Номер 6, страница 268 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 57. Тепловые эффекты химических реакций. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 6, страница 268.

Условие.

6. Объясните, почему почти все соединения кислорода — экзотермические.

Решение.

Решение 2.

Экзотермическими называются реакции, протекающие с выделением теплоты. С точки зрения химии, это означает, что энергия, выделяющаяся при образовании новых химических связей в продуктах реакции, превышает энергию, затраченную на разрыв связей в исходных веществах (реагентах). Тепловой эффект реакции, или изменение энтальпии $\Delta H$, в этом случае имеет отрицательное значение ($\Delta H < 0$).

Процесс образования соединений кислорода (реакции окисления) в подавляющем большинстве случаев является экзотермическим по двум основным причинам, связанным со свойствами самого кислорода.

1. Высокая электроотрицательность. Кислород является вторым по электроотрицательности элементом в периодической системе после фтора. Это означает, что его атомы очень сильно притягивают электроны, образуя чрезвычайно прочные химические связи с атомами большинства других элементов. Это могут быть ионные связи в оксидах активных металлов (например, $Na_2O$) или полярные ковалентные связи в оксидах неметаллов (например, $CO_2$, $SO_2$). Образование таких прочных связей всегда сопровождается выделением большого количества энергии.

2. Энергетический баланс реакции. Любая реакция с кислородом начинается с разрыва связей в исходных веществах: двойной связи в молекуле кислорода $O=O$ (энергия связи $\approx$ 498 кДж/моль) и связей в молекулах другого вещества. Хотя на разрыв связи в молекуле кислорода требуется значительная энергия, суммарная энергия, которая выделяется при образовании новых, гораздо более прочных связей в молекулах оксидов, как правило, с избытком перекрывает все энергетические затраты. В результате общий энергетический баланс реакции оказывается отрицательным ($\Delta H < 0$), что и означает выделение тепла.

Например, в реакции горения водорода ($2H_2 + O_2 \to 2H_2O$) разрываются связи H-H и O=O, но образуются очень прочные связи O-H в молекулах воды. Выигрыш в энергии оказывается существенным, что делает реакцию сильно экзотермической.

Слово «почти» в вопросе используется потому, что существуют исключения. Образование некоторых оксидов является эндотермическим процессом (протекает с поглощением тепла, $\Delta H > 0$). К таким соединениям относятся, например:

• Оксиды галогенов (кроме фторидов кислорода), например, $Cl_2O_7$, $I_2O_5$.
• Оксиды некоторых благородных металлов (золота, платины, ртути).
• Некоторые оксиды азота ($N_2O$, $NO$). Это связано с чрезвычайно прочной тройной связью в молекуле азота $N \equiv N$, на разрыв которой требуется колоссальное количество энергии (945 кДж/моль), которое не компенсируется энергией образования связей $N-O$.

Ответ: Почти все реакции образования соединений кислорода являются экзотермическими, поскольку кислород — очень электроотрицательный элемент, который образует чрезвычайно прочные химические связи с большинством других элементов. Энергия, выделяющаяся при образовании этих прочных связей в оксидах, как правило, значительно превышает энергию, необходимую для разрыва связей в исходных молекулах кислорода и другого реагента, что приводит к общему выделению тепла.