Номер 1, страница 288 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.1. От чего зависит теплота реакции? От чего она не зависит?

11.1. От чего зависит теплота реакции? От чего она не зависит?

Теплота реакции, также известная как тепловой эффект или изменение энтальпии реакции ($ \Delta H $), — это количество теплоты, которое выделяется (экзотермическая реакция, $ \Delta H < 0 $) или поглощается (эндотермическая реакция, $ \Delta H > 0 $) в ходе химического превращения. Эта величина зависит от ряда факторов и, в то же время, не зависит от других.

Факторы, от которых зависит теплота реакции:

• Природа реагентов и продуктов. Тепловой эффект является прямым следствием разницы между энергией, затрачиваемой на разрыв химических связей в молекулах реагентов, и энергией, выделяющейся при образовании новых связей в молекулах продуктов. Поскольку разные химические вещества имеют разную внутреннюю энергию и, соответственно, разную энтальпию образования, теплота реакции будет уникальной для каждой конкретной реакции.
• Агрегатное состояние (фаза) реагентов и продуктов. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое (например, испарение, конденсация, плавление) сопровождается поглощением или выделением тепла (теплота фазового перехода). Поэтому теплота реакции будет разной в зависимости от того, в каком состоянии — твердом, жидком или газообразном — находятся участники реакции.
  Например, при сгорании водорода с образованием жидкой воды выделяется больше тепла, чем при образовании водяного пара, так как в первом случае дополнительно выделяется теплота конденсации пара:
  $ \text{H}_2(г) + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) = \text{H}_2\text{O}(ж); \quad \Delta H_{298}^o = -285,8 \text{ кДж/моль} $
  $ \text{H}_2(г) + \frac{1}{2}\text{O}_2(г) = \text{H}_2\text{O}(г); \quad \Delta H_{298}^o = -241,8 \text{ кДж/моль} $
• Количество вещества. Теплота реакции — это экстенсивная величина, то есть она прямо пропорциональна количеству (массе, объему, числу молей) прореагировавших веществ. В термохимических уравнениях тепловой эффект обычно указывают для мольных количеств веществ, соответствующих стехиометрическим коэффициентам.
• Условия проведения реакции (температура и давление).
  • Температура: Зависимость теплового эффекта от температуры описывается законом Кирхгофа. Изменение энтальпии реакции при изменении температуры связано с разностью молярных теплоемкостей продуктов и реагентов: $ \frac{d(\Delta H)}{dT} = \Delta C_p $. Если суммарная теплоемкость продуктов отличается от суммарной теплоемкости реагентов ($ \Delta C_p \neq 0 $), то теплота реакции будет зависеть от температуры.
  • Давление: Давление оказывает существенное влияние на теплоту реакций, протекающих с изменением объема, что особенно характерно для реакций с участием газов. Для реакций в конденсированных фазах (жидкой и твердой) влияние давления, как правило, пренебрежимо мало. Стандартные тепловые эффекты реакций указываются для стандартного давления (обычно 1 бар или 1 атм).

Факторы, от которых НЕ зависит теплота реакции:

Ключевым принципом здесь является закон Гесса, который является следствием первого начала термодинамики. Он гласит, что тепловой эффект химической реакции определяется только начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода между этими состояниями. Это справедливо, так как энтальпия является функцией состояния.

• Путь протекания реакции (промежуточные стадии). Согласно закону Гесса, не имеет значения, протекает ли реакция напрямую в одну стадию или через несколько последовательных промежуточных стадий. Суммарное изменение энтальпии для всего процесса будет одинаковым.
• Наличие катализатора. Катализатор увеличивает скорость химической реакции (как прямой, так и обратной), предоставляя альтернативный механизм с более низкой энергией активации. Однако катализатор не изменяет ни энтальпию исходных реагентов, ни энтальпию конечных продуктов. Он участвует в промежуточных стадиях, но в конце реакции регенерируется, поэтому он не влияет на общий тепловой эффект реакции ($ \Delta H $).

Ответ: Теплота реакции зависит от природы (химического строения) и агрегатного состояния реагентов и продуктов, от их количества, а также от внешних условий — температуры и давления. Теплота реакции не зависит от пути ее протекания (т.е. от промежуточных стадий) и от присутствия катализатора.