Материал параграфа поможет вам:
выяснить, как классифицируют реакции по их тепловому эффекту;
понять причину теплового эффекта реакции; составлять термохимические уравнения.
Экзотермические и эндотермические реакции. Вам известно о реакциях, протекающих с выделением значительного количества теплоты. Это — реакции горения. Их использовали люди еще в давние времена, обогревая свое жилище, готовя пищу, сжигая древесину, растительные остатки, уголь. В настоящее время сфера применения реакций горения значительно расширилась. Их осуществляют на теплоэнергетических предприятиях, металлургических заводах, в двигателях внутреннего сгорания, при запуске ракет и космических кораблей, использовании огнестрельного оружия, создании фейерверков (рис. 33).
1 Об этом виде энергии речь идет в § 16.
Рис. 33.
Применение реакций горения
Примеры реакций горения:
Теплота выделяется не только при горении веществ, но и при смешивании растворов щелочи и сильной кислоты (вследствие реакции нейтрализации)
гашении извести
взаимодействии металлов с кислотами:
Реакции, при которых теплота выделяется, часто происходят самопроизвольно. Правда, в некоторых случаях их необходимо инициировать (например, поджечь вещество).
Существуют реакции, протекающие с поглощением теплоты. Среди них — реакции разложения многих соединений (оксидов, гидроксидов, оксигенсодержащих солей, кристаллогидратов):
Для того чтобы такие реакции происходили, вещества нагревают. Если нагревание приостановить, химическое превращение прекращается.
Реакции, протекающие с выделением теплоты, называют экзотермическими1, а реакции, протекающие с поглощением теплоты, — эндотермическими2.
Тепловой эффект реакции. Выделение или поглощение теплоты при химической реакции называют тепловым эффектом реакции. Выясним причину его возникновения.
Каждое вещество имеет собственную внутреннюю энергию. Она состоит из энергий всех частиц вещества (атомов, молекул, ионов) и энергий химических связей между ними. Измерить внутреннюю энергию вещества невозможно.
Во время реакции химические связи между атомами или ионами в каждом реагенте разрушаются (на это расходуется энергия, она поглощается веществом) и образуются новые химические связи в продуктах реакции (при этом энергия выделяется). Если выделяется больше энергии, чем поглощается, реакция является экзотермической, а если наоборот — реакция эндотермическая.
Для теплового эффекта реакции используют обозначение АН (читается «дельта-аш»). В случае экзотермической реакции АН < 0, а эндотермической реакции АН > 0. При необходимости тепловой эффект указывают вместе с химическим уравнением:
1 Термин происходит от греческого слова ехо — извне.
2 Термин происходит от греческого слова endon — внутри.
Запишите в тетрадь приведенные на с. 95 химические уравнения и добавьте к каждому уравнению обозначение теплового эффекта.
Явление выделения или поглощения теплоты во время химической реакции согласуется с принципом сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а лишь превращается из одного вида в другой. Термохимическое уравнение. Количество теплоты, которая выделяется или поглощается в результате реакции, можно определить экспериментально, например с помощью калориметра1 — устройства, известного вам из уроков физики в 8 классе.
Химическое уравнение с записью числового значения теплового эффекта реакции называют термохимическим уравнением.
Примеры термохимических уравнений:
Первое уравнение свидетельствует о том, что при разложении 1 моль сульфатной кислоты образуется 1 моль сульфур(У1) оксида, 1 моль воды и поглощается 177 кДж теплоты.
Прокомментируйте второе термохимическое уравнение.
Многие реакции являются обратимыми. Так, кальций карбонат при нагревании разлагается на кальций оксид и углекислый газ (эндотермическая реакция)
1 Слово происходит от названия старой единицы измерения количества теплоты — калории (1 калория = 4,18 Дж).
2 Знак «плюс» перед значением теплового эффекта не опускают.
а в обычных условиях эта соль образуется при взаимодействии оксидов (экзотермическая реакция):
Соответствующую закономерность формулируют так: тепловой эффект химической реакции равен тепловому эффекту обратной реакции, но имеет противоположный знак.
Значения тепловых эффектов многих химических реакций приведены в справочниках.
ВЫВОДЫ
Все химические превращения происходят с определенным тепловым эффектом. Реакции, при которых выделяется теплота, называют экзотермическими, а реакции, протекающие с поглощением теплоты, — эндотермическими.
Химическое уравнение с записью числового значения теплового эффекта реакции называют термохимическим уравнением.
124. Что понимают под тепловым эффектом химической реакции?
125. Как классифицируют реакции в зависимости от их теплового эффекта?
126. При очень высокой температуре водяной пар разлагается на простые вещества. Как можно объяснить то, что эта реакция является эндотермической?
127. При образовании 1 моль хлороводорода из простых веществ выделяется 92,2 кДж теплоты. Напишите соответствующее термохимическое уравнение.
128. Воспользовавшись термохимическим уравнением N2 + ЗН2 = = 2NH3; АН - -92,4 кДж, напишите термохимическое уравнение реакции разложения аммиака на простые вещества.
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Калорийность пищевых продуктов
Известно, что пища является источником веществ и элементов, необходимых для жизни животных и человека. Кроме того, это — источник энергии для живых существ. Реакции в организме с участием поступивших с пищей веществ преимущественно экзотермические; они происходят с выделением теплоты. Количество энергии, выделяемой при полном окислении пищевого продукта (условно — его реакции с кислородом, в результате которой образуются углекислый газ, вода, азот, некоторые другие вещества), определяет калорийность продукта (рис. 34). Высвободившаяся тепловая энергия необходима живому организму для осуществления в нем реакций, протекающих с поглощением теплоты, а также для поддержания постоянной температуры тела.
Существуют три основные группы питательных веществ в пищевых продуктах: белки, жиры и углеводы.
Важнейшими жирами являются растительные масла — подсолнечное, кукурузное, оливковое, животные жиры — сало, сливочное масло, а углеводами — сахар и крахмал. Больше всего теплоты выделяется при окислении жиров — в среднем 3900 кДж в пересчете на 100 г жира.
Белки и углеводы имеют меньшую и почти одинаковую калорийность — приблизительно 1700 кДж на 100 г вещества. Если растительное масло почти полностью состоит из жиров, сахар — чистый углевод (сахароза), то 100-процентной белковой пищи не существует. Больше всего белков содержится в мясе, рыбе, яйцах, сыре, орехах (10—25 % от массы продукта). Белки — ценнейший «строительный» материал для организма, а углеводы и особенно жиры важны как источники энергии.
Суточная энергетическая потребность человека составляет в среднем 12 000 кДж и зависит от его возраста, пола, физической и умственной нагрузки. Определить, сколько человек должен потреблять белков, жиров, углеводов, определенных пищевых продуктов, чтобы обеспечить свой организм необходимым количеством энергии, нетрудно. Сложнее подобрать необходимое для организма соотношение, например, животных и растительных жиров. Соответствующие рекомендации разрабатывают биологи, врачи, диетологи.
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля