Презентация Microsoft PowerPoint. Задача Миф о холоде
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
Задача 6. Миф о холоде. Почти всегда людям было важнее согреться, чем охладиться. Это нашло своё отражение в фольклоре: мифов про огонь намного больше, чем про снег или холод, и они встречаются у народов всех континентов. Неожиданным образом это перекликается с предметом химии: большинство самопроизвольных реакций, которые можно показать в школьной лаборатории – экзотермические. Эндотермические реакции встречаются значительно реже, и продемонстрировать их сложнее. Предложите несколько (не менее 3) эндотермических реакций, которые можно было бы показать в школьных условиях. Укажите, как вы планируете подтвердить их эндотермичность, при этом учтя, что такое подтверждение должно быть как можно более наглядным. ТЕРМИНЫ Экзотермическая реакция - химическая реакция, при которой происходит выделение теплоты( +Q) Эндотермические реакции- химическая реакция, в результате которых происходит поглощение теплоты (-Q). Тепловой эффект, или просто теплота реакции -это количество теплоты, выделившееся или поглощенное при протекании химической реакции. Тепловой эффект показывает разницу между внутренней энергией исходных веществ и продуктов реакции. Тепловой эффект обозначают символом Q ; его измеряют в кДж или ккал Тепловые эффекты реакций изучает специальный раздел химии — термохимия. Энтальпия — физическая величина, характеризующая энергию системы (вещества или смеси), которая доступна для преобразования в теплоту при постоянном давлении. ТЕРМИНЫ Энтальпия:
В каждом веществе запасено определенное количество энергии. Это -внутренняя энергия (U), которая складывается из кинетической энергии движения атомов, молекул, ионов; из энергии их взаимного притяжения и отталкивания; из энергии, связанной с движением электронов в атоме, их притяжением к ядру, взаимным отталкиванием электронов и ядер, а также внутриядерной энергии. При химических реакциях одни химические связи разрушаются, а другие образуются; при этом изменяется электронное состояние атомов, их взаимоположение, а потому и внутренняя энергия продуктов реакции отличается от внутренней энергии реагентов. ЧТО ПРОИСХОДИТ Абсолютную величину внутренней энергии определить невозможно, но в этом нет необходимости, т.к. в практической деятельности важно знать изменение внутренней энергии при переходе систем из одного состояния в другое. C внутренней энергией связано понятие энтальпии. Энтальпией(H) называется сумма внутренней энергии и произведения давления на объем: H = U + p·V, где U –внутренняя энергия, p- давление, V- объем. Абсолютная величина энтальпии, как и внутренней энергии, не может быть определена. В практических расчетах пользуются изменением этих величин: Внутренняя энергия и энтальпия связаны с тепловым эффектом реакции (Q). Эта взаимосвязь вытекает из первого закона термодинамики, который является законом сохранения энергии в применении к тепловым явлениям. Закон сохранения энергии- энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а только переходит из одной формы в другую. Большинство химических реакций протекают при постоянных давлении и массе, поэтому тепловой эффект химических реакций обычно отождествляется с её энтальпией. Для эндотермических процессов энтальпия имеет положительный знак +, а для экзотермических реакций энтальпия имеет отрицательный знак -. ЧТО ПРОИСХОДИТ ЧТО ПРОИСХОДИТ При эндотермических реакциях образуются вещества с более высоким энергетическим уровнем, чем энергетический уровень реагирующих веществ, т.е. их внутренняя энергия увеличивается. Поэтому для образования требуется дополнительная энергия из окружающей среды. Когда химические связи разрываются, энергия поглощается (извлекается извне), чтобы перевести электрон в более высокое энергетическое состояние, тем самым позволяя электрону связываться с другим атомом с образованием другого химического комплекса. Потеря энергии из раствора (окружающей среды) поглощается реакцией в виде тепла. Например: это может быть нагревание при химической реакции. Эндотермические реакции: -происходят с поглощением теплоты; -останавливаются при прекращении подогрева; -реакционная смесь в процессе реакции охлаждается. К таким реакциям наиболее часто относятся реакции разложения карбоната кальция. Чтобы началось разложение кальций карбоната, его необходимо нагреть до температуры около 1100 °С и постоянно ее поддерживать. СаСО3= СаО +СО2 Диаграмма изменения внутренней энергии веществ при разложении карбоната кальция Однако не все реакции разложения являются эндотермическими. Ядерное деление, ядерный синтез, разложение дихромата аммония являются экзотермическими реакциями. Для эндотермических реакций изменения энтальпии и внутренней энергии имеют положительные значения, таким образом, продукты реакции содержат больше энергии, чем исходные компоненты: U реагентов меньше U продуктов. Исходя из закона сохранения энергии, следует предположить, что исходные вещества при таких процессах должны поглощать энергию из окружающей среды, температура реагирующей системы должна понижаться. К эндотермическим реакциям относятся реакции
ЧТО ПРОИСХОДИТ Эндотермические процессы широко распространены: - Испарение сухого льда - Выпечка хлеба или приготовление пищи - Загар на солнце - Реакция образования атмосферного азота и озона - Электролиз воды, расплавов металлов - Фотосинтез - Растворы некоторых солей хлорида аммония, триосульфата натрия - Работа автомобильных двигателей - Кипящие жидкости - Подогрев пищи в микроволновке - Литье стекла - Расход свечи -Термическое разложение карбоната кальция, малахита бертолетовой соли -Взаимодействие лимонной кислоты и соды -Реакция газообразного водорода с твердым йодом - Реакции гидролиза Примеры Термическое разложение этилбензола с образованием стирола Фотосинтез Электролиз 2H2O => 2H2 + О2 Для доказательства эндотермических реакций мы решили провести такие реакции: 1.Разложение малахита 2.Охлаждающие жидкость- взаимодействии барий гидроксида с аммоний нитратом 3. Разложение карбоната кальция. 4. Разложение хлората калия. Растворение веществ. Охлаждающие смеси. 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 в воде. Когда кристаллы тиосульфата натрия (Na2S2О3.5H2О) растворяется в воде, возникает охлаждающий эффект. Охлаждающие смеси можно приготовить с такими солями: KCl, CaCl2, CH3COONa, FeCl3, (NH4)2SO4, NH4Cl, NH4NO3, KNO3, K2SO4. MgCl2, NaNO3. Редко встречаются эндотермические реакции, протекающие при обычных условиях. Их легко распознать по охлаждению реакционной смеси. Например, при взаимодействии барий гидроксида с аммоний нитратом реакционная смесь замерзает, а сосуд покрывается каплями воды и даже может примерзнуть к подставке: Ba(OH)2 + 2NH4NO3 = Ba(NO3)2 + 2NH3↑ +2H2O 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: CaCO3 + Q => CaO + CO2 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. Хлорат калия(бертолетова соль) представляет собой твердое вещество белого цвета. Лабораторный способ разложения хлората калия. При нагревании на термическом песке разлагается и приводит к образованию хлорида калия и перхлората калия: В случае, если в реакционной среде присутствует катализатор, то продуктами являются хлорид калия и кислород, который можно проверить тлеющей лучиной.: Эндотермические процессы имеют большое значение в быту и промышленности. В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции. ПРИМЕНЕНИЕ
5.Белик В.В. Физическая и коллоидная химия : учебник для студ. Учреждений сред.проф.образования / В.В. Белик, К.И. Киенская.– М. : Издательский центр «Академия», 2015. – 288 с. 6.Валова (Копылова), В. Д. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа [электронный ресурс] : Практикум / В. Д. Валова (Копылова), Е. И. Паршина. - М. : Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2015г. |