§ 13. Тепловий ефект хімічної реакції

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Як класифікують реакції за тепловим ефектом?

За тепловим ефектом хімічні реакції поділяють на екзотермічні, які відбуваються з виділенням теплоти, та ендотермічні, під час яких теплота поглинається із навколишнього середовища.

У чому причина теплового ефекту реакції?

Причина теплового ефекту полягає в різниці між сумарною внутрішньою енергією вихідних речовин (реагентів) та внутрішньою енергією продуктів реакції. Якщо внутрішня енергія продуктів менша за енергію реагентів, надлишкова енергія виділяється у вигляді теплоти (екзотермічна реакція). Якщо ж внутрішня енергія продуктів більша — енергія поглинається (ендотермічна реакція).

Для чого використовують екзотермічні реакції?

Екзотермічні реакції використовують для обігріву приміщень, приготування їжі, забезпечення роботи двигунів внутрішнього згоряння, створення піротехнічних ефектів (феєрверків), а також у живих організмах для підтримання постійної температури тіла.

З виділенням чи поглинанням теплоти реагує водень з киснем?

Водень реагує з киснем із виділенням великої кількості теплоти, оскільки ця реакція горіння є яскраво вираженою екзотермічною реакцією.

Кількість якої енергії більша — тієї, яка витрачається на руйнування молекул реагентів, чи тієї, яка виділяється внаслідок утворення молекул води?

Кількість енергії, яка виділяється внаслідок утворення нових хімічних зв’язків у молекулах води, є більшою за енергію, що витрачається на руйнування зв’язків у молекулах вихідних речовин (водню та кисню). Саме тому реакція є екзотермічною.

Назвіть біологічні та медичні терміни, у яких є префікси екзо- і ендо-.

До таких термінів належать: екзоскелет, ендоскелет, ендоскопія, ендокринна система, екзокринні залози, ендоцитоз та екзоцитоз.

Запишіть у зошит інші хімічні рівняння, наведені на с. 69, і додайте до кожного з них позначення теплового ефекту.

$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O; \quad \Delta H < 0$
$CaO + H_2O = Ca(OH)_2; \quad \Delta H < 0$
$2HgO = 2Hg + O_2 \uparrow; \quad \Delta H > 0$

Поясніть, чому під час згоряння різних видів палива виділяється різна кількість теплоти.

Кількість теплоти залежить від хімічного складу речовини, будови її молекул та міцності хімічних зв’язків. Оскільки різні види палива складаються з різних речовин, різниця між внутрішньою енергією реагентів і продуктів реакції буде неоднаковою, що й зумовлює різний тепловий ефект горіння.

Екзотермічні чи ендотермічні перетворення речовин відбуваються, коли ми щось варимо чи смажимо на кухні? Відповідь обґрунтуйте.

Під час приготування їжі (варіння, смаження) відбуваються переважно ендотермічні процеси. Це зумовлено тим, що для перебігу фізико-хімічних змін у продуктах (наприклад, денатурації білків, розм’якшення клітковини) необхідно постійно підводити теплову енергію від зовнішнього джерела (плити).

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про тепловий ефект хімічної реакції, екзотермічні та ендотермічні реакції.

Тепловий ефект реакції — це енергія, що виділяється або поглинається під час хімічного перетворення. Хімічні реакції, які супроводжуються виділенням теплоти в навколишнє середовище ($\Delta H < 0$), називаються екзотермічними. Реакції, що відбуваються з поглинанням теплоти ($\Delta H > 0$), називаються ендотермічними.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому реакція горіння водню вважається екологічно чистішою та енергоефективнішою за горіння вугілля?»
Очікувана відповідь: При горінні водню виділяється значна кількість теплоти, а єдиним продуктом є вода ($H_2O$), яка не забруднює довкілля. Натомість горіння вугілля супроводжується викидами вуглекислого газу ($CO_2$) та інших шкідливих домішок. Відповідь, що враховує обидва аспекти (тепловий ефект та екологічність продуктів), заслуговує на високу оцінку.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

Чим зумовлене виділення чи поглинання теплоти під час хімічної реакції?

Виділення або поглинання теплоти зумовлене різницею між енергією, яка витрачається на розрив хімічних зв’язків у вихідних речовинах, та енергією, що виділяється під час утворення нових зв’язків у продуктах реакції.

Чи є вичерпним поділ хімічних реакцій на екзотермічні та ендотермічні?

Так, цей поділ охоплює всі хімічні реакції, оскільки будь-яке хімічне перетворення супроводжується зміною внутрішньої енергії системи, що проявляється або виділенням, або поглинанням енергії (найчастіше у формі теплоти).

ПОМІРКУЙМО

За стандартних умов дуже повільно взаємодіють два оксиди — $CaO$ і $CO_2$. Продукт реакції — речовина з формулою $CaCO_3$. Екзотермічною чи ендотермічною є ця реакція? Візьміть до уваги вміщені в параграфі відомості про протилежну реакцію — розклад речовини $CaCO_3$.

Ця реакція є екзотермічною. Це випливає з того, що зворотний процес — термічний розклад кальцій карбонату ($CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$) — потребує значного нагрівання, тобто є ендотермічним. Отже, утворення $CaCO_3$ супроводжується виділенням енергії.

Екзотермічними чи ендотермічними є, на вашу думку, реакції, які зумовлюють корозію металів? Відповідь обґрунтуйте.

Реакції корозії металів є екзотермічними. Корозія — це процес окиснення металів під впливом компонентів навколишнього середовища. Оскільки реакції окиснення металів (взаємодія з киснем) супроводжуються виділенням енергії (хоча процес відбувається повільно, і теплота розсіюється), вони належать до екзотермічних.

ПОЯСНЮЙМО

137. Чому багато горючих речовин потрібно нагріти, щоб розпочалося їх горіння в повітрі?

Початкове нагрівання необхідне для досягнення температури займання. Додаткова енергія потрібна для того, щоб зруйнувати або послабити хімічні зв’язки в молекулах реагентів і подолати енергетичний бар’єр (енергію активації), після чого реакція стає самопідтримуваною завдяки теплоті, що виділяється.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

138. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Тепловий ефект — Thermal effect
• Екзотермічна реакція — Exothermic reaction
• Ендотермічна реакція — Endothermic reaction
• Внутрішня енергія — Internal energy
• Реагенти — Reactants
• Продукти реакції — Products of reaction
• Термохімічне рівняння — Thermochemical equation
• Температура займання — Ignition temperature
• Паливо — Fuel
• Закон збереження енергії — Law of conservation of energy

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

139. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.