Классификация химических реакций. Тепловой эффект

Химические реакции · Тема 8 / 35

Классификация химических реакций. Тепловой эффект

Этот урок проведём в деревенском доме за один весенний день: утром дедушка гасит известь в ведре и вода кипит без огня, днём бабушка печёт в духовке лепёшку с содой, вечером на газовой плите заваривают чай. Все три события — химические реакции, и в каждой теплота либо выделяется, либо поглощается. Научимся классифицировать реакции, вычислять тепловой эффект, познакомимся с теплотой образования и законом Гесса и решим задания ГЭЦ.

≈ 50 минутГлав: 5Заданий ГЭЦ: 9материал 8–11 классов

После урока ты сможешь

• классифицировать реакции на соединение, разложение, замещение и обмен, на гомогенные и гетерогенные;
• объяснять экзо- и эндотермические реакции и связь теплового эффекта с энергиями связей;
• выполнять расчёты теплоты, массы и объёма по термохимическим уравнениям;
• находить теплоту образования и сгорания по уравнению;
• вычислять тепловой эффект реакции по закону Гесса.

Перед началом вспомни

• Количество вещества, молярная масса, молярный объём: n = m/M = V/22,4.
• Расстановка коэффициентов в уравнениях.
• Степень окисления (чтобы узнавать ОВР).

Содержание

1. ВведениеСитуация: вода в ведре закипает самаистория и предположение
2. Глава 1Классификация химических реакцийтипы, ОВР, гомогенные и гетерогенные
3. Глава 2Тепловой эффект. Экзо- и эндотермические реакцииэнергия связи, экзо и эндо, термохимическое уравнение
4. Глава 3Расчёты по термохимическим уравнениямпропорция, график, калориметр
5. Глава 4Теплота образования и теплота сгоранияQ(обр), Q(сгор), пересчёт на 1 моль
6. Глава 5Закон Гессазакон Гесса и следствие из него
7. ПрактикумТренировка на экзаменационных заданияхзаданий ГЭЦ: 3, с ответом и официальным пояснением
8. ИтогиЗапомникраткий итог и типичные ошибки
9. ИтогиСамостоятельная работазаданий: 6, от простых к сложным

Введение

Ситуация: вода в ведре закипает сама

История

Начало апреля, в деревне весенняя уборка. Ученик 10 класса помогает дедушке: нужно побелить стволы деревьев во дворе и низ стены дома. Дедушка высыпает из мешка белые комки — негашёную известь (CaO) — в металлическое ведро, доливает воду и говорит внуку: «Отойди на шаг и надень очки».

Через несколько минут смесь в ведре шипит, закипает, над ней поднимается пар — хотя никакого огня под ведром нет! Дедушка говорит, что сегодня они погасят 5,6 кг извести. Откуда берётся эта теплота и сколько её выделится всего?

Известь соединяется с водой: термометр поднимается до 100 °C, вода кипит; в круге CaO и H₂O превращаются в Ca(OH)₂.Сначала предположи

Как ты думаешь, сколько теплоты выделится при гашении 5,6 кг CaO? Известно, что при гашении 1 моль CaO выделяется 65 кДж. Ответ рассчитаем в 3-й главе.

В химических реакциях образуются не только новые вещества — ещё выделяется или поглощается энергия. В этом уроке мы научимся классифицировать реакции, затем изучим тепловой эффект реакции, расчёты по термохимическим уравнениям, теплоту образования и сгорания и закон Гесса. Нашими примерами будут события одного дня в деревенском доме: гашение извести, сдобная лепёшка в духовке, чай на газовой плите.

Глава 1

Классификация химических реакций

В химической реакции атомы не исчезают и не возникают — они лишь соединяются по-новому. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции делят на четыре основных типа.

Анимация · четыре типа реакцийНа каждой панели число атомов до и после реакции одинаково: меняются лишь их «соседи».

Тип	Суть	Пример
соединение	из двух или нескольких веществ — одно сложное	CaO + H₂O → Ca(OH)₂
разложение	из одного сложного вещества — два или несколько	CaCO₃ t→ CaO + CO₂↑
замещение	атомы простого вещества замещают атомы в сложном	Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
обмен	два сложных вещества обмениваются составными частями	NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Реакции классифицируют и по другим признакам. Одна реакция может одновременно относиться к нескольким группам:

• по изменению степени окисления: окислительно-восстановительные (Fe + CuSO₄) и идущие без изменения степени окисления (реакции обмена);
• по теплоте: экзотермические (теплота выделяется) и эндотермические (поглощается) — глава 2;
• по направлению: обратимые (N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃) и необратимые (при образовании осадка, газа, воды идут практически до конца);
• по участию катализатора: каталитические (2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃, V₂O₅) и некаталитические;
• по фазе: гомогенные (все вещества в одной фазе — смесь газов или раствор) и гетерогенные (разные фазы — твёрдое + газ или жидкость; реакция идёт на границе фаз).

Анимация · гомогенная и гетерогеннаяВ смеси газов молекулы сталкиваются повсюду; гранула цинка реагирует с кислотой только поверхностью — поэтому измельчённый цинк растворяется быстрее.Пример 1

Классифицируйте реакцию в дедушкином ведре — CaO + H₂O → Ca(OH)₂ — по всем признакам.

1. Из двух веществ получается одно — реакция соединения.Почему так?

   При соединении продукт один, а исходных веществ два или больше.

2. Степени окисления: Ca+2, O−2, H+1 — одинаковы с обеих сторон: не ОВР.Почему так?

   При соединении основного оксида с водой электроны не переходят.

3. CaO твёрдый, вода жидкая — гетерогенная; ведро нагревается — экзотермическая; практически необратимая.
4. Ответ: реакция соединения, не ОВР, гетерогенная, экзотермическая, необратимая.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 01.06.2025

Какая реакция является одновременно реакцией соединения и окислительно-восстановительной?

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ соединение, не ОВРCaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ соединение, не ОВР4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ соединение + ОВР ✓A) P₂O₅ + H₂O →B) Cu + HNO₃ →C) CaCO₃ + CO₂ + H₂O →D) NO₂ + O₂ + H₂O →E) K + H₂O →

1. В реакции соединения продукт — одно вещество. B (Cu + HNO₃) и E (K + H₂O) дают несколько продуктов — не соединение.
2. A: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄ и C: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ — соединение, но степени окисления не меняются (P +5, C +4).Почему так?

   При соединении оксида с водой степени окисления элементов обычно не меняются.

3. D: 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ — один продукт (соединение), N+4 → N+5, O0 → O−2 (ОВР).Почему так?

   Если участвует простое вещество (O₂), реакция обычно ОВР.

4. Ответ: NO₂ + O₂ + H₂O → (вариант D).

Официальное пояснение ГЭЦ (01.06.2025)

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂окислительно-восстановительной реакциейне является P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄окислительно-восстановительной реакциейне является 2K + 2H₂O → 2KOH +H₂реакцией соединенияне является 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃является и реакцией соединения, и окислительно-восстановительной 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂Oреакцией соединенияне являетсяИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF)

Проверь себя

Известь для побелки получают из известняка: CaCO₃ → CaO + CO₂. Сколько граммов CaO получится при разложении 50 г CaCO₃? Ar(Ca) = 40

n(CaCO₃) = 50 : 100 = 0,5 моль → 0,5 моль CaO · 56 г/моль.

Глава 2

Тепловой эффект. Экзо- и эндотермические реакции

История

В полдень бабушка печёт лепёшку в духовке. В тесто вместо дрожжей она добавляет ложку питьевой соды (NaHCO₃). Ученик спрашивает: «Зачем сода?» Бабушка: «В духовке сода “раскрывается”, тесто поднимается». Ученик смотрит через стекло: при 180 °C лепёшка заметно растёт.

При нагревании сода разлагается: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑, углекислый газ поднимает тесто. Утром в ведре теплота выделялась сама, а здесь сода «работает» только в жару духовки. Эта реакция выделяет или поглощает теплоту? Сколько теплоты нужно для разложения 8,4 г соды в тесте?

В духовке поднимается тесто; в круге растут пузырьки CO₂, теплота поступает снаружи внутрь.

В каждой химической связи «запасена» энергия. Чтобы разорвать связь, нужно затратить энергию, а при образовании новой связи энергия выделяется. Итог реакции зависит от разности этих двух чисел. Рассмотрим реакцию водорода с хлором.

Анимация · связи рвутся и образуютсяРазорванные связи: 436 + 242 = 678 кДж; образованные: 2 · 431 = 862 кДж. Выделенная энергия больше поглощённой на 184 кДж — эта разность и есть тепловой эффект реакции.Тепловой эффект

Тепловой эффект реакции (Q) — количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции (кДж). Реакции с выделением теплоты — экзотермические (Q > 0), с поглощением — эндотермические (Q < 0). Уравнение с указанием теплового эффекта называют термохимическим: H₂(г) + Cl₂(г) = 2HCl(г) + 184 кДж. Иногда записывают изменение энтальпии: ΔH = −Q (у экзотермической ΔH < 0).

В экзотермической реакции энергия продуктов ниже, в эндотермической — выше. В обоих случаях для начала реакции надо преодолеть «горку» (энергию активации), поэтому и экзотермические реакции часто запускают нагреванием.

В термохимическом уравнении указывают агрегатное состояние: (тв) — твёрдое, (ж) — жидкое, (г) — газ. Это важно: например, при конденсации 1 моль водяного пара выделяется ещё 44 кДж, поэтому тепловые эффекты для H₂O(ж) и H₂O(г) различны. Коэффициенты в термохимическом уравнении означают числа моль, поэтому допустимы и дробные: H₂(г) + ½O₂(г) = H₂O(ж) + 286 кДж.

• экзотермические: горение, нейтрализация, гашение извести, большинство реакций соединения — CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + 65 кДж;
• эндотермические: большинство реакций разложения, фотосинтез, N₂ + O₂ = 2NO − 180 кДж (при грозе), CaCO₃ = CaO + CO₂ − 178 кДж.

История

Вопрос про духовку. Термохимическое уравнение разложения соды: 2NaHCO₃(тв) = Na₂CO₃(тв) + H₂O(г) + CO₂(г) − 135 кДж. Тепловой эффект отрицательный — реакция эндотермическая: она поглощает теплоту, поэтому идёт только при нагревании и прекращается, когда духовку выключают. Сода в тесте: n = 8,4 : 84 = 0,1 моль. Уравнение записано для 2 моль: поглощается Q = 135 · 0,1 : 2 = 6,75 кДж. А утреннее гашение извести выделяло теплоту — это экзотермическая реакция соединения. В 5-й главе мы сами вычислим −135 кДж из теплот образования.

Пример 2

N₂(г) + O₂(г) = 2NO(г) − 180 кДж. Определите тип реакции. Сколько теплоты нужно для получения 3 моль NO?

1. Q < 0 — теплота поглощается: эндотермическая реакция соединения; азот и кислород — газы, реакция гомогенная.Почему так?

   Нужно разорвать очень прочную связь N≡N (946 кДж/моль) — для этого требуется много энергии.

2. 2 моль NO — 180 кДж; 3 моль NO — x кДж: x = 3 · 180 : 2 = 270 кДж.
3. Ответ: эндотермическая гомогенная реакция соединения; поглощается 270 кДж.

Проверь себя

Энергии связей: H–H 436, Br–Br 193, H–Br 366 кДж/моль. Вычислите тепловой эффект реакции H₂ + Br₂ → 2HBr (кДж).

Q = 2 · 366 − (436 + 193).

Глава 3

Расчёты по термохимическим уравнениям

Тепловой эффект в термохимическом уравнении относится к числу моль, указанному коэффициентами. Если вещества вдвое больше, то и теплоты выделится вдвое больше: теплота прямо пропорциональна количеству вещества.

Анимация · горит метан: Q ~ nКаждый моль метана при сгорании даёт 890 кДж; 2 моль — 1780 кДж, 3 моль — 2670 кДж. График Q(n) — прямая через начало координат.Правило пропорции

Если коэффициент вещества в уравнении ν, а тепловой эффект Q, то при вступлении в реакцию n моль этого вещества выделяется (поглощается) Q₁ = Q · n / ν. Расчёт удобно вести по схеме «над уравнением — данные, под ним — по уравнению».

Q₁ = Q · n / ν

История

Вопрос про известь. CaO(тв) + H₂O(ж) = Ca(OH)₂(тв) + 65 кДж. n(CaO) = 5600 г : 56 г/моль = 100 моль, Q = 100 · 65 = 6500 кДж. Этой теплоты хватит, чтобы нагреть примерно 6500 : (4,2 · 80) ≈ 19 литров воды от 20 °C до 100 °C, — поэтому вода в ведре кипит и горячее известковое молоко брызгает. Дедушка не зря требовал очки и перчатки: известковое молоко — щёлочь, попадание в глаза опасно.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 01.06.2025

При сгорании 22,4 л (н. у.) CH₄ выделяется 900 кДж теплоты. Сколько литров (н. у.) CH₄ нужно сжечь, чтобы получить 2700 кДж теплоты?

22,4 л CH₄ — 900 кДжx л CH₄ — 2700 кДжx = 2700 · 22,4 : 900 = 67,2 л

1. 22,4 л (н. у.) — это 1 моль CH₄; на него приходится 900 кДж.
2. Во сколько раз нужно больше теплоты: 2700 : 900 = 3.Почему так?

   Теплота прямо пропорциональна количеству вещества: втрое больше теплоты — втрое больше метана.

3. V(CH₄) = 3 · 22,4 = 67,2 л. Внимание: теплота сгорания метана около 890 кДж/моль; в заданиях ГЭЦ даются округлённые значения (900, 880) — всегда бери число из условия.
4. Ответ: 67,2.

Официальное пояснение ГЭЦ (01.06.2025)

x литров2700 кДж CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + Q кДж x = 3 · 22,4 = 67,2 литра22,4 литра900 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, I группа специальностей (PDF)

В лаборатории выбери топливо и меняй его массу: насколько выделившаяся теплота нагреет 5 кг воды? (Считаем, что вся теплота идёт на воду; теплоёмкость воды 4,2 кДж/(кг·°C).)

Лаборатория · калориметр для топливамасса топлива4 гТак спрашивают на экзаменеГЭЦ · 12.07.2026

2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + 2600 кДж Вычислите отношение a/b по уравнению реакции. Mᵣ(C₂H₂)=26

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 50B) 30C) 20D) 25E) 10

1. При сгорании 2 моль C₂H₂ = 2 · 26 = 52 г выделяется 2600 кДж. График — прямая: масса и теплота пропорциональны.Почему так?

   Точки не соединены, но обе лежат на одной прямой — с отношением 52 г : 2600 кДж.

2. b: если выделилось 1300 кДж, то b = 52 · 1300 : 2600 = 26 г.
3. a: если сгорело 13 г, то a = 13 · 2600 : 52 = 650 кДж.
4. a/b = 650 : 26 = 25.
5. Ответ: 25 (вариант D).

Официальное пояснение ГЭЦ (12.07.2026)

b г -------------------------------------- 1300 кДж 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + 2600 кДж 52 г ------------------------------------ 2600 кДжb = 26 г 13 г -------------------------------------- a кДж 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + 2600 кДж 52 г ------------------------------------ 2600 кДжa = 650 кДж a/b = 25Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 12.07.2026, I группа специальностей (PDF)

Пример 3

На сгорание метана израсходовано 6 моль кислорода: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O + 890 кДж. Сколько теплоты выделилось?

1. Коэффициент O₂ в уравнении 2: 2 моль O₂ — 890 кДж.Почему так?

   Тепловой эффект относится к коэффициенту любого вещества уравнения — считать можно по любому веществу.

2. Q₁ = 890 · 6 : 2 = 2670 кДж.
3. Ответ: 2670 кДж.

Проверь себя

C(тв) + O₂(г) = CO₂(г) + 394 кДж. Сколько кДж теплоты выделится при полном сгорании 36 г угля?

n(C) = 36 : 12 = 3 моль.

Глава 4

Теплота образования и теплота сгорания

Чтобы сравнивать тепловые эффекты разных реакций, их относят к 1 моль вещества. Есть два важных случая.

Теплота образования и сгорания

Теплота образованияQ(обр) — теплота, которая выделяется или поглощается при образовании 1 моль сложного вещества из простых веществ (в их устойчивом состоянии), кДж/моль. Теплота образования простых веществ (H₂, O₂, N₂, C — графит, S …) равна 0. Теплота сгоранияQ(сгор) — теплота, выделяющаяся при полном сгорании 1 моль вещества (C → CO₂, H → H₂O(ж)).

Анимация · образование водыВ уравнении 2H₂ + O₂ = 2H₂O + 572 кДж образуется 2 моль воды и сгорает 2 моль водорода. Поэтому на 1 моль приходится 572 : 2 = 286 кДж — это и теплота образования воды, и теплота сгорания водорода.

Обрати внимание: тепловой эффект реакции (572 кДж) относится ко всему уравнению и измеряется в кДж, а теплота образования и сгорания — к 1 моль вещества (кДж/моль). Тепловой эффект обратной реакции равен по величине и противоположен по знаку: 2H₂O(ж) = 2H₂(г) + O₂(г) − 572 кДж.

Вещество	Q(обр), кДж/моль	Вещество
CO₂(г)	394	CO(г) — 111; CH₄(г) — 75
H₂O(ж)	286	H₂O(г) — 242; CaO(тв) — 635
NaHCO₃(тв)	951	Na₂CO₃(тв) — 1131; Ca(OH)₂(тв) — 986
NH₃(г)	46	C₂H₂(г) — −226 (образуется эндотермически)

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 13.07.2025

2H₂(г)+O₂(г)=2H₂O(ж)+572 кДж Какие утверждения верны для этого термохимического уравнения?1. Теплота образования воды +286 кДж/моль2. Тепловой эффект реакции +286 кДж3. Теплота сгорания водорода +286 кДж/моль4. Тепловой эффект реакции разложения воды +572 кДж

2H₂(г) + O₂(г) = 2H₂O(ж) + 572 кДжQ(обр)(H₂O) = 572 : 2 = 286 кДж/мольQ(сгор)(H₂) = 572 : 2 = 286 кДж/моль2H₂O = 2H₂ + O₂ − 572 кДжA) 2, 4B) 1, 3C) 2, 3D) 3, 4E) 1, 2, 3

1. В уравнении образуется 2 моль H₂O(ж): теплота образования воды 572 : 2 = +286 кДж/моль — 1 верно.Почему так?

   Вода образуется из простых веществ (H₂ и O₂) — это реакция образования; нужно лишь перейти к 1 моль.

2. Тепловой эффект реакции относится ко всему уравнению — 572 кДж, а не 286: 2 неверно.
3. Сгорает 2 моль H₂: теплота сгорания водорода 572 : 2 = +286 кДж/моль — 3 верно.
4. Разложение воды — обратная реакция: 2H₂O = 2H₂ + O₂ − 572 кДж — 4 неверно (не +572, а −572).Почему так?

   Внимание: в п. 4 пояснения ГЭЦ знак «−» напечатан в конце строки, а «572 кДж» — на следующей, т. е. −572 кДж.

5. Ответ: 1, 3 (вариант B).

Официальное пояснение ГЭЦ (13.07.2025)

Согласно данному термохимическому уравнению 1. Теплота образования воды 572:2= +286 кДж/моль 2. Тепловой эффект реакции 572 кДж 3. Теплота сгорания водорода 572:2= +286 кДж/моль 4. Тепловой эффект реакции разложения воды -572 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 13.07.2025, I группа специальностей (PDF)

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 01.06.2025

Вычислите Q₁ и Q₂. Mᵣ(C₂H₂)=26; Mᵣ(H₂)=2

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 143 | 1300B) 286 | 650C) 143 | 650D) 572 | 2600E) 286 | 1300

1. Теплота сгорания дана на 1 моль, поэтому сначала находим количество вещества: n(H₂) = 1 : 2 = 0,5 моль, n(C₂H₂) = 13 : 26 = 0,5 моль.Почему так?

   Пояснение ГЭЦ сначала находит тепловой эффект уравнения (2 · 286 = 572, 2 · 1300 = 2600), затем составляет пропорцию — результат тот же.

2. Q₁ = 0,5 · 286 = 143 кДж.
3. Q₂ = 0,5 · 1300 = 650 кДж.
4. Ответ: 143 и 650 (вариант C).

Официальное пояснение ГЭЦ (01.06.2025)

Если теплоту сгорания умножить на коэффициент сгорающего вещества, получается тепловой эффект: 2H₂ + O₂ → 2H₂O Q = 2 · 286 = 572 кДж 2H₂ + O₂ → 2H₂O + 572 кДж 4 г H₂ ----- 572 кДж 1 г H₂ ----- x кДж x=143 кДж 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O Q = 2 · 1300 = 2600 кДж 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + 2600 кДж 2·26 г C₂H₂ ------- 2600 кДж 13 г C₂H₂ ------- x кДж x = 650 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF)

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 12.07.2026

Изменение числа моль N₂ во времени в ходе реакции показано ниже: Для уравнения реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + 92 кДж вычислите теплоту образования аммиака в кДж/моль (1) и количество выделившейся теплоты по графику в кДж (2).

Рисунок меняется вместе с шагами.

1. В уравнении образуется 2 моль NH₃ и выделяется 92 кДж: Q(обр)(NH₃) = 92 : 2 = 46 кДж/моль.Почему так?

   NH₃ образуется из простых веществ (N₂ и H₂), поэтому достаточно разделить тепловой эффект на коэффициент аммиака.

2. По графику: азота стало не 3, а 1 моль — израсходовано 3 − 1 = 2 моль N₂.
3. 1 моль N₂ — 92 кДж; 2 моль N₂ — y = 2 · 92 = 184 кДж.Почему так?

   Реакция обратимая (⇄), но выделившаяся теплота считается по фактически израсходованному азоту. В пояснении ГЭЦ уравнение записано со стрелкой →.

4. Ответ: 1) 46; 2) 184.

Официальное пояснение ГЭЦ (12.07.2026)

Чтобы вычислить теплоту образования сложного вещества, нужно разделить тепловой эффект на коэффициент образующегося вещества: Q(NH₃)_обр = 92 : 2 = 46 кДж/моль По графику видно, что расходуется 2 моль N₂: 2 моль -------------------- y кДж N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + 92 кДж y = 184 кДж 1 моль -------------------- 92 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 12.07.2026, I группа специальностей (PDF)

Проверь себя

2Mg(тв) + O₂(г) = 2MgO(тв) + 1204 кДж. Чему равна теплота образования оксида магния (кДж/моль)?

В уравнении образуется 2 моль MgO.

Глава 5

Закон Гесса

История

Вечером семья собирается пить чай. Ученик зажигает газовую плиту, ставит чайник и смотрит на газовый счётчик на стене: цифры медленно бегут. Отец говорит: «За газ платим по кубометрам. Интересно, сколько теплоты даёт один кубометр?»

Природный газ — в основном метан: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. В таблице учебника нет теплоты сгорания метана, зато есть теплоты образования CO₂, H₂O и CH₄. Можно ли по ним найти теплоту сгорания метана и сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ метана (н. у.)?

На плите горит метан, чайник закипает; счётчик отсчитывает кубометры.Закон Гесса

Тепловой эффект реакции зависит только от состояния исходных веществ и продуктов и не зависит от пути (числа стадий) процесса. (Г. Гесс, 1840)

Следствие: Q = ΣQ(обр)(продукты) − ΣQ(обр)(исходные вещества) (каждую Q(обр) умножают на коэффициент; для простых веществ 0).

Анимация · два пути — один итогЕсли идти от простых веществ прямо к продуктам, выделится 394 + 2 · 286 = 966 кДж. Если сначала образуется метан (75 кДж), оставшийся путь — сгорание метана. Суммы путей равны: 75 + Q = 966.История

Вопрос про плиту. По следствию закона Гесса: Q = 394 + 2 · 286 − 75 = 891 кДж/моль ≈ 890 кДж/моль. 1 м³ метана (н. у.): n = 1000 : 22,4 ≈ 44,6 моль, Q ≈ 44,6 · 891 ≈ 39 800 кДж, т. е. около 40 МДж. Чтобы вскипятить 2 литра воды в чайнике от 20 °C, нужно 2 · 4,2 · 80 = 672 кДж — теоретически хватило бы всего 17 литров газа. На реальной плите значительная часть теплоты уходит в воздух и на посуду, поэтому счётчик показывает больше.

Пример 4

Вычислите по теплотам образования из таблицы тепловой эффект разложения соды: 2NaHCO₃(тв) = Na₂CO₃(тв) + H₂O(г) + CO₂(г) + Q.

1. Продукты: 1131 + 242 + 394 = 1767 кДж.
2. Исходное вещество: 2 · 951 = 1902 кДж.Почему так?

   Коэффициент 2, поэтому теплоту образования NaHCO₃ умножаем на 2.

3. Q = 1767 − 1902 = −135 кДж — эндотермическая реакция (число из вопроса про духовку).Почему так?

   Сумма теплот образования продуктов меньше, чем исходных веществ, — значит, продукты «выше по энергии», теплота поглощается.

4. Ответ: Q = −135 кДж (теплота поглощается).

Пример 5

Известно: C(графит) + O₂ = CO₂ + 394 кДж и CO + ½O₂ = CO₂ + 283 кДж. Найдите тепловой эффект реакции C + ½O₂ = CO.

1. Углерод можно превратить в CO₂ двумя путями: сразу (394 кДж) или сначала в CO (Q), затем в CO₂ (283 кДж).Почему так?

   По закону Гесса тепловые эффекты двух путей равны.

2. Q + 283 = 394 → Q = 111 кДж.
3. Ответ: 111 кДж — теплота образования CO (эту реакцию трудно измерить напрямую: всегда образуется и CO₂).

Проверь себя

Теплоты образования: CO₂ 394, H₂O(ж) 286, C₂H₅OH(ж) 278 кДж/моль. Вычислите теплоту сгорания этанола (кДж/моль): C₂H₅OH + 3O₂ = 2CO₂ + 3H₂O.

Q = 2 · 394 + 3 · 286 − 278.

Практикум

Тренировка на экзаменационных заданиях

Эти задания взяты из экзаменов ГЭЦ. Сначала реши сам, затем открой «Ответ и пояснение ГЭЦ».

ГЭЦ · 13.07.2025

На полное сгорание некоторого количества метана израсходовано 6 моль кислорода и выделилось 2640 кДж теплоты. Вычислите тепловой эффект реакции (в кДж).

A) 1760B) 440C) 220D) 3520E) 880Ответ и пояснение ГЭЦ

Ответ: 880 (вариант E).

Согласно уравнению реакции горения метана CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O +Q кДж Q=880 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 13.07.2025, IV группа специальностей (PDF)

ГЭЦ · 13.07.2025

Вычислите m (1) и n (2). Aᵣ(C)=12, Aᵣ(S)=32

Открытое задание: запиши ответ сам.

Ответ и пояснение ГЭЦ

Ответ: 1) m = 120; 2) n = 1125.

m 4000 кДж C(тв) + O₂(г) = CO₂(г) + 400 кДж 12 г 400 кДж m=120 г C сгорело полностью. Как видно из таблицы, массы углерода и серы одинаковы. Значит, полностью сожжено 120 г S 120 n S(тв) + O₂(г) = SO₂(г) + 300 кДж 32 300 кДж n= 1125 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 13.07.2025, I группа специальностей (PDF)

ГЭЦ · 07.06.2026

Вычислите количество теплоты (кДж), выделяющейся при полном сгорании 0,4 моль C₃H₆.

A) 486B) 540C) 392D) 628E) 576Ответ и пояснение ГЭЦ

Ответ: 576 (вариант E). Внимание: реальная теплота сгорания пропена около 2058 кДж/моль; 1440 кДж/моль в условии — условное значение, считаем по данному числу.

Теплота сгорания равна количеству теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 моль вещества. 1 моль --------- 1440 кДж 0,4 моль --------- x кДж x=576 кДжИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, I группа специальностей (PDF)

Итоги

Запомни

• Типы: соединение (A + B → AB), разложение (AB → A + B), замещение (A + BC → AC + B), обмен (AB + CD → AD + CB); а также ОВР, обратимые/необратимые, каталитические, гомогенные/гетерогенные.
• При разрыве связей энергия поглощается, при образовании — выделяется; Q = E(образ.) − E(разорв.).
• Экзотермическая: Q > 0 (ΔH < 0); эндотермическая: Q < 0 (ΔH > 0); у обратной реакции Q противоположного знака.
• Теплота пропорциональна количеству вещества: Q₁ = Q · n / ν.
• Теплота образования — при получении 1 моль вещества из простых (для простых 0); теплота сгорания — при полном сгорании 1 моль; Q уравнения делим на коэффициент.
• Закон Гесса: Q не зависит от пути; Q = ΣQ(обр)(продукты) − ΣQ(обр)(исходные).

Типичные ошибки

«Раз 2H₂ + O₂ = 2H₂O + 572 кДж, теплота образования воды 572 кДж/моль».

В уравнении образуется 2 моль воды: 572 : 2 = 286 кДж/моль. Теплоты образования и сгорания всегда относятся к 1 моль.

«Реакция с Q > 0 поглощает теплоту».

«+Q» в термохимическом уравнении означает выделение теплоты (экзотермическая). В записи через энтальпию знак противоположный: ΔH = −Q.

«Экзотермическую реакцию не нужно нагревать, чтобы начать».

И метан, и уголь горят экзотермически, но для воспламенения нужна энергия активации — спичка или искра.

«Гетерогенная реакция — реакция разных веществ».

Гетерогенность связана с фазами: H₂ и Cl₂ — разные вещества, но оба газы — реакция гомогенная; Zn(тв) + HCl(р-р) — гетерогенная.

Итоги

Самостоятельная работа

Задания расположены от простых к сложным. Сначала реши сам, потом выбери вариант; пояснение откроется после ответа.

1 · Уровень 1

Какая реакция является реакцией замещения?

Простое вещество (Fe) замещает медь в сложном веществе.

2 · Уровень 1

Какая это реакция: N₂ + O₂ = 2NO − 180 кДж?

Из двух веществ получается одно, Q < 0 — теплота поглощается.

3 · Уровень 2

C + O₂ = CO₂ + 394 кДж. Сколько кДж выделится при сгорании 6 г углерода?

n(C) = 6 : 12 = 0,5 моль; 0,5 · 394 = 197 кДж.

4 · Уровень 2

2H₂ + O₂ = 2H₂O + 572 кДж. Сколько кДж выделится при сгорании 5,6 л (н. у.) водорода?

n(H₂) = 5,6 : 22,4 = 0,25 моль; 2 моль — 572 кДж → 0,25 моль — 71,5 кДж.

5 · Уровень ГЭЦ

C + O₂ = CO₂ + 394 кДж; CO + ½O₂ = CO₂ + 283 кДж. Каков тепловой эффект реакции C + ½O₂ = CO (кДж)?

Закон Гесса: Q + 283 = 394 → Q = 111 кДж.

6 · Уровень ГЭЦ

Теплота сгорания ацетилена 1300 кДж/моль, Q(обр): CO₂ 394, H₂O(ж) 286 кДж/моль. Чему равна теплота образования ацетилена (кДж/моль)?

C₂H₂ + 2,5O₂ = 2CO₂ + H₂O: 1300 = 2 · 394 + 286 − Q(обр) → Q(обр) = −226 (ацетилен — эндотермическое соединение).

Экзаменационные задания и официальные пояснения — ГЭЦ (PDF на азербайджанском языке, в уроке — в переводе):

1. 01.06.2025, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 85; B-83, C-83, D-86
2. 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 33; B-39, C-46, D-47; вариант A, 42; B-32, C-33, D-36
3. 13.07.2025, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 69; B-79, C-69, D-74; вариант A, 88; B-88, C-88, D-88
4. 13.07.2025, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 38; B-52, C-42, D-45
5. 07.06.2026, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 79; B-66, C-79, D-61
6. 12.07.2026, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 80; B-75, C-76, D-67; вариант A, 88; B-88, C-88, D-88

История, сцены, примеры, задания «Проверь себя» и «Самостоятельная работа» — наши, не из материалов ГЭЦ. Задания и пояснения ГЭЦ даны в переводе с азербайджанского; знак «…» обозначает пропущенную часть.