на коэффициент из уравнения. Коэффициент — это число молей, и без него сумма будет посчитана для одной молекулы вместо всех.
Считаем сумму по реагентам

$\sum ν Δ_{f} H_{исх}^{\circ} = (- 1207) = - 1207$

То же самое для левой части. Простые вещества дают нули — их можно не выписывать, но пропускать сложные вещества нельзя.
Применяем закон Гесса

$Δ H^{\circ} = - 1028,43 - (- 1207) = + 178,57 кДж$

Тепловой эффект — разность сумм: продукты минус реагенты. Порядок здесь нельзя менять местами, иначе знак получится обратный и экзотермическая реакция превратится в эндотермическую.
Переходим к тепловому эффекту Q

$Q = - Δ H^{\circ} = - 178,57 кДж$

В термохимическом уравнении пишут Q, а не ΔH, и знаки у них противоположные. Реакция эндотермическая: ΔH положительна, теплоту нужно подводить.
Записываем термохимическое уравнение

${C a C O_{3}}_{(тв)} ⟶ {C a O}_{(тв)} + {C O_{2}}_{(г)} - 178,57 кДж$

В термохимическом уравнении теплота стоит прямо в правой части: выделяется — со знаком плюс, поглощается — со знаком минус. Агрегатные состояния в нём обязательны: у воды пар и жидкость различаются на 44 кДж/моль.

Δ H^{\circ} = + 178,57 кДж, Q = - 178,57 кДж

Энтальпии карбоната кальция нет в NIST, поэтому она взята из условия задачи — именно так и задают такие задания. Результат положительный: реакция эндотермическая, известняк сам по себе не разложится, печь нужна.

Вопросы

Чем ΔH отличается от Q?

Знаком. ΔH — изменение энтальпии системы, у экзотермической реакции она уменьшается и ΔH отрицательна. Q — теплота, отданная наружу, и она положительна. Q = −ΔH.

Почему у простых веществ энтальпия нулевая?

Так задана точка отсчёта: получать простое вещество из самого себя не нужно. Нуль только у стандартной формы — у O₂ он есть, у озона O₃ нет.

Зачем указывать агрегатное состояние?

Оно меняет ответ. У жидкой воды −285,8 кДж/моль, у пара −241,8: разница в 44 кДж — теплота испарения. В задаче про метан ответ расходится на 88 кДж.

В чём смысл закона Гесса?

Эффект зависит только от начального и конечного состояния. Поэтому его считают по табличным энтальпиям, ни разу не проводя реакцию, а уравнения складывают как алгебраические.

Нужного вещества нет в таблице — что делать?

Ввести значение из условия вручную, поле есть рядом с уравнением. В таблицу мы кладём только проверенное по NIST: у CaCO₃ и Fe₂O₃ энтальпии там нет, а взятая с произвольного сайта даёт правдоподобный неверный ответ.

Почему ответ не совпал с задачником?

Справочники округляют по-разному: у аммиака встречается и −45,9, и −46,2 кДж/моль. Введи значения из задания в поле «свои энтальпии» — ответ сойдётся с тем, что ждёт учитель.

Какие реакции экзотермические, а какие эндотермические на практике?

Горение и нейтрализация кислоты щёлочью — экзотермические, тепло уходит наружу. Растворение нитрата аммония в воде (тот самый охлаждающий пакет для ушибов), фотосинтез и разложение известняка при обжиге — эндотермические, теплота поглощается. Один и тот же тип реакции бывает и тем, и другим: знак зависит от конкретных веществ, а не от типа превращения.

Тепловой эффект реакции

Калькулятор

Как это считается

Таблица энтальпий

Примеры расчёта

Сгорание метана: всё из таблицы

Выписываем энтальпии образования

Считаем сумму по продуктам

Считаем сумму по реагентам

Применяем закон Гесса

Переходим к тепловому эффекту Q

Записываем термохимическое уравнение