10 жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық 1-бөлім

1. Гесс заңы мен оның салдарларын тұжырымдаңдар. Гесс заңы салдарларының химиядағы практикалық маңызы қандай?


2. Химиялық реакцияның энтальпиясын қалай анықтайды?


3. Тура және жанама жолмен жүзеге асатын химиялық реакциялардың энтальпиясын есептеудің жалпы сызбанұсқасын келтіріңдер.

● Кристалды күкірттің азот (І) оксидінде N2O жану реакциясының термохимиялық теңдеуін құрастырыңдар. 16 г күкірт жанғанда 66,9 кДж жылу бөлінеді. Өнімнің температурасы реагенттердің температурасына дейін (298 К) төмендейді.

§ 30. “ГЕСС ЗАҢЫ МЕН ОНЫҢ САЛДАРЫ” ТАҚЫРЫБЫНА ЕСЕПТЕУЛЕР

Гесс заңын пайдаланып есептер шығарудың үлгілерін қарастырайық.

1-есеп. Газ тәрізді көміртек диоксидінің түзілу жылуы ∆H0_f = –393,5 кДж/моль, термохимиялық теңдеуі берілген. Азоттың N₂(г) түзілу жылуын есептеу керек:

C(графит) + 2N₂O(г) = CO₂(г) + 2N₂(г) ∆H⁰_f = –557,5 кДж. (1)

Шешуі: 1. Іздеп отырған шаманы x арқылы белгілеп, жай заттардан

N₂O түзілуінің термохимиялық теңдеуін жазамыз:

N	(г) + 1/2O	2	(г)=N	O(г)	∆H0	= x кДж.	(2)
2			2		f

Сондай-ақ жай заттардан CO₂(г) түзілуінің термохимиялық теңдеуін жазамыз:

C (графит) + O	(г) = CO	(г)	∆H0	= –393,5 кДж.	(3)
2	2		f

(2)- және (3)-теңдеулерден (1)-теңдеуді алуға болады. Ол үшін

(2)-теңдеуді екіге көбейтіп, көбейтіндіні (3)-теңдеуден азайтамыз.
Нәтижесінде:

C(графит) + 2N₂O(г) = CO₂(г) + 2N₂(г)

∆H0_f = –557,5 кДж = (–393,5 – 2х). Бұдан x = 82,0 кДж/моль.

Жауабы: 82,0 кДж/моль.


2-есеп. Берілген реакция теңдеулерін пайдаланып, темір (II) окси­дін­ сутекпен тотықсыздандыру реакциясының жылу эффектісін есептеңдер. Темір (II) оксидін FeO(қ) сутекпен тотықсыздандыру реакциясы:

FeO(қ) + Н₂(г) → Fe(қ) + Н₂О(г)

129

Келесі реакцияларды қолданамыз:

FeO (қ) + CO(г) → Fe (қ)+CO₂(г); ∆H₁ = –13,19 кДж.

CO +				1		O		→ CO		;	∆H		= –283 кДж.
			2
							2		2			2
H		+	1		O → H				O;		∆H = –241,83 кДж.
			2
	2					2		2			3

Шешуі:

∆H₁ = –13,19 кДж; а) FeO(қ) + CO(г) → Fe(қ) + CO₂(г)

∆H₂ = –283 кДж; ә) CO(г) + ₂¹ O₂(г) → CO₂(г)

∆H₃ = –241,83 кДж; б) H₂(г) + ₂¹ O₂(г) → H₂O(с)
∆H₄ = ? в) FeO(қ) + H₂(г) → Fe(қ) + H₂O(c)

в-ны табу үшін есептеу формуласын құрастырамыз:

• 
  =а+б–ә
  

Келесі реакция теңдеулерін біріктіріп, темір (II) оксидін тотық­ сыздандырудың жалпы теңдеуін құрастырамыз:

• 
  = FeO(қ) + CO(г) + H₂(г) + ₂¹ O₂(г) – CO(г) – ₂¹ O₂(г) →
  

• 
  Fe(қ) + CO₂(г) + H₂O(с) – CO₂(г)
  

“Ұқсас заттарды” қысқартамыз:

• 
  = FeO(қ) + CO(г) + H₂(г) + ₂¹ O₂(г) – CO(г) – ₂¹ O₂(г) →
  

• 
  Fe(қ) + CO₂(г) + H₂O(г) – CO₂(г)
  

Қысқартқаннан кейінгі теңдеу:

FeO(қ) + H₂(г) → Fe(қ) + H₂O(с)

∆H₄ = –13,19 – 241,84 + 283 = 27,98 кДж.

FeO(қ) + H₂(г) → Fe(қ) + H₂O(г); ∆H₄ = 27,98 кДж

Жауабы: ∆H₄ = 27,98 кДж.


3-есеп. Кальций гидроксидінің Ca(OН)₂(қ) түзілу жылуын есептеңдер: Ca(қ) + O₂(г) + H₂(г) → Ca(OH)₂(қ). Ол үшін келесі реакция теңдеулерін пайдаланамыз:

Ca(қ) +	1	O	(г) → CaO(қ);	∆H = 633,6 кДж;
	2
		2		1

130

H

(г) +

1

O(г) →H

O(с);

∆H = –285,84 кДж;

2

2

2

2

2

CaO(қ) + H2O(с) → Ca(OH)2(қ);

∆H3 = –65,06 кДж;

Шешуі:

∆H

= –633,6 кДж;

а) Ca(қ) +

1

O

(г) → CaO(қ)

2

1

2

∆H

= –285,84 кДж;

ә)H(г)+

1

O

(г) →H

O(с)

2

2

2

2

2

∆H3

= –65, 06 кДж;

б) CaO(қ) + H2O(с) → Са(OH)2(қ)

∆H4

= ?

в) Ca(қ) + O2(г) + H2(г) →Ca(OH)2(қ)

в-ны табу үшін есептеу формуласын құрастырамыз:

• 
  =а+б–ә
  

Келесі реакция теңдеулерін біріктіріп, жай заттардан кальций гидроксидін алудың жалпы теңдеуін құрастырамыз:

Ca(қ) + ₂¹ O₂(г) + H₂(г) + ₂¹ O₂(г) + CaO(қ) + H₂O(с) →

• 
  CaO(қ) + H₂O(с) + Ca(OH)₂(қ)
  

“Ұқсас заттарды” қысқартамыз:

Ca(қ) + ₂¹ O₂(г) + H₂(г) + ₂¹ O₂(г) + CaO(қ) + H₂O(с) →

• 
  CaO_(қ) + H₂O_(с) + Ca(OH)_2(қ)
  

Қысқартқаннан кейінгі теңдеу:

∆H₄ = –633,6 – 285,84 – 65,06 = –984,5 кДж;

Ca(қ) + O₂(г) + H₂(г) → Ca(OH)₂(қ); ∆H₄ = –984,5 кДж.

Жауабы: ∆H₄ = –984,5 кДж.


4-есеп. Реакциялардың стандартты энтальпиясын есептеңдер:

1. 
   С₂Н₆(г) + 7/2О₂(г) = 2CO₂(г) + 3Н₂О(г) ә) С₆Н₆(с) + 15/2О₂(г) = 6CO₂(г) + 3Н₂О(с)
   

Шешуі:

Анықтамалық бойынша заттардың: С₂Н₆(г), С₆Н₆(с), Н₂О(г), Н₂О(с) және СО₂(г) түзілуінің стандартты энтальпиялары сәйкесінше –89,7, –82,9, –241,8, –285,8 және –393,5 кДж/моль. Жай заттардың түзілуінің стандартты энтальпиялары нөлге тең. ∆H0 есептеу үшін Гесс заңының салдарынан шығатын теңдеуді қолданамыз:

131
∆H⁰ = ∑ ∆H⁰_(өнім) – ∑ ∆H⁰_(баст.)

а) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:

∆H⁰ = 2∆H⁰(CO (г)) + 3∆H⁰(H O(г)) – ∆H⁰(C H (г)) = а)2226

• 
  [2 · (–393,5) + 3(–241,8) – (–89,7) ≈ 1423 кДж.
  

ә) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:

∆H⁰ = 6∆H⁰(CO (г)) + 3∆H⁰(H O(г)) – ∆H⁰(C H (г)) =
_{ә) 2 2 2 6}
Жауабы: а) 1423 кДж; ә) 3301,3 кДж. 5-есеп. Реакциялардың стандартты энтальпиясын ∆H⁰₂₉₈ есептеңдер:

1. 
   2Li(қ) + 2H₂O(с) = 2Li⁺(ерт.) + 2OH^–(ерт.) + H₂(г) ә) 2Na(қ) + 2H₂O(с) = 2Na⁺(ерт.) + 2OH^–(ерт.) + H₂(г)
   

Li+(ерт.), Na+(ерт.) және OH–(ерт.) түзілуінің стандартты энталь­ пиялары сәйкесінше: –278,5, –239,7 және –228,9 кДж/моль.

Шешуі:

Есептің шарты және анықтамалық мәліметтер бойынша заттар түзі­ луінің стандартты энтальпиялары:

∆H⁰(H₂O(с)) = –285,8 кДж/моль;

∆H0(Li+ерт.) = –278,5 кДж/моль;

∆H0(Na+ерт.) = –239,7 кДж/моль;

∆H0(OH–ерт.) = –228,9 кДж/моль;

∆H⁰(H₂(г)) = 0 кДж/моль.

∆H0 есептеу үшін Гесс заңының салдарынан шығатын теңдеуді қол­ данамыз:

∆H⁰ = ∑ ∆H⁰_(өнім.) – ∑ ∆H⁰_(баст.)

а) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:

∆H⁰ = [2∆H⁰(Li⁺ерт.) + 2∆H⁰(OH^–ерт.)] – 2∆H⁰(H O(с)) =
_{а) 2}
ә) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:
∆H⁰_ә) = [2∆H⁰(Na⁺ерт.) + 3∆H⁰(OH^–ерт.) – 2∆H⁰(H₂O(с)) =

• 
  [2(–239,7) + 2(–228,9) – 2(–285,8) = –365,6 кДж. Жауабы: а) –443,2 кДж; б) –365,6 кДж.
  

6-есеп. Организмдегі глюкоза айналымының стандартты энтальпия­ сын ∆H⁰₂₉₈ есептеңдер:

132

a) C₆H₁₂O₆(қ) = 2C₂H₅OH(с) + CO₂(г)

ә) C₆H₁₂O₆(қ) + O₂(г) = 6CO₂(г) + 6H₂O(с)

Реакциялардың қайсысы организмді мол энергиямен қамтамасыз етеді?

Шешуі:

Анықтамалық мәліметтер бойынша реакцияға қатысатын заттардың стандартты энтальпиялары сәйкесінше:

H⁰(C₆H₁₂O₆(қ)) = –1273,0 кДж/моль;


H⁰(C₂H₅OH(с)) = –277,6 кДж/моль;


H⁰(H₂O(с)) = –285,8 кДж/моль;


H⁰(CO₂(г)) = –393,5 кДж/моль.

Жай заттардың түзілуінің стандартты энтальпиялары нөлге тең. ∆H0 есептеу үшін Гесс заңының салдарынан шығатын теңдеуді

қолданамыз:

∆H⁰ = ∑ ∆H⁰_(өнім) – ∑ ∆H⁰_(баст.)

а) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:

∆H⁰_а) = 2∆H⁰(CO₂) + 2∆H⁰(C₂H₅OH) – ∆H⁰(C₆H₁₂) =

• 
  2(–393,5) + 2(–277,6) – (–1273,0) = –69,2 кДж.
  

ә) Реакцияның стандартты энтальпиясын есептейміз:

∆H⁰ = 6∆H⁰(CO ) + 6∆H⁰(H O) – ∆H⁰(C H O ) =
_{ә) 2 2 6 12 6}
(ә) реакциясы (а) реакциясына қарағанда организмді мол энергиямен қамтамасыз етеді.


Жауабы: а) –69,2 кДж; ә) –2802,8 кДж.

•1. Анықтамалықтағы мәліметтерді қолданып реакцияның стандартты жағдайдағы жылу эффектісін есептеңдер:

CH₄(г) + Cl₂(г) = CH₃Cl(г) + HCl(г)

•2. Алмаз бен графиттің жану жылуы сәйкесінше –395,7 кДж; –393,77 кДж. Графиттен алмаздың түзілу жылуын есептеңдер.

•3. Анықтамалықтағы мәліметтерді қолданып реакцияның стандартты жағдайдағы жылу эффектісін есептеңдер:
СаС₂(г)+ 2Н₂О(с) = Са(ОН)₂(қ)+ С₂Н₂(г)

•4. Анықтамалықтағы мәліметтерді қолданып реакцияның стандартты жағдайдағы жылу эффектісін есептеңдер:

Fe₂O₃(қ) + 3СО(г) = 2Fe(қ) + 3СО₂(г)

•5. Берілген реакциялар үшін көлем тұрақты, температура 25°С болған жағдайдағы түзілу жылуын есептеңдер.

а) Н₂(г) + 1/2O₂(г) = Н₂О(г), ∆H⁰₁ = –242 кДж;

ә) 1/2N₂(г) + 3/2Н₂(г)=NН₃(г), ∆H⁰₂ = –46,2 кДж;

133

б) 1/2H₂(г) + 1/2F₂(г)= HF(г), ∆H0₃ = –268,8 кДж; в) 1/2N₂(г) + О₂(г) = NО₂(г), ∆H⁰₄ = 33,87 кДж.
•6. Ашық ыдыста 1000 К жүретін CaCO3(қ) = CaO(қ) + CO2(г) реакциясының стандартты энтальпиясы 169 кДж. Берілген температурада бірақ жабық ыдыста жүргізілетін осы реакцияның жылуы қанша?

•7. Берілген мәліметтерге сүйеніп T = 298 К болғандағы N2O5(г) түзілу энтальпиясын есептеңдер:

2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г), ∆H⁰₁ = –114,2 кДж;
4NO (г) + O (г) = 2N O (г), ∆H⁰ = –110,2 кДж;
_{2 2 2 5 2}

•8. Берілген мәліметтерге сүйеніп T = 298 К болғандағы диборанның B2H6(г) түзілу энтальпиясын есептеңдер:

B₂H₆(г) + 3O₂(г) = B₂O₃(қ) + 3H₂O(г), ∆H⁰₁ = –2035,6 кДж;
2B(қ) + 3/2 O (г) = B O (қ), ∆H⁰ = –1273,5 кДж;
_{2 2 3 2}
•9. Берілген мәліметтерге сүйеніп T = 298 К болғандағы жай заттардан мырыш сульфатының түзілу жылуын есептеңдер:
ZnS(қ)= Zn(қ) + S(т), ∆H0₁ = 200,5 кДж;

2ZnS(қ) + 3O₂(г) = 2ZnO(қ) + 2SO₂(г), ∆H0₂ = –893,5 кДж; 2SO₂(г) + O₂(г) = 2SO₃(г), ∆H⁰₃ = –198,2 кДж; ZnSO4(қ)= ZnO(қ) + SO3(г), ∆H04 = 235,0 кДж.

•10. 1) Сутек пероксидінің айырылу реакциясының сызбасы берілген :

2(H–O–O–H) → 2(H–O–H) + O=O

Кестеде байланысты үзуге жұмсалатын энергия берілген

Байланыс	Байланысты үзу энергиясы/кДж
Н–О	464
О–О	146
О=О	498

а) Реагенттердегі барлық байланыстарды үзуге қажет энергияны есептеңдер.

ә) Пайда болған жаңа байланыстар нәтижесінде өнім түзілді.Реакция барысында бөлінетін энергияны есептеңдер.
б) Реакцияның жылу эффектісін есептеңдер.
в) Реакция экзотермиялық па,әлде эндотермиялық па?

2) Келесі реакцияның сызбасы бойынша 1-тапсырманың а-г бөліктері бойынша есептеулер жүргізіңдер:

2(H–H) + O = O → 2(H–O–H)

134

§ 31. ЭНТРОПИЯ
Химиялық реакциялардың жүру мүм­