Причины протекания химических реакций

План урока.
Закон сохранения массы и энергии.
Тепловой эффект химической реакции.
Экзотермические и эндотермические реакции.
Термохимия. Законы термохимии.
Кто он Герман Гесс?
Понятие об энтропии и энтальпии.
Выводы по теме.

Почему протекают химические реакции
Закон сохранения массы и энергии.
Масса веществ, вступающих в реакцию равна массе веществ, образующихся в результате реакции.
Закон сохранения массы дает материальную основу для составления уравнений химических реакций и проведения расчетов по ним.

Закон сохранения массы и энергии
Взаимосвязь массы и энергии выражается уравнением Эйнштейна:
E = mc2
где Е – энергия; m – масса;
с – скорость света в вакууме.

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы

Тепловые эффекты химических реакций.
Химическая реакция заключается в разрыве одних и образовании других связей, поэтому она сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.
• И трещат сухие сучья,
Разгораясь жарко,
Освещая тьму ночную
Далеко и ярко!
И.Суриков

Классификация реакций

Реакции, протекающие с выделением теплоты, проявляют положительный тепловой эффект (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.
С(тв) + 2 H2(г) = CH4(г) + 76 кДж/моль
Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды (Q<0, DH>0), т.е. с отрицательным тепловым эффектом, являются эндотермическими.

Тепловой эффект химической реакции
Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате реакций между определенными количествами реагентов
обычно обозначают символом Q.
Q р = Q кон.- Q исх.

Раздел химии, занимающийся изучением превращения энергии в химических реакциях, называется ТЕРМОХИМИЕЙ.
Существует два важнейших закона термохимии.
Первый из них, закон Лавуазье–Лапласа, формулируется следующим образом:

закон Лавуазье–Лапласа
Тепловой эффект прямой реакции всегда равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком.

Второй закон термохимии был сформулирован в 1840 г российским академиком Г. И. Гессом:
Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Сульфат натрия Na2SO4 можно получить двумя путями из едкого натра NaOH.
Первый путь (одностадийный): 2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O + 131 кДж;
Второй путь (двухстадийный):
а) NaOH + H2SO4 = NaНSO4 + H2O + 62 кДж
б) NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O + 69 кДж
складывая тепловые эффекты двух последовательных реакций в способе (2) мы получаем тот же тепловой эффект, что и для способа (1): 65 кДж + 69 кДж = 131 кДж

Ученый, чьим именем назван основной закон термохимии, несколько лет работал врачом в Иркутске; по учебнику, написанному им, учился Дмитрий Менделеев
По-настоящему его звали Гесс Герман Генрих. И немудрено — родился он в многонациональной Женеве, где говорили по-немецки столь же широко, как и на других языках. Однако вырос и до конца своих дней прожил в России, где его величали на славянский манер — Герман Иванович. Так что в историю науки он вошел русским ученым, хоть и с заморской фамилией. Герман Гесс стал мировым светилом. Что примечательно, не только благодаря острому уму, знаниям и интересу к химии, но и Сибири — Иркутску, Байкалу. Изучая наш край, он собрал богатый фактический материал и написал работу, представив которую в Санкт-Петербургскую академию наук, был сразу произведен в адъюнкты и продолжил исследования по части химии при этом авторитетном научном заведении: открыл лабораторию, проводил многочисленные опыты.

Энтальпия
это определенное свойство вещества, оно является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании.
Величина, характеризующая теплосодержание - Δ Н

Энтальпия и тепловой эффект противоположны по знаку
При экзотермических реакциях, когда тепло выделяется, Δ Н отрицательно.
При эндотермических реакциях (тепло поглощается) и Δ H положительно.

Как вычислить тепловой эффект реакции
Тепловой эффект химической реакции равен разности суммы теплот образования продуктов реакции и суммы теплот образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом числа молей веществ, участвующих в реакции, т. е. стехиометрических коэффициентов в уравнении протекающей реакции):
ΔH = Hкон.- Hисх.

энтропия
Функция характеризующая степень беспорядка
ΔS
Чем больше частиц в системе, тем больше в системе беспорядка
Твердое вещество ? жидкость ? газ
Степень беспорядка увеличивается ----->
Вычислить изменения энтропии можно на основании справочных данных по формуле:
ΔS =S кон.- Sисх.

Выводы
Всякая химическая реакция характеризуется двумя энергетическими характеристиками:
энтальпией (ΔH) и энтропией (ΔS).
Для самопроизвольных реакций характерно стремление к уменьшению энергии за счет выделения ее в окружающую среду и к увеличению степени беспорядка.
При вычислении Qр необходимо учитывать закон Гесса.

Задача 5
При соединении 18 г алюминия с кислородом выделяется 547 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
Решение
Составить уравнение. 3О2 + 4Аl = 2Аl2О3 + Х кДж
Вычислить количество вещества содержащего 18 г алюминия.
n = m/M n (Аl) = 18г : 27г/моль =0,67 моль
Составить и решить пропорцию.
При окислении 0,67 моль алюминия выделяется 547 кДж теплоты
При окислении 4 моль алюминия выделяется Х кДж теплоты
Х = 4 •547 : 0,67 = 3265,67 кДж
Составим термохимическое уравнение этой реакции.
3О2 + 4Аl = 2Аl2О3 + 2365 кДж