Все формулы РФ

Химия / Базовые химические расчеты

Тепловой эффект реакции по количеству вещества

Тепловой эффект для заданного количества вещества находят умножением количества вещества на модуль молярного теплового эффекта реакции.

Опубликовано: Обновлено:

Школьная программаОГЭЕГЭБазовые химические расчетыКалькуляторЕсть историческая справка

Формула

$$Q=n\cdot |\Delta H_{\text{на 1 моль}}|$$
Схема энергии Теплота пропорциональна молям

Стрелка показывает, что увеличение количества вещества увеличивает модуль теплового эффекта.

Для той же реакции тепловой эффект масштабируется вместе с количеством вещества.

Обозначения

$Q$
количество теплоты, выделившейся или поглощенной в расчете, кДж
$n$
количество вещества реагента или продукта, к которому отнесен тепловой эффект, моль
$\Delta H$
молярный тепловой эффект или энтальпия реакции, кДж/моль

Условия применения

  • Нужно ясно указать, к какому веществу и какому коэффициенту уравнения относится заданный тепловой эффект.
  • Количество вещества должно быть выражено в молях.
  • Знак теплового эффекта учитывают по смыслу: при экзотермической реакции теплота выделяется, при эндотермической поглощается.

Ограничения

  • Формула не заменяет закон Гесса, если тепловой эффект нужно получить из нескольких реакций.
  • Если ΔH дано для всего термохимического уравнения, его сначала пересчитывают на фактическое количество вещества по коэффициентам.
  • Практические тепловые потери, теплоемкость посуды и неполное протекание реакции в школьной формуле обычно не учитываются.

Подробное объяснение

Тепловой эффект реакции пропорционален количеству вещества, если условия реакции и состав продуктов остаются теми же. Если один моль вещества выделяет определенное количество теплоты, половина моля выделит вдвое меньше, а два моля - вдвое больше.

В термохимии знак имеет физический смысл. Для экзотермической реакции энтальпия реакции отрицательна, потому что система отдает тепло окружающей среде. В школьных задачах часто спрашивают модуль теплоты, поэтому в ответе пишут, сколько кДж выделилось или поглотилось.

Главная сложность - понять, к чему отнесено ΔH. Иногда оно дано на один моль вещества, иногда на реакцию в том виде, как она записана. Если коэффициенты уравнения умножить на два, тепловой эффект тоже умножится на два. Поэтому термохимическое уравнение нельзя рассматривать отдельно от коэффициентов.

От выхода реакции эта формула отличается тем, что считает энергию, а не массу продукта. От газовых и растворных формул она отличается единицами: здесь работают кДж и моли, а не литры газа или граммы раствора.

Как пользоваться формулой

  1. Определите, на какое вещество или уравнение дан тепловой эффект.
  2. Найдите количество вещества этого вещества в молях.
  3. Проверьте единицы теплового эффекта: кДж/моль или кДж на уравнение.
  4. Умножьте количество вещества на соответствующий тепловой эффект.
  5. Запишите, теплота выделяется или поглощается, сохраняя смысл знака ΔH.

Историческая справка

Термохимия развивалась на стыке химии и теплотехники. В XIX веке химики начали систематически измерять тепловые эффекты реакций с помощью калориметров и связывать их с составом веществ. Закон Гесса показал, что тепловой эффект зависит от начального и конечного состояния, а не от пути реакции, что сделало возможными расчетные схемы для сложных процессов. В школьных задачах простая пропорция Q = n|ΔH| отражает один из самых практичных выводов термохимии: энергия реакции масштабируется с количеством прореагировавшего вещества. Эта связь важна для горения топлива, нейтрализации кислот и щелочей, получения материалов и оценки энергетических процессов.

Пример

При сгорании 1 моль метана выделяется примерно 890 кДж теплоты. Найдем теплоту при сгорании 0,25 моль CH4. Так как тепловой эффект дан на 1 моль метана, Q = 0,25 * 890 = 222,5 кДж. Реакция экзотермическая, поэтому можно записать: выделится 222,5 кДж. Если бы в условии было сказано, что -890 кДж относится к уравнению CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O, то это то же самое для 1 моль CH4. Но если тепловой эффект дан для уравнения с коэффициентом 2 перед веществом, нужно пересчитать пропорцию по коэффициенту. Дополнительная проверка результата состоит в том, чтобы вернуть найденную величину в исходную формулу и убедиться, что единицы сокращаются именно так, как требует химический смысл задачи.

Частая ошибка

Частая ошибка - потерять знак: отрицательное ΔH обычно означает выделение теплоты, а положительное - поглощение. Вторая ошибка - не заметить, на какое количество вещества записано термохимическое уравнение. Третья ошибка - использовать массу вещества напрямую вместо количества вещества; сначала массу переводят в моли через n = m/M. Также нельзя смешивать кДж и Дж без перевода.

Практика

Задачи с решением

Сгорание метана

Условие. При сгорании 1 моль CH4 выделяется 890 кДж. Сколько выделится при 2 моль?

Решение. Q = 2 * 890 = 1780 кДж, реакция экзотермическая.

Ответ. выделится 1780 кДж

Половина моля

Условие. Реакция поглощает 120 кДж на 1 моль вещества. Сколько теплоты поглотится для 0,5 моль?

Решение. Q = 0,5 * 120 = 60 кДж.

Ответ. поглотится 60 кДж

По массе вещества

Условие. При сгорании 1 моль C выделяется 394 кДж. Сколько теплоты выделится при сгорании 6 г C?

Решение. n(C)=6/12=0,5 моль. Q=0,5*394=197 кДж.

Ответ. выделится 197 кДж

Калькулятор

Посчитать по формуле

Введите значения и нажмите «Рассчитать».

Дополнительные источники

  • OpenStax Chemistry 2e: Thermochemistry
  • Chemistry LibreTexts: Enthalpy and Thermochemical Equations
  • IUPAC Gold Book: enthalpy of reaction

Связанные формулы