Тепловой эффект реакции

Теория

Тепловой эффект реакции — это теплота, которая выделяется или поглощается при полном превращении веществ. В термохимическом уравнении её записывают рядом с уравнением: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 890,3 кДж. Такая запись означает, что при сгорании одного моля метана выделяется 890,3 кДж. Чтобы пересчитать на другую навеску, находят количество вещества \(n = m / M\) и умножают: \(Q = n \cdot q\).

Когда теплоту реакции в условии не дают, её считают по закону Гесса через стандартные теплоты образования \(\Delta H^\circ_f\) (это теплота образования 1 моля вещества из простых веществ; у простых веществ в устойчивой форме она равна нулю):

\[\Delta H = \sum n_i \cdot \Delta H^\circ_f(\text{продукты}) - \sum n_i \cdot \Delta H^\circ_f(\text{реагенты})\]

Для теплот сгорания \(\Delta H^\circ_c\) (теплота реакции вещества с кислородом до CO₂ и H₂O) формула обратная: \(\Delta H = \sum n_i \cdot \Delta H^\circ_c(\text{реагенты}) - \sum n_i \cdot \Delta H^\circ_c(\text{продукты})\), потому что сами продукты сгорания — CO₂ и H₂O — дальше не горят, и их теплоты сгорания равны нулю.

Важно: знак несёт смысл. В термохимическом уравнении Q положительна, когда теплота выделяется; у энтальпии ΔH наоборот: \(\Delta H < 0\) — реакция экзотермическая, \(\Delta H > 0\) — эндотермическая. Это одна и та же величина с разным знаком.

Пример с решением

1. Условие. Найдите тепловой эффект горения метана CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(ж) по табличным теплотам образования: ΔH°f(CH₄) = −74,8, ΔH°f(CO₂) = −393,5, ΔH°f(H₂O ж) = −285,8, ΔH°f(O₂) = 0 кДж/моль.
2. Формула. \(\Delta H = \sum n_i \Delta H^\circ_f(\text{продукты}) - \sum n_i \Delta H^\circ_f(\text{реагенты})\).
3. Подстановка. \(\Delta H = [(-393{,}5) + 2 \cdot (-285{,}8)] - [(-74{,}8) + 2 \cdot 0] = -965{,}1 + 74{,}8\).
4. Вычисление. \(\Delta H = -890{,}3\) кДж/моль, то есть при сгорании 1 моль метана выделяется 890,3 кДж.
5. Ответ. Реакция экзотермическая. Калькулятор в режиме «По закону Гесса» с четырьмя слотами даёт те же −890,3 кДж/моль, а в режиме «По термохимическому уравнению» при n = 1 моль — Q = 890,3 кДж.

Главное

• Термохимическое уравнение задаёт теплоту на 1 моль: \(Q = n \cdot q\), где \(n = m / M\).
• Закон Гесса: \(\Delta H\) равен сумме теплот образования продуктов минус сумма теплот образования реагентов (с коэффициентами).
• Теплоты сгорания дают обратную разность — продукты горения CO₂ и H₂O не горят, их вклад нулевой.
• Знаки: \(\Delta H < 0\) — экзотермическая (теплота выделяется), \(\Delta H > 0\) — эндотермическая.
• Таблица калькулятора — стандартные теплоты при 298 К в кДж/моль, как в школьных справочниках; у простых веществ — нули.