Эндотермические реакции опыты в школе
Обновлено: 06.07.2024
Методика и результаты исследования …………… ……………..…….5
Список использованных источников ……………………………..……12
Химическая термодинамика – раздел химии, изучающий энергетические эффекты химических реакций. Термохимия – раздел термодинамики, который изучает тепловые явления, сопровождающие химические реакции. Изучение этих явлений имеет большое значение для термодинамических и технологических расчётов. Тепловым эффектом реакции называется количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при необратимом протекании реакции, если продукты реакции и исходные вещества имеют одинаковую температуру.
По знаку теплового эффекта все реакции делятся на экзотермические и эндотермические. Экзотермические – реакции, протекающие с выделением тепла из системы в окружающую среду. Эндотермические – реакции, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды.
Тепловой эффект реакции, измеренный при постоянных температуре и давлении, называется теплотой реакции Q р, а величина, описывающая изменение состояния системы и противоположная по знаку – энтальпией реакции ∆H. Энтальпии образования известны для нескольких тысяч веществ. Это позволяет расчётным путём установить энергетические эффекты разных процессов. Для измерения теплоты в системе СИ установлена единица джоуль [2, 7] .
Для описания тепловых явлений в химических реакциях используют термохимические уравнения. Термохимические уравнения – химические уравнения с указанием теплового эффекта реакций.
Цель работы: определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием калориметрическим методом.
Задачи работы:
изучить и проанализировать литературу по проблеме исследования;
освоить калориметрический метод определения тепловых эффектов химических реакций;
провести исследования по определению тепловых эффектов реакции нейтрализации;
описать этапы работы и сделать выводы.
Методы исследования : изучение литературы, химический и физико-химический эксперимент, обработка результатов, наблюдение.
Объект исследования – взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием.
Предмет исследования – тепловой эффект реакции нейтрализации.
Практическая значимость з аключается в способности использования основных законов естественнонаучных дисциплин в практической деятельности, применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования. Результаты нашей работы могут быть использованы на уроках химии и физики.
Методика и результаты исследований.
Исследование проходило на базе Брянского государственного аграрного университета.
Определяем теплоту нейтрализации и разведения q 1 , приливая к большому объёму щелочи небольшой объём кислоты.
Определяем теплоту разведения кислоты q 2 , вливая раствор кислоты в воду. Объёмы кислоты и щелочи взяты в таких же объёмах, как при нейтрализации [6, 8].
Цель урока. Познакомить с новой характеристикой химической реакции — тепловым эффектом – теоретически, экспериментально и при помощи решения расчетных задач.
· Что называется химической реакцией?
Химическая реакция – это превращение одних веществ в другие.
· Какие типы химических реакций известны?
Реакции соединения, разложения, замещения и обмена.
· На основании какого закона составляются уравнения химических реакций?
На основании закона сохранения массы веществ, открытого русским ученым М.В.Ломоносовым.
· Как он читается?
Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.
Следствие закона: при химических реакциях происходит только перегруппировка атомов, но их количество до и после реакции остается неизменным.
Пример:
Четыре атома фосфора до реакции и четыре после реакции. Десять атомов кислорода до реакции и десять после реакции.
Но это не простая перегруппировка. Атомы в веществе соединены между собой связями (о них узнаем позже), и при химических реакциях происходит либо их разрыв, либо образование новых связей.
Показываем это на разъемных моделях. Чтобы связь разорвать, нужно затратить энергию, а при образовании новых связей энергия выделяется.
Затрачивается и выделяется энергия в виде тепловой. Эти тепловые явления подчиняются закону Ломоносова о сохранении энергии. (Привлекаем знания учащихся из физики.) Энергия не исчезает и не появляется вновь, а она переходит из одного вида в другой.
Реакции делятся на экзотермические, которые идут с выделением тепла:
и эндотермические, идущие с поглощением тепла:
2НgО 2Нg + O2 – Q.
Количество теплоты Q, которое выделяется или поглощается при данной реакции, называется тепловым эффектом реакции.
ОПЫТ 1. Взаимодействие оксида кальция с водой
Цель: убедиться, что данная реакция экзотермическая.
План эксперимента:
1. Что делаем? (Условие реакции.)
Прилили воду к оксиду кальция и перемешали смесь стеклянной палочкой. Измерили температуру термометром.
2. Что наблюдаем? (Признак реакции.)
Температура поднимается на 1–2 градуса.
3. Вывод: данный опыт показал, что взаимодействие оксида кальция с водой – реакция экзотермическая, т.к. выделилось тепло:
4. Характеристика реакции.
Реакция соединения. Реакция экзотермическая.
ОПЫТ 2. Разложение гидроксида меди
Цель: убедиться, что данная реакция эндотермическая.
План эксперимента:
1. Что делаем? (Условие реакции.)
Нагревание.
2. Что наблюдаем? (Признак реакции.)
Изменение цвета. Исходное вещество было голубого цвета, после нагревания продукт реакции черного цвета. Образовался оксид меди:
3. Вывод: данный опыт показал, что реакция эндотермическая, т.к. идет только при нагревании.
4. Характеристика реакции.
Реакция разложения. Реакция эндотермическая*.
уравнениям реакций
Прямо пропорциональная зависимость между массой исходного вещества и выделенным количеством теплоты:
Величина постоянная для данной реакции.
Любая величина из пропорции может быть неизвестной. Задачи решаются методом пропорции.
Типовая задача: сколько теплоты выделяется при сгорании 24 г графита, если тепловой эффект реакции 393,5 кДж/моль?
* Тот факт, что для начала реакции требуется предварительный подогрев, еще не служит доказательством ее эндотермичности. Большинство реакций с участием органических соединений протекает при температуре значительно выше комнатной, и многие из них являются экзотерическими. Так, окисление углеводородов протекает с заметной скоростью при 130 °С и выше и сопровождается большим тепловыделением. – Примеч. ред.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Учитель химии: Ужовская М.А.
Создать условия для активизации у учащихся личностных и регулятивных УУД:
-самостоятельную коррекцию знаний;
Создать условия для формирования:
- навыков работы с лабораторным оборудованием, выполнения правил техники безопасности;
- умения включать в процесс деятельности знания, полученные на предыдущих уроках,
-умения составлять термохимические уравнения и производить расчеты теплоты по уравнению реакции.
- умения владеть понятиями “теплота”, “энергия”, “экзо- и эндотермические реакции”, “тепловой эффект”, “термохимическое уравнение”, выделение и поглощение энергии .
Создать условия для развития у учащихся познавательных и коммуникативных УУД:
-умения определять способы действия,
-устанавливать причинно-следственные связи,
-организовывать сотрудничество и совместную деятельность с одноклассниками;
-работать в группах;
-формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;
- исследовательские умения (анализ, синтез, выбор методов, постановка эксперимента по составленному плану, выводы на основе полученных результатов) .
Оборудование:
· Информационные карты “Расчет теплового эффекта реакции по уравнению”
· Мультимедийный проектор, компьютер, презентация “Тепловой эффект химических реакций”
· Оборудование AFS M – датчик температуры,
- штатив с пробирками,
- вещества: Mg; HCI; NH4NO3 , КNO3 , вода,сода, уксусная кислота,
(в соответствии со структурой учебной деятельности)
Планируемая деятельность учащихся
Развиваемые (формируемые) учебные действия
З дравствуйте! Сегодня мы будем работать в группах. Вы должны выбрать координатора, который будет назначать выступающего от группы. При работе над вопросами сначала индивидуально каждый работает, затем обсуждаются эти вопросы в группе, от каждой группы выступающий дает ответ. Подпишите ваши инструкционные листы.
Учащиеся выбирают координатора, а он назначает выступающего. Подписывают инструкционные листы.
Личностные: формирование ценностных ориентиров и смыслов учебной деятельности.
Коммуникативные: формирование умений осуществлять совместную деятельность.
Организация мотивации, постановки учебной задачи, цели
Посмотрите на тему и скажите, исходя из названия темы, что вам знакомо?
А какое слово вас наводит на размышление? Что значит эффект?
А что бы вы хотели узнать ещё по этой теме? Есть еще предложения? Все?
Я хочу дополнить ваши предложения и подкорректировать.
1.Каким тепловым эффектом могут сопровождаться химические реакции?
2.При каких химических реакциях тепло выделяется или поглощается?
3.Что такое тепловой эффект реакции?
4.Как называются и записываются уравнения этих реакций?
5. Для каких целей используют тепловой эффект химических реакций?
Итак, какова же цель нашего урока?
Хотели бы узнать,
1.Что такое тепловой эффект реакции?
2. Как он определяется?
3. Каковы причины возникновения теплового эффекта?
Ученики, на основе данных вопросов формулируют цель.
Знать определение химической реакции и её признаки.
Личностные: формирование мотивов потребности в социально значимой деятельности. Регулятивные:самостоятельная постановка учебной цели. Коммуникативные:согласованность усилий по достижению цели.
Познавательные: выделение и осмысление понятий, терминов.
Планирование деятельности по достижению цели(1 мин.)
Чтобы ответить на эти вопросы, мы проведем химические эксперименты и поработаем с материалами нашего учебника.
Реализация намеченного плана, поиск способа решения учебной задачи
(проектор, датчик температуры, реактивы, вода, 2 стакана)
Итак, возьмите ваши инструкционные листы, прочитайте первое задание. Проведем с вами несколько реакций и обратим свое внимание на признак выделения теплоты. (Прложение№1) Прочитайте инструкцию к опытам №1 и №2, проведите опыты и свои наблюдения запишите в таблице №1. Обсудите результаты в группе и выступающий сделает обобщенный вывод. Какой эффект вы почувствовали при соприкосновении с пробирками?
Проведем опыт №3, №4, результаты которого будут проецироваться на экран с помощью датчика температуры. Что происходит с показаниями температуры в опыте №3 и №4. Наблюдения записываем в таблицу№2.
Обсудите результаты в группе и выступающий сделает обобщенный вывод.
А сейчас следующее задание.
Что это за реакции, как они называются и другие вопросы постараемся выяснить, прочитав в учебнике параграф 23. Это задание 2 в инструкционных листах. Вначале читает каждый индивидуально, затем обсуждения в группах. Затем по очереди, выступающие от групп делают обобщенные ответы. (Приложение №1)
Ученики читают инструкции к опытам, проводят эксперимент и записывают наблюдения, обсуждают результаты.
Выступающий подводит итоги (Теплая пробирка в опыте №1 и холодная в опыте №2)
Ученики наблюдают за ходом эксперимента, записывают наблюдения и обсуждают результаты. Выступающий подводит итоги (Повышение температуры в опыте №3 и понижение – в опыте №4)
Вывод: в ходе реакций мы наблюдаем реакции, идущие с повышением и понижением температуры.
Ученики читают параграф, отвечают на вопросы, затем обсуждают ответы в группе. Координатор назначает выступающего. Выступающий делает обобщенный ответ.
Знать правила техники безопасности, уметь проводить эксперимент, знать экзо- и эндотермические реакции, чем они отличаются, тепловой эффект, термохимические уравнения.
Личностные: формирование познавательных интересов. Регулятивные: умение планировать работу. Коммуникативные:осуществление совместной деятельности, учет разных мнений, взаимопомощь. Уметь слушать и слышать.
Познавательные:
умение искать информацию, работать с научными понятиями, наблюдать, анализировать, делать выводы.
Применение способа решения учебной задачи
А сейчас на практике мы применимсвои знания о тепловом эффекте при решении задачи. Алгоритм решения таких задач есть у вас в инструкционных листах. (Приложение№2)
Ученики по алгоритму решают задачу №2 стр.69 каждый индивидуально, затем обсуждают решение задачи в группе. Затем самый первый, решивший задачу, выходит к доске и записывает решение.
Уметь решать задачи по алгоритму.
Личностные: формированиепредставлений о своих возможностях. Регулятивные: умение организовать свою деятельность. Коммуникативные:
осуществление совместной деятельности, взаимопомощи.
Познавательные: умение записывать решение задачи в виде выражений, умение выполнять операции со знаками и символами.
Ребята, а когда вы, допустим, долго стоите на остановке, замерзните, что предпринимаете, чтобы согреться, запастись тепловой энергией?
Давайте и сейчас запасемся энергией для дальнейшей работы. Встаньте и немного попрыгайте. Садитесь.
Ученики встают и делают несколько произвольных упражнений.
Контроль за процессом и результатом
А сейчас, ребята, мы вернёмся к нашим вопросам и посмотрим, на все ли вопросы нашли ответы.
1.Каким тепловым эффектом могут сопровождаться химические реакции?
2.В каких химических реакциях тепло выделяется или поглощается?
3.Что такое тепловой эффект реакции?
4.Как называются и записываются уравнения этих реакций?
5. Для каких целей используют тепловой эффект химических реакций?
Ученики отвечают по очереди от каждой группы.
Знать ответы на поставленные вопросы.
Личностные: смыслообразование, развитие самооценки. Регулятивные: самоконтроль и самооценивание. Коммуникативные:речевые действия, служащие средством коммуникации, способствуют осознанию и усвоению отображаемого материала.Познавательные:
умение обобщать, анализировать, делать выводы.
Оценивание продвижения к цели, рефлексивный анализ деятельности
Решаем тест, для каждого задания выбираем правильный ответ. Затем взаимопроверка по критериям. (Приложение№3).
Ребята, подведем итоги урока, для этого продолжите предложения:
Д/з параграф 2, упр.3,4 стр.11
(Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман, химия 9 класс)
Ученики выполняют задания. Обмениваются листочками, проверяют и оценивают по критериям.
Ученики формулируют рефлексивные предложения.
– Сегодня на уроке я узнал…
– На уроке я понял…
– Теперь я знаю, как…
Записывают домашнее задание.
Знать и понимать формулировки определений.
Личностные: развитие Я-концепции и самооценки. Регулятивные: самоконтроль и самооценивание. Коммуникативные:формирование личностной и познавательной рефлексии. Познавательные:
умение обобщать, анализировать, делать выводы.
I . Изучение новой темы
1. Лабораторный эксперимент.
Опыт 1. Взаимодействие Mg с кислотой.
1) В пробирку с порошком магния (Mg) прилить осторожно, по каплям! 0,5 мл раствора кислоты HCl, что наблюдаете?
2) Аккуратно! потрогайте нижнюю часть пробирки.
Наблюдения и уравнение реакции записать в таблицу:Mg + HCl —>
Опыт 2. Растворение азотного удобрения в воде
1) В пробирку с белым кристаллическим веществом прилейте воду, встряхните
2) потрогайте пробирку; наблюдения запишите в соответствующую графу таблицы№1
Исходные вещества
Как проводили опыт
магний Mg и соляная кислота HCl
к порошку магния прилили
0,5 мл раствора кислоты
азотное удобрение NH4NO3 и вода H2O
к белому кристаллическому веществу прилили 2 мл воды, перемешали.
Вывод: Какой эффект вы почувствовали в ходе своих реакций? ____________________
Опыт 3. Взаимодействие соды с уксусной кислотой – реакция, которую хозяйки проводят на кухне при выпечке пирожных и тортов.
Опыт 4. Взаимодействие нитрата калия ( KNO 3 ) с водой
(Учитель с помощью датчика температуры показывает изменение значений температуры, которые выводятся на экран проектора)
Записать данные опыта с датчиком температуры, наблюдения и выводы в таблицу №2
Исходные вещества
Как проводили опыт
Начальная t 0 1
Конечная t 0 2
t 0 2 - t 0 1
Сода и уксусная кислота
К раствору соды прилили уксусную кислоту
Нитрат калия и вода
К раствору нитрата калия прилили воду
Вывод : Какой эффект вы наблюдали в ходе данных реакций?
II . Самостоятельная работа с учебником:
1.Каждый индивидуально читает и отвечает на вопросы, затем обсуждение в группах и обобщенный ответ выступающего на отдельный вопрос:
В. Каким знаком обозначается выделение ______ и поглощение _____ теплоты?
Г. Что называют тепловым эффектом реакции? _________________________________ _____________________________________________________________________________
Д. Какие уравнения называют термохимическими? _____________________________ ____________________________________________________________________________
Е. Запишите термохимическое уравнение экзотермической реакции ____________________________________________________________________________
Ж. Запишите термохимическое уравнение эндотермической реакции _____________________________________________________________________________
З. Для каких целей используют тепловой эффект химических реакций? ________________________ __________________________________________________________________________________________________
Информационная карта “Расчет теплового эффекта реакции по уравнению”
Алгоритм решения задач по термохимическому уравнению реакции
1. Кратко записать условия задачи (“дано”).
2. Записать термохимическое уравнение реакции (ТХУ), одной чертой в уравнении реакции подчеркивают то, что известно, двумя чертами подчёркивают то, что необходимо определить.
3. Провести вспомогательные вычисления (Мr, М, m).
4. Составить соотношение, используя вспомогательные вычисления и условия задачи; решить соотношение (пропорцию).
5. Записать ответ.
1. Пример задачи: Составьте термохимическое уравнение реакции, если известно, что при сгорании 2г. кальция выделяется 127 кДж теплоты.
Ответ: 2Са + О2 —> 2СаО + 5080 кДж
2. Вычислите массу разложившегося мела (СаСО3), если известно, что на его разложение затрачено 1570 кДж. И дано термохимическое уравнение реакции.
х г СаСО3 - 1570 кДж
100г СаСО3 - 157 кДж
100г : 157 кДж = х г : 1570 кДж
х = 1000г СаСО3Ответ: m (СаСО3) = 1 кг (или разложилось 1000г мела)
эндотермическая реакция это то, что должно иметь место для поглощения энергии в форме тепла или излучения из окружающей среды. Как правило, хотя и не всегда, их можно узнать по падению температуры в окружающей среде; или наоборот, они нуждаются в источнике тепла, подобном тому, который получен горящим пламенем.
Поглощение энергии или тепла - это то, что объединяет все эндотермические реакции; Природа того же самого, а также связанные с ним преобразования весьма разнообразны. Сколько тепла они должны поглощать? Ответ зависит от его термодинамики: температура, при которой реакция происходит самопроизвольно.
Например, одной из наиболее характерных эндотермических реакций является изменение состояния со льда на жидкую воду. Лед должен поглощать тепло, пока его температура не достигнет приблизительно 0ºC; при этой температуре его таяние становится самопроизвольным, и лед будет поглощать, пока он полностью не растает.
В жарких местах, например на берегах пляжа, температура выше, и поэтому лед быстрее поглощает тепло; то есть он плавится с большей скоростью. Таяние ледников является примером нежелательной эндотермической реакции.
Почему так происходит? Почему лед не может быть представлен как горячее тело? Ответ заключается в средней кинетической энергии молекул воды в обоих состояниях и в том, как они взаимодействуют друг с другом через свои водородные связи..
В жидкой воде ее молекулы имеют большую свободу движения, чем во льду, где они колеблются в своих кристаллах. Чтобы двигаться, молекулы должны поглощать энергию таким образом, что их вибрации разрушают сильные направленные водородные мосты во льду.
- 1 Характеристики эндотермической реакции
- 1,1 ΔH> 0
- 1.2 Охладите свое окружение
- 3.1 Испарение сухого льда
- 3.2 Выпечка хлеба или приготовление пищи
- 3.3 загорать
- 3.4 Реакция атмосферного азота и образования озона
- 3.5 Электролиз воды
- 3.6 Фотосинтез
- 3.7 Растворы некоторых солей
- 3.8. Термические разложения.
- 3.9 Хлорид аммония в воде
- 3.10 Триосульфат натрия
- 3.11 Автомобильные двигатели
- 3.12 кипящие жидкости
- 3.13 Приготовление яйца
- 3.14 Приготовление пищи
- 3.15 Подогрев пищи в микроволновке
- 3.16 Литье стекла
- 3.17 Расход свечи
- 3.18 Чистка горячей водой
- 3.19 Тепловая стерилизация продуктов питания и других предметов
- 3.20 Борьба с инфекциями с лихорадкой
- 3.21 Испарение воды
Характеристики эндотермической реакции
Изменение состояния не является химической реакцией; однако происходит то же самое: продукт (жидкая вода) имеет больше энергии, чем реагент (лед). Это главная характеристика реакции или эндотермического процесса: продукты более энергичны, чем реагенты.
Хотя это правда, это не значит, что продукты обязательно должны быть нестабильными. В этом случае эндотермическая реакция перестает быть самопроизвольной при всех условиях температуры или давления.
Рассмотрим следующее химическое уравнение:
Где Q представляет тепло, обычно выражаемое в единицах джоуля (Дж) или калорий (кал). Поскольку А поглощает тепло Q для превращения в В, тогда говорят, что это эндотермическая реакция. Таким образом, B имеет больше энергии, чем A, и должен поглощать достаточно энергии для достижения своего преобразования.
![]()
Как видно на диаграмме выше, A имеет меньше энергии, чем B. Количество тепла Q, которое поглощает A, таково, что оно преодолевает энергию активации (энергию, необходимую для достижения фиолетового верха с пунктирной крышей). Разность энергий между A и B - это то, что известно как энтальпия реакции, ΔH.
ΔH> 0
Все эндотермические реакции имеют общую предыдущую диаграмму, поскольку продукты более энергичны, чем реагенты. Следовательно, разность энергий между ними, ΔH, всегда положительна (Hпродукт-Hреагент > 0). Когда это правда, должно быть поглощение тепла или энергии из окружающей среды, чтобы удовлетворить эту энергетическую потребность.
И как такие выражения интерпретируются? В химической реакции связи всегда нарушаются, чтобы создать других. Чтобы сломать их, необходимо поглощение энергии; это эндотермический пассаж. Между тем, формирование связей подразумевает стабильность, поэтому это экзотермический шаг.
Когда образовавшиеся связи не обеспечивают стабильность, сравнимую с количеством энергии, необходимой для разрыва старых связей, это эндотермическая реакция. Вот почему необходима дополнительная энергия, чтобы способствовать разрыву наиболее стабильных связей в реагентах..
С другой стороны, в экзотермических реакциях происходит обратное: выделяется тепло, а ΔH cC + dD
Где А и В являются реагентами, а С и D - продуктами. Строчные буквы (a, b, c и d) являются стехиометрическими коэффициентами. Для расчета ΔH этой общей реакции применяется следующее математическое выражение:
Вы можете продолжить напрямую или сделать расчеты отдельно. Для ΔHпроизводить следующая сумма должна быть рассчитана:
Где ΔHF это энтальпия образования каждого вещества, участвующего в реакции. По общему правилу вещества в их наиболее стабильных формах имеют ΔHF= 0 Например, молекулы О2 и H2, или твердый металл, они имеют ΔHF= 0.
Тот же самый расчет теперь сделан для реагентов, ΔHреагенты:
Но, как видно из уравнения, ΔHреагенты должен быть вычтен из ΔHпроизводить, тогда предыдущая сумма должна быть умножена на -1. Итак, у вас есть:
Если результатом этого расчета является положительное число, то это эндотермическая реакция. И если это отрицательно, это экзотермическая реакция.
Примеры распространенных эндотермических реакций
Испарение сухого льда
![]()
Помимо нескольких видов мороженого, эти пары, отделенные от твердого белого цвета, называемого сухим льдом, также были частью сценариев создания эффекта дымки. Этот сухой лед - не что иное как твердый углекислый газ, который поглощает температуру и прежде, чем внешнее давление начинает сублимировать.
Эксперимент для детской аудитории состоял бы в том, чтобы наполнить и запечатать мешок сухим льдом. Через некоторое время он будет раздуваться из-за СО2 газообразный, создающий работу или прижимающий внутренние стенки мешка к атмосферному давлению.
Выпечка хлеба или приготовление пищи
![]()
Выпекание хлеба является примером химической реакции, так как в настоящее время происходят химические изменения из-за жары. Тот, кто пахнет ароматом свежеиспеченного хлеба, знает, что происходит эндотермическая реакция.
Тесто и все его ингредиенты нуждаются в тепле духовки, чтобы осуществить все преобразования, которые необходимы, чтобы стать хлебом и продемонстрировать его типичные характеристики..
Помимо хлеба на кухне полно примеров эндотермических реакций. Кто готовит, имеет дело с ними ежедневно. Приготовление пасты, размягчение зерна, разогрев зерна кукурузы, выпечка яиц, приправа мяса, выпечка торта, приготовление чая, разогрев бутербродов; каждая из этих активностей является эндотермическими реакциями.
Загорать
![]()
Какими бы простыми и распространенными они ни казались, солнечные ванны, которые принимают некоторые рептилии, такие как черепахи и крокодилы, попадают в категорию эндотермических реакций. Черепахи поглощают тепло солнца, чтобы регулировать температуру своего организма..
Без солнца они сохраняют тепло воды, чтобы сохранять тепло; что в итоге охлаждает воду в ваших аквариумах или аквариумах.
Реакция образования атмосферного азота и озона
![]()
Воздух в основном состоит из азота и кислорода. Во время грозы выделяется энергия, которая может разрушить прочные связи, которые удерживают атомы азота вместе в N-молекуле.2:
С другой стороны, кислород может поглощать ультрафиолетовое излучение, превращаясь в озон; аллотроп кислорода, который очень полезен в стратосфере, но вреден для жизни на уровне земли. Реакция такова:
Где V означает ультрафиолетовое излучение. Механизм этого простого уравнения очень сложен.
Вода электролизная
Электролиз использует электрическую энергию для разделения молекулы на ее элементы или формирования молекул. Например, при электролизе воды образуются два газа: водород и кислород, каждый в разных электродах:
Также хлорид натрия может страдать от этой же реакции:
На одном электроде вы увидите образование металлического натрия, а на другом - зеленоватые пузырьки хлора.
фотосинтез
![]()
Растения и деревья должны поглощать солнечный свет в качестве источника энергии для синтеза своих биоматериалов. Для этого он использует CO в качестве сырья2 и вода, которая в результате длинной серии этапов превращается в глюкозу и другие сахара. Кроме того, образуется кислород, который выделяется из листьев.
Растворы некоторых солей
Если хлорид натрия растворяется в воде, заметных изменений внешней температуры сосуда или контейнера не будет..
Некоторые соли, такие как хлорид кальция, CaCl2, повышение температуры воды как продукта большой гидратации ионов Ca 2+ . И другие соли, такие как нитрат или хлорид аммония, NH4НЕТ3 и NH4Cl, понизить температуру воды и охладить ее окрестности.
В классных комнатах обычно проводят домашние эксперименты, растворяя некоторые из этих солей, чтобы продемонстрировать, что является эндотермической реакцией..
Снижение температуры происходит из-за гидратации ионов NH4 + он не благоприятствует растворению кристаллических структур его солей. Следовательно, соли поглощают тепло из воды, что позволяет сольватировать ионы.
Другой химической реакцией, которая обычно очень часто демонстрирует это, является следующее:
Обратите внимание на количество образовавшейся воды. Смешивая оба твердых вещества, получают водный раствор Ba (NO3)2, с запахом аммиака и с таким перепадом температуры, что буквально замерзает внешняя поверхность контейнера.
Термические разложения
Одним из наиболее распространенных термических разложений является бикарбонат натрия, NaHCO3, производить CO2 и вода при нагревании. Многие твердые вещества, включая карбонаты, имеют тенденцию разлагаться с выделением СО2 и соответствующий оксид. Например, разложение карбоната кальция происходит следующим образом:
То же самое происходит с карбонатами магния, стронция и бария.
Важно отметить, что термическое разложение отличается от горения. В первом случае нет воспламенения или выделяется тепло, а во втором да; то есть сгорание является экзотермической реакцией, даже если для этого требуется самопроизвольный источник тепла, который должен происходить или происходить самопроизвольно.
Хлорид аммония в воде
Когда небольшое количество хлорида аммония (NH4Cl) растворяется в воде в пробирке, пробирка становится холоднее, чем раньше. Во время этой химической реакции тепло поглощается из окружающей среды..
Триосульфат натрия
Когда кристаллы тиосульфата натрия (Na2S2О3.5H2О), обычно называемый гипо, растворяется в воде, возникает охлаждающий эффект.
Автомобильные двигатели
Сжигание бензина или дизеля в двигателях легковых, грузовых автомобилей, тракторов или автобусов производит механическую энергию, которая используется в обороте этих транспортных средств..
Кипящие жидкости
Помещая жидкость в тепло, она набирает энергию и переходит в газообразное состояние.
Готовим яйцо
При нагревании яичные белки денатурируются, образуя твердую структуру, которая обычно проглатывается.
Приготовление пищи
В общем, всегда при приготовлении пищи с использованием тепла, чтобы изменить свойства пищи, происходят эндотермические реакции.
Эти реакции - то, что заставляет пищу становиться более мягкой, генерировать податливые массы, выпустить компоненты, которые они содержат, среди прочего.
Подогрев пищи в микроволновке
Под действием микроволнового излучения молекулы воды в пище поглощают энергию, начинают вибрировать и повышают температуру пищи..
Формованное стекло
Поглощение тепла стеклом делает их соединения более гибкими, облегчая изменение их формы.
Расход свечи
Воск свечи тает, поглощая тепло пламени, изменяя свою форму..
Чистка горячей водой
При использовании горячей воды для очистки объектов, загрязненных смазкой, таких как кастрюли или одежда, смазка становится более жидкой и ее легче удалить.
Тепловая стерилизация продуктов питания и других предметов
При нагревании предметов или пищи содержащиеся в них микроорганизмы также повышают свою температуру.
Когда подается много тепла, происходят реакции внутри микробных клеток. Многие из этих реакций, такие как разрыв связей или денатурация белка, в конечном итоге убивают микроорганизмы.
Борьба с инфекциями с лихорадкой
Когда лихорадка проявляется, это происходит потому, что организм производит необходимое тепло, чтобы убить бактерии и вирусы, которые вызывают инфекции и вызывают заболевания.
Если выделяемое тепло высокое, а температура высокая, клетки организма также поражаются и существует риск смерти.
Испарение воды
Когда вода испаряется и превращается в пар, это происходит из-за тепла, которое она получает от окружающей среды. По мере того как тепловая энергия поступает в каждую молекулу воды, ее вибрационная энергия возрастает до такой степени, что она может свободно перемещаться, создавая пары.
Кроме экзотермических реакций возможны реакции, при протекании которых теплота поглощается, и, если ее не подводить, то реакционная система охлаждается. Такие реакции называют эндотермическими .
Эндотермическая реакция – химическая реакция, при которой происходит поглощение теплоты.
Тепловой эффект таких реакций отрицательный. Например:
Таким образом, энергия, выделяющаяся при образовании связей в продуктах этих и им подобных реакций, меньше, чем энергия, необходимая для разрыва связей в исходных веществах.
Что же является причиной протекания таких реакций, ведь энергетически они невыгодны?
Раз такие реакции возможны, значит существует какой-то неизвестный нам фактор, являющийся причиной их протекания. Попробуем его обнаружить.
Возьмем две колбы и заполним одну из них азотом (бесцветный газ), а другую – диоксидом азота (бурый газ) так, чтобы и давление, и температура в колбах были одинаковыми. Известно, что эти вещества между собой не вступают в химическую реакцию. Герметично соединим колбы горлышками и установим их вертикально, так, чтобы колба с более тяжелым диоксидом азота была внизу (рис. 9.1). Через некоторое время мы увидим, что бурый диоксид азота постепенно распространяется в верхнюю колбу, а бесцветный азот проникает в нижнюю. В результате газы смешиваются, и окраска содержимого колб становится одинаковой.
Что же заставляет газы смешиваться?
Хаотическое тепловое движение молекул.
Приведенный опыт показывает, что самопроизвольно, без какого бы то ни было нашего (внешнего) воздействия может протекать процесс, тепловой эффект которого равен нулю. А он действительно равен нулю, потому что химического взаимодействия в данном случае нет (химические связи не рвутся и не образуются), а межмолекулярное взаимодействие в газах ничтожно и практически одинаково.
Наблюдаемое явление представляет собой частный случай проявления всеобщего закона Природы, в соответствии с которым системы, состоящие из большого числа частиц, всегда стремятся к наибольшей неупорядоченности.
Мерой такой неупорядоченности служит физическая величина, называемая энтропией.
Энтропия – физическая величина, характеризующая степень неупорядоченности систем, состоящих из большого числа частиц, находящихся в тепловом движении.
чем БОЛЬШЕ ПОРЯДКА – тем МЕНЬШЕ ЭНТРОПИЯ,
чем МЕНЬШЕ ПОРЯДКА – тем БОЛЬШЕ ЭНТРОПИЯ.
Уравнения связи между энтропией (S) и другими величинами изучаются в курсах физики и физической химии. Единица измерений энтропии [S] = 1 Дж/К.
Энтропия возрастает при нагревании вещества и уменьшается при его охлаждении. Особенно сильно она возрастает при переходе вещества из твердого в жидкое и из жидкого в газообразное состояние.
Что же произошло в нашем опыте?
При смешении двух разных газов степень неупорядоченности возросла. Следовательно, возросла энтропия системы. При нулевом тепловом эффекте это и послужило причиной самопроизвольного протекания процесса.
Если теперь мы захотим разделить смешавшиеся газы, то нам придется совершить работу, то есть затратить для этого энергию. Самопроизвольно (за счет теплового движения) смешавшиеся газы никогда не разделятся!
Итак, мы с вами обнаружили два фактора, определяющих возможность протекания многих процессов, в том числе и химических реакций:
1) стремление системы к минимуму энергии (энергетический фактор) и
2) стремление системы к максимуму энтропии (энтропийный фактор).
Посмотрим теперь, как влияют на возможность протекания химических реакций различные комбинации этих двух факторов.
1. Если в результате предполагаемой реакции энергия продуктов реакции оказывается меньше, чем энергия исходных веществ, а энтропия больше (" под гору к большему беспорядку" ), то такая реакция может протекать и будет экзотермической.
2. Если в результате предполагаемой реакции энергия продуктов реакции оказывается больше, чем энергия исходных веществ, а энтропия меньше (" в гору к большему порядку" ), то такая реакция не идет.
3. Если в предполагаемой реакции энергетический и энтропийный факторы действуют в разные стороны (" под гору, но к большему порядку" или " в гору, но к большему беспорядку" ), то без специальных расчетов сказать что-либо о возможности протекания такой реакции нельзя (" кто перетянет" ). Подумайте, к какому из этих случаев относятся эндотермические реакции.
Возможность протекания химической реакции можно оценить, рассчитав изменение в ходе реакции физической величины, зависящей как от изменения энтальпии, так и от изменения энтропии в этой реакции. Такая физическая величина называется энергией Гиббса (в честь американского физикохимика XIX в. Джозайя Уилларда Гиббса).
Δ G = Δ H – T Δ S
Условие самопроизвольного протекания реакции:
При низких температурах фактором, определяющим возможность протекания реакции в большей степени является энергетический фактор, а при высокой – энтропийный. Из приведенного уравнения, в частности, видно, почему не протекающие при комнатной температуре реакции разложения (энтропия увеличивается) начинают идти при повышенной температуре.
ЭНДОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ, ЭНТРОПИЯ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКТОР, ЭНТРОПИЙНЫЙ ФАКТОР, ЭНЕРГИЯ ГИББСА.
1.Приведите примеры известных вам эндотермических процессов.
2.Почему энтропия кристалла хлорида натрия меньше, чем энтропия расплава, полученного из этого кристалла?
3.Тепловой эффект реакции восстановления меди из ее оксида углем
составляет –46 кДж. Запишите термохимическое уравнение и рассчитайте, какую энергию нужно затратить для получения 1 кг меди по такой реакции.
4.При прокаливании карбоната кальция было затрачено 300 кДж теплоты. При этом по реакции
образовалось 24,6 л углекислого газа. Определите, какое количество теплоты было израсходовано бесполезно. Сколько граммов оксида кальция при этом образовалось?
5.При прокаливании нитрата магния образуется оксид магния, газообразный диоксид азота и кислород. Тепловой эффект реакции равен –510 кДж. Составьте термохимическое уравнение и определите, какое количество теплоты поглотилось, если выделилось 4,48 л кислорода. Какова масса разложившегося нитрата магния?
Читайте также:
