Номер 3, страница 81, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Приведите примеры экзотермических и эндотермических реакций. Напишите уравнения соответствующих реакций и дайте пояснение.

Решение

Химические реакции, в зависимости от их теплового эффекта (изменения энтальпии), делятся на два основных типа: экзотермические и эндотермические.

Экзотермические реакции

Это реакции, которые протекают с выделением теплоты в окружающую среду. Тепловой эффект таких реакций ($\text{Q}$) положителен ($Q > 0$), а изменение энтальпии системы ($\Delta H$) — отрицательно ($\Delta H < 0$). Это происходит потому, что внутренняя энергия продуктов реакции меньше внутренней энергии исходных реагентов.

Пример 1: Горение метана

Горение природного газа (основной компонент — метан) — это яркий пример экзотермической реакции, которую мы ежедневно используем для отопления и приготовления пищи. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла и света.

Уравнение реакции с указанием теплового эффекта: $CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г) + Q$

Термохимическое уравнение с указанием изменения энтальпии: $CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г)$; $\Delta H = -802 \text{ кДж/моль}$

Пояснение: В ходе реакции происходит разрыв менее прочных связей в молекулах метана и кислорода и образование новых, более прочных связей в молекулах углекислого газа и воды. Энергия, выделяющаяся при образовании новых связей, превышает энергию, затраченную на разрыв старых. Этот избыток энергии выделяется в окружающую среду.

Пример 2: Реакция нейтрализации

Реакция между сильной кислотой (например, соляной кислотой, $HCl$) и сильным основанием (например, гидроксидом натрия, $NaOH$) всегда экзотермична. При смешивании их растворов можно зафиксировать повышение температуры.

Уравнение реакции: $HCl(р-р) + NaOH(р-р) \rightarrow NaCl(р-р) + H_2O(ж) + Q$

Пояснение: Ключевой процесс в этой реакции — это соединение ионов водорода $H^+$ и гидроксид-ионов $OH^-$ с образованием молекулы воды ($H_2O$). Этот процесс сопровождается значительным выделением энергии.

Ответ: Экзотермические реакции — это реакции, идущие с выделением тепла. Примеры: горение метана ($CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2o + Q$) и реакция нейтрализации ($HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2o + Q$).

Эндотермические реакции

Это реакции, которые протекают с поглощением теплоты из окружающей среды. Тепловой эффект таких реакций ($\text{Q}$) отрицателен ($Q < 0$), а изменение энтальпии системы ($\Delta H$) — положительно ($\Delta H > 0$). Для протекания таких реакций требуется постоянный подвод энергии извне (например, нагревание). Внутренняя энергия продуктов реакции оказывается выше, чем у реагентов.

Пример 1: Разложение карбоната кальция

Термическое разложение известняка (карбоната кальция $CaCO_3$) является промышленным способом получения негашеной извести ($CaO$) и требует сильного нагревания.

Уравнение реакции с указанием теплового эффекта: $CaCO_3(тв) \xrightarrow{t^\circ} CaO(тв) + CO_2(г) - Q$

Термохимическое уравнение: $CaCO_3(тв) \rightarrow CaO(тв) + CO_2(г)$; $\Delta H = +178 \text{ кДж/моль}$

Пояснение: Чтобы разрушить прочную кристаллическую решетку карбоната кальция, необходимо затратить значительное количество энергии. Эта энергия поглощается извне в виде тепла. Реакция самопроизвольно прекращается, если остановить нагревание.

Пример 2: Синтез оксида азота(II)

Образование оксида азота(II) из азота и кислорода происходит при очень высоких температурах (например, в электрическом разряде молнии).

Уравнение реакции: $N_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2NO(г) - Q$

Термохимическое уравнение: $N_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2NO(г)$; $\Delta H = +180 \text{ кДж/моль}$

Пояснение: Молекула азота ($N_2$) содержит очень прочную тройную связь, для разрыва которой требуется большое количество энергии. Эта энергия поглощается из окружающей среды, делая реакцию эндотермической.

Ответ: Эндотермические реакции — это реакции, идущие с поглощением тепла. Примеры: разложение карбоната кальция при нагревании ($CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Cao + CO_2 - Q$) и синтез оксида азота(II) из простых веществ ($N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2No - Q$).