Розв’язування задач на застосування закону Гесса

Урок 36. Розв’язування задач на застосування закону Гесса

---

Мета уроку: розвинути вміння аналізувати термохімічні рівняння та здійснювати обчислення теплового ефекту реакції із застосуванням закону Гесса.

Очікувані результати для вчителя:

Очікувані результати для учнівства:

План уроку

1. Мотивація (7 хв.).
2. Розв’язування задач на застосування закону Гесса (33 хв.).
3. Рефлексія (5 хв.).

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 7 хв

Задвання 1. Робота в парах із взаємоперевіркою. Упишіть пропущене.

1. За значенням теплового ефекту хімінчні реакції поділяють на____________________________ та ____________________________.
2. Тепловий ефект процесу, який відбувається за сталого зовнішнього тиску, називають____________________________ цього процесу.
3. Функцію стану речовини, що ілюструє міру невпорядкованості (хаотичності) системи, називають ____________________________.
4. Тепловий ефект реакції можна теоретично розрахувати, як різницю сум енергій зв’язків, що ____________________________та зв’язків, що____________________________ в результаті перетворення:
   • ∆H_{реакції} = ∑ Е( ____________________________) ‒ ∑ E(____________________________ )
5. ___________________________________________________________________– тепловий ефект реакції утворення 1 (одного) моль речовини з простих речовин за стандартних умов.
6. Тепловий ефект реакції дорівнює різниці сум стандартних ентальпій утворення___________________________________________________________________ та ___________________________________________________________________:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_утв.( ) ‒ ∑ ∆H_утв.( )
7. Ентальпії утворення_______________________________________________________ у їхніх найбільш стабільних за стандартних умов алотропних модифікаціях дорівнюють нулю.
8. Закон Гесса: тепловий ефект реакції не залежить від або від відношення вихідних речовин до продуктів реакції, а визначається лише___________________________________________________________________________.
9. ___________________________________________________________________– тепловий ефект реакції повного згоряння 1 (одного) моль речовини в атмосфері кисню  за стандартних умов.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 33 хв

Завдання 2. Ознайомтеся / опрацюйте приклади розв’язування задачі на обчислення теплового ефекту реакції за законом Гесса. Розв’яжіть задачу.

Задача. Обчисліть стандартну ентальпію утворення амоніаку, за відомими тепловими ефектами реакцій:

• Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж
• NH₃ (г.) + ³/₄ О₂ (г.) = ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂О (г.) ∆H₂ = ‒317,0 кДж

Виконайте необхідні обчислення, заповнюючи пропуски у наведеному нижче алгоритмі розв’язування задачі.

Розв’язання:

Спосіб 1.

1. Стандартна ентальпія утворення амоніаку відповідає тепловому ефекту реакції його утворення з простих речовин – газуватих азоту та водню – за хімічним рівнянням:
   • ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂ (г.) = NH₃ (г.) (1)
2. В умові задачі наведені теплові ефекти реакцій, що відповідають ентальпіям згоряння водню та амоніаку:
   • ∆H₁ = ∆H_згор.(Н₂, г.) =_____________________________
   • ∆H₂ = ∆H_згор.(NH₃, г.) =_____________________________

Продуктом реакції згоряння нітрогеновмісної речовини за стандартних умов є газуватий азот. А тому стандартна ентальпія згоряння азоту дорівнює нулю: ∆H_згор.(N₂, г.) = 0 кДж/моль

3. Тепловий ефект реакції можна обчислити за відомими стандартними ентальпіями згоряння за формулою:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_згор.(реактантів) ‒ ∑ ∆H_згор.(продуктів)
   • ∆Н_{реакції} = 0,5∙∆H_згор.(N₂, г.) + 1,5∙∆H_згор.(Н₂, г.) ‒ ∆H_згор.(NH₃, г.)

∆Н_{реакції} =_____________________________ .

Відповідь:_____________________________ .

Спосіб 2.

1. Тепловий ефект реакції згоряння амоніаку, рівняння якої наведено в умові задачі можна обчислити за значеннями стандартних ентальпій утворення учасників реакції за формулою:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_утв.(продуктів) ‒ ∑ ∆H_утв.(реагентів)
   • ∆Н₂ = [0,5∙∆H_утв.(N₂, г.) + 1,5∙∆H_утв.(Н₂О, г.)] ‒ [∆H_утв.(NH₃, г.) + 0,75∙∆H_утв.(О₂, г.)]
2. Стандартні ентальпії утворення простих речовин – азоту та кисню – дорівнюють нулю:
   • ∆H_утв.(N₂, г.) = 0 кДж/моль
   • ∆H_утв.(О₂, г.) = 0 кДж/моль
   • А рівняння згоряння водню відповідає утворенню водяної пари взаємодією простих речовин – водню та кисню, – тепловий ефект якої дорівнює стандартній ентальпії утворення газуватої води:
     • ∆H₁ = ∆H_утв.(Н₂О, г.) =________________________ .
3. Враховуючи вище викладене:
   • ∆Н₂ = 1,5∙∆H₁‒ ∆H_утв.(NH₃, г.)
   • Звідки, H_утв.(NH₃, г.) = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆Н₂

∆H_утв.(NH₃, г.) =_______________________________________________________________

Відповідь: ________________________ .

Спосіб 3.

1. За законом Гесса тепловий ефект реакції не залежить від шляху реакції, а визначається лише різницею ентальпій її учасників. Розгляньмо усі три перетворення, про які йде мова в задачі:
   • Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж (1)
   • NH₃ (г.) + ³/₄ О₂ (г.) = ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂О (г.) ∆H₂ = ‒317,0 кДж (2)
   • ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂ (г.) = NH₃ (г.) ∆H_х ‒ ? (3)

Комбінуючи два із трьох наведених рівнянь можна утворити третє:

• Варіант 1: 2∙(3) = 3∙(1) ‒ 2∙(2) 2∙∆H_х = 3∙∆H₁ ‒ 2∙∆H₂
• Варіант 2: (2) = 1,5∙(1) ‒ (3) ∆H₂ = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H_х

2. Відповідно до варіанту 2 виражаємо шуканий тепловий ефект та обчислюємо:
   • ∆H₂ = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H_х
   • ∆H_х = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H₂

∆H_х = ____________________________________________________________________.

Відповідь: __________________________________.

2.1. Розрахуйте тепловий ефект (кДж) реакції згоряння сірководню в атмосфері кисню з утворенням водяної пари та сульфур(IV) оксиду, якщо

• Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж
• S (тв.) + О₂ (г.) = SO₂ (г.) ∆H₂ = ‒296,8 кДж
• Н₂ (г.) + S (тв.) = Н₂S(г.) ∆H₃ = ‒20,6 кДж

2.2. Обчисліть стандартну ентальпію утворення (кДж/моль) фосфор(V) оксиду за термохімічними рівняннями:

• 2PH₃ (г.) + 4O₂ (г.) = P₂O₅ (тв.) + 3H₂O (р.) ∆Н₁ = ‒1464,2 кДж
• Н₂O (р.) = Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) ∆Н₂ = +285,8 кДж
• Р (тв.) + ³/₂ Н₂ (г.) = РН₃ (г.) ∆Н₃ = +5,4 кДж

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 5 хв. 

Прийом має на меті повторити всі поняття і терміни, які вивчалися на уроці. 

Наприклад,

• «чи можна комбінувати задачі з використанням ентальпій утворення та енергій зв’язків?»
• «можна комбінувати реакці»ї, «стандартні ентальпії утворення є табличними величинами» тощо;
• «помилявся в знаках ∆Н», «важко комбінувати рівняння» тощо;

«Мій термохімічний підсумок: 3-2-1»

Протягом 5 хвилин дайте короткі коментарі:

• 3 (три) речі, які я дізнався / зрозумів про закон Гесса та обчислення теплового ефекту реакції

• 2 (дві) труднощі, які виникли під час розв’язування задач

• 1 (одне) питання або сумнів, яке / який ще залишився

---

1. «Термохімічне СМС». Напишіть коротке «повідомлення» самому собі у минуле, де ви висловлюєте своє враження від теми, намагаючись зостерегти від можливих помилок та налаштувати на продуктивну та цікаву роботу.
2. Виробництво нітратної кислоти складається з декількох етапів. На першому етапі суміш амоніаку з повітрям у певному співвідношенні спалюють в спеціальному приладі. У процесі спалювання амоніаку принципово можливі такі реакції:

1. 4NH₃ (г.) + 5О₂ (г.) = 4NO (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₁ = ‒905,4 кДж
2. 4NH₃ (г.) + 4О₂ (г.) = 2N₂O (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₂ – ?
3. 4NH₃ (г.) + 3О₂ (г.) = 2N₂ (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₃ = ‒1266,1 кДж
4. 4NH₃ (г.) + 6NО (г.) = 5N₂ (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₄ – ?
5. N₂О (г.) = N₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) ∆Н₅ = ‒81,6 кДж

• Обчисліть теплові ефекти (стандартні зміни ентальпій) реакції (2) та (4).
• Розрахуйте стандартні ентальпії утворення NH₃(г.), NO(г.) та H₂O(г.), узявши до уваги, що ∆Н_утв.(Н₂О, г.) більша за ∆Н_утв.(NH₃, г.) у 5,23 рази

Урок 36. Розв’язування задач на застосування закону Гесса

Аркуш для учнівства

---

Мета уроку: розвинути вміння аналізувати термохімічні рівняння та здійснювати обчислення теплового ефекту реакції із застосуванням закону Гесса.

Очікувані результати для учнівства:

План уроку

1. Мотивація (7 хв.).
2. Розв’язування задач на застосування закону Гесса (33 хв.).
3. Рефлексія (5 хв.).

---

Задвання 1. Робота в парах із взаємоперевіркою. Упишіть пропущене.

1. За значенням теплового ефекту хімінчні реакції поділяють на____________________________ та ____________________________.
2. Тепловий ефект процесу, який відбувається за сталого зовнішнього тиску, називають____________________________ цього процесу.
3. Функцію стану речовини, що ілюструє міру невпорядкованості (хаотичності) системи, називають ____________________________.
4. Тепловий ефект реакції можна теоретично розрахувати, як різницю сум енергій зв’язків, що ____________________________та зв’язків, що____________________________ в результаті перетворення:
   • ∆H_{реакції} = ∑ Е( ____________________________) ‒ ∑ E(____________________________ )
5. ___________________________________________________________________– тепловий ефект реакції утворення 1 (одного) моль речовини з простих речовин за стандартних умов.
6. Тепловий ефект реакції дорівнює різниці сум стандартних ентальпій утворення___________________________________________________________________ та ___________________________________________________________________:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_утв.( ) ‒ ∑ ∆H_утв.( )
7. Ентальпії утворення_______________________________________________________ у їхніх найбільш стабільних за стандартних умов алотропних модифікаціях дорівнюють нулю.
8. Закон Гесса: тепловий ефект реакції не залежить від або від відношення вихідних речовин до продуктів реакції, а визначається лише___________________________________________________________________________.
9. ___________________________________________________________________– тепловий ефект реакції повного згоряння 1 (одного) моль речовини в атмосфері кисню  за стандартних умов.

---

Завдання 2. Ознайомтеся / опрацюйте приклади розв’язування задачі на обчислення теплового ефекту реакції за законом Гесса. Розв’яжіть задачу.

Задача. Обчисліть стандартну ентальпію утворення амоніаку, за відомими тепловими ефектами реакцій:

• Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж
• NH₃ (г.) + ³/₄ О₂ (г.) = ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂О (г.) ∆H₂ = ‒317,0 кДж

Виконайте необхідні обчислення, заповнюючи пропуски у наведеному нижче алгоритмі розв’язування задачі.

Розв’язання:

Спосіб 1.

1. Стандартна ентальпія утворення амоніаку відповідає тепловому ефекту реакції його утворення з простих речовин – газуватих азоту та водню – за хімічним рівнянням:
   • ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂ (г.) = NH₃ (г.) (1)
2. В умові задачі наведені теплові ефекти реакцій, що відповідають ентальпіям згоряння водню та амоніаку:
   • ∆H₁ = ∆H_згор.(Н₂, г.) =_____________________________
   • ∆H₂ = ∆H_згор.(NH₃, г.) =_____________________________

Продуктом реакції згоряння нітрогеновмісної речовини за стандартних умов є газуватий азот. А тому стандартна ентальпія згоряння азоту дорівнює нулю: ∆H_згор.(N₂, г.) = 0 кДж/моль

3. Тепловий ефект реакції можна обчислити за відомими стандартними ентальпіями згоряння за формулою:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_згор.(реактантів) ‒ ∑ ∆H_згор.(продуктів)
   • ∆Н_{реакції} = 0,5∙∆H_згор.(N₂, г.) + 1,5∙∆H_згор.(Н₂, г.) ‒ ∆H_згор.(NH₃, г.)

∆Н_{реакції} =_____________________________ .

Відповідь:_____________________________ .

Спосіб 2.

1. Тепловий ефект реакції згоряння амоніаку, рівняння якої наведено в умові задачі можна обчислити за значеннями стандартних ентальпій утворення учасників реакції за формулою:
   • ∆Н_{реакції} = ∑ ∆H_утв.(продуктів) ‒ ∑ ∆H_утв.(реагентів)
   • ∆Н₂ = [0,5∙∆H_утв.(N₂, г.) + 1,5∙∆H_утв.(Н₂О, г.)] ‒ [∆H_утв.(NH₃, г.) + 0,75∙∆H_утв.(О₂, г.)]
2. Стандартні ентальпії утворення простих речовин – азоту та кисню – дорівнюють нулю:
   • ∆H_утв.(N₂, г.) = 0 кДж/моль
   • ∆H_утв.(О₂, г.) = 0 кДж/моль
   • А рівняння згоряння водню відповідає утворенню водяної пари взаємодією простих речовин – водню та кисню, – тепловий ефект якої дорівнює стандартній ентальпії утворення газуватої води:
     • ∆H₁ = ∆H_утв.(Н₂О, г.) =________________________ .
3. Враховуючи вище викладене:
   • ∆Н₂ = 1,5∙∆H₁‒ ∆H_утв.(NH₃, г.)
   • Звідки, H_утв.(NH₃, г.) = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆Н₂

∆H_утв.(NH₃, г.) =_______________________________________________________________

Відповідь: ________________________ .

Спосіб 3.

1. За законом Гесса тепловий ефект реакції не залежить від шляху реакції, а визначається лише різницею ентальпій її учасників. Розгляньмо усі три перетворення, про які йде мова в задачі:
   • Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж (1)
   • NH₃ (г.) + ³/₄ О₂ (г.) = ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂О (г.) ∆H₂ = ‒317,0 кДж (2)
   • ¹/₂ N₂ (г.) + ³/₂ Н₂ (г.) = NH₃ (г.) ∆H_х ‒ ? (3)

Комбінуючи два із трьох наведених рівнянь можна утворити третє:

• Варіант 1: 2∙(3) = 3∙(1) ‒ 2∙(2) 2∙∆H_х = 3∙∆H₁ ‒ 2∙∆H₂
• Варіант 2: (2) = 1,5∙(1) ‒ (3) ∆H₂ = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H_х

2. Відповідно до варіанту 2 виражаємо шуканий тепловий ефект та обчислюємо:
   • ∆H₂ = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H_х
   • ∆H_х = 1,5∙∆H₁ ‒ ∆H₂

∆H_х = ____________________________________________________________________.

Відповідь: __________________________________.

2.1. Розрахуйте тепловий ефект (кДж) реакції згоряння сірководню в атмосфері кисню з утворенням водяної пари та сульфур(IV) оксиду, якщо

• Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) = Н₂О (г.) ∆H₁ = ‒241,8 кДж
• S (тв.) + О₂ (г.) = SO₂ (г.) ∆H₂ = ‒296,8 кДж
• Н₂ (г.) + S (тв.) = Н₂S(г.) ∆H₃ = ‒20,6 кДж

2.2. Обчисліть стандартну ентальпію утворення (кДж/моль) фосфор(V) оксиду за термохімічними рівняннями:

• 2PH₃ (г.) + 4O₂ (г.) = P₂O₅ (тв.) + 3H₂O (р.) ∆Н₁ = ‒1464,2 кДж
• Н₂O (р.) = Н₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) ∆Н₂ = +285,8 кДж
• Р (тв.) + ³/₂ Н₂ (г.) = РН₃ (г.) ∆Н₃ = +5,4 кДж

---

«Мій термохімічний підсумок: 3-2-1»

Протягом 5 хвилин дайте короткі коментарі:

• 3 (три) речі, які я дізнався / зрозумів про закон Гесса та обчислення теплового ефекту реакції

• 2 (дві) труднощі, які виникли під час розв’язування задач

• 1 (одне) питання або сумнів, яке / який ще залишився

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. «Термохімічне СМС». Напишіть коротке «повідомлення» самому собі у минуле, де ви висловлюєте своє враження від теми, намагаючись зостерегти від можливих помилок та налаштувати на продуктивну та цікаву роботу.
2. Виробництво нітратної кислоти складається з декількох етапів. На першому етапі суміш амоніаку з повітрям у певному співвідношенні спалюють в спеціальному приладі. У процесі спалювання амоніаку принципово можливі такі реакції:

1. 4NH₃ (г.) + 5О₂ (г.) = 4NO (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₁ = ‒905,4 кДж
2. 4NH₃ (г.) + 4О₂ (г.) = 2N₂O (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₂ – ?
3. 4NH₃ (г.) + 3О₂ (г.) = 2N₂ (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₃ = ‒1266,1 кДж
4. 4NH₃ (г.) + 6NО (г.) = 5N₂ (г.) + 6Н₂О (г.) ∆Н₄ – ?
5. N₂О (г.) = N₂ (г.) + ¹/₂ О₂ (г.) ∆Н₅ = ‒81,6 кДж

• Обчисліть теплові ефекти (стандартні зміни ентальпій) реакції (2) та (4).
• Розрахуйте стандартні ентальпії утворення NH₃(г.), NO(г.) та H₂O(г.), узявши до уваги, що ∆Н_утв.(Н₂О, г.) більша за ∆Н_утв.(NH₃, г.) у 5,23 рази