Реакция образования воды: Реакции ионного обмена с образованием воды

Содержание

Тепловой эффект химической реакции — что это?

Определение теплового эффекта химической реакции

В процессе химической реакции связи в исходных веществах разрываются и образуются новые связи, благодаря чему образуются новые вещества — продукты реакции. Разрыв связи протекает с поглощением энергии, а образование — с выделением, то есть химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами.

Как правило, энергия выделяется или поглощается в виде теплоты, поэтому мы говорим, что протекание химической реакции сопровождается тепловым эффектом.

Тепловой эффект химической реакции — это количество теплоты, которое поглощается или выделяется в результате протекания химической реакции.

Если исходные вещества были менее устойчивыми (поглощается небольшое количество энергии), а образуются устойчивые (выделяется большое количество энергии), то в результате химической реакции выделяется тепловой эффект.

И наоборот, образование более устойчивых веществ из менее устойчивых сопровождается поглощением теплоты.

Рассмотрим эти процессы на рисунке:

В зависимости от того, выделяется или поглощается теплота, различают два типа химических реакций: экзотермические и эндотермические.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Экзотермические реакции

Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты.

Запоминаем

Q — обозначение теплового эффекта химической реакции.

Единица измерения — килоджоули (кДж) или джоули (Дж).

1 кДж = 1 000 Дж.

В экзотермических реакциях количество выделившейся теплоты указывают со знаком «+».

Например, при сгорании угля:

C_(тв) + O₂ (г) = CO₂ (г) + Q.

Чтобы запустить эту и некоторые другие реакции, нужна инициация, или, проще говоря, пинок. В случае с реакцией горения угля это нагрев (поджигание).

К экзотермическим реакциям относятся реакции горения и реакции соединения.

Реакции горения

Пример — реакция горения метана в атмосфере кислорода:

CH₄ (г) + 2O₂ (г) = CO₂ (г) + 2H₂O (г) + 802 кДж.

Реакции соединения

Пример — образование воды из двух простых веществ, при этом выделяется 484 кДж:

2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г) + 484 кДж.

Исключение

При образовании оксида азота (II) и йодоводорода реакции протекают с поглощением теплоты:
N₂ (г) + O₂ (г) = 2NO (г) − 180 кДж.

Эндотермические реакции

Эндотермические реакции протекают с поглощением теплоты. Количество поглощенной теплоты указывают со знаком «−».

К эндотермическим реакциям чаще всего относят реакции разложения.

Например, реакции разложения нитрата калия и карбоната кальция:

2KNO_3(тв) → 2KNO_2(тв) + O₂ (г) – Q;

CaCO_3(тв) = CaO_(тв) + CO₂ (г) − 170 кДж.

Бесплатные занятия по английскому с носителем

Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.

Термохимические уравнения

Уравнения реакций, в которых указано количество выделившейся теплоты, называют термохимическими.

В термохимических уравнениях всегда указывают агрегатные состояния веществ, так как от этого зависит значение теплового эффекта.

Важно

Количество теплоты, выделяющейся в результате реакции, пропорционально количеству вещества, вступившего в реакцию.

Рассмотрим термохимическое уравнение сгорания газа метана:

CH₄ (г) + 2O₂ (г) = CO₂ (г) + 2H₂O (г) + 802 кДж.

Глядя на уравнение, можно сделать вывод, что при сгорании 1 моля газообразного метана в 2 молях газообразного кислорода выделяется 802 кДж теплоты сгорания.

Теплота сгорания — это количество теплоты, выделяющееся при горении 1 моля вещества.

Если в реакцию вступит в 5 раз больше метана, чем в представленном термохимическом уравнении, то есть не 1 моль метана, а 5, то тепловой эффект будет пропорционально больше, то есть не 802 кДж, а 802 ⨯ 5 = 4 010 кДж.

Практика

Рассмотрим несколько термохимических расчетов для типовых заданий.

Задача 1

Рассчитайте количество теплоты, выделившейся в результате реакции образования метана, термохимическое уравнение которой —

C_(тв) + 2H_{2 (г)} = CH_{4 (г)} + 76 кДж,

из: а) 0,3 моля углерода; б) 2,4 г углерода; в) 2,24 л водорода.

Решение.

Важно помнить, что количество теплоты, которая выделяется в результате реакции, пропорционально количеству вещества, вступившего в реакцию.

а) Из термохимического уравнения видно, что при взаимодействии 1 моля С выделяется 76 кДж, тогда при взаимодействии 0,3 моля С выделяется x кДж.

Составим уравнение и решим его:

1 моль × х = 76 кДж × 0,3 моля;

б) Для начала найдем количество вещества прореагировавшего углерода. Для этого разделим его массу m на молярную массу M:

Молярная масса углерода равна 12 г/моль (значение из таблицы Менделеева).

Тогда .

В соответствии с термохимическим уравнением при взаимодействии 1 моля С выделяется 76 кДж, тогда при взаимодействии 0,2 моля выделяется х кДж.

Данной пропорции соответствует уравнение:

1 моль × х = 76 кДж × 0,2 моля;

в) Для начала найдем количество вещества вступившего в реакцию водорода. Для этого разделим его объем V на молярный объем V_m:

Молярный объем любого вещества равен 22,4 л/моль.

Тогда .

В соответствии с термохимическим уравнением при взаимодействии 2 молей H выделяется 76 кДж, тогда при взаимодействии 0,1 моля выделяется х кДж.

Данной пропорции соответствует уравнение:

1 моль × х = 76 кДж × 0,1 моля;

Задача 2

В результате реакции, термохимическое уравнение которой —

2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г) + 484 кДж,

выделилось 1 360 кДж. Вычислите: а) объем (н. у.) вступившего в реакцию кислорода; б) массу образовавшейся воды.

Решение.

а) В соответствии с термохимическим уравнением при взаимодействии
1 моля кислорода выделяется 484 кДж, тогда при взаимодействии
х молей кислорода выделяется 1 360 кДж.

Этой пропорции соответствует уравнение:

1 моль × 1 360 кДж = 484 кДж × х молей;

Найдем объем вступившего в реакцию кислорода, воспользовавшись формулой:

V = n(H) × V_m, где V_m — молярный объем;

V(H) = 2,81 моля × 22,4 л/моль = 62,95 л.

б) В соответствии с термохимическим уравнением при взаимодействии
2 молей воды выделяется 484 кДж, тогда при взаимодействии
х молей кислорода выделяется 1 360 кДж.

Этой пропорции соответствует уравнение:

2 моля × 1 360 кДж = 484 кДж × х молей;

Найдем объем вступившего в реакцию кислорода, воспользовавшись формулой:

m(H₂O) = n(H₂O) × M(H₂O), где M — молярная масса;

M(H₂O) = 1 × 2 + 16 × 1 = 18 г/моль;

m(H₂O) = 5,62 моля × 18 г/моль = 101,16 г.

Еще больше задач, да еще и в интерактивном формате — на онлайн-курсах по химии в школе Skysmart.

Вопросы для самопроверки

Что такое тепловой эффект?
На какие типы делятся реакции по тепловому эффекту?
Приведите примеры реакций, которые протекают с выделением теплоты.
Какие уравнения называют термохимическими?
Рассчитайте количество теплоты, которая выделится при сгорании 0,7 моля метана. Термохимическое уравнение реакции:
CH₄ (г) + 2O₂ (г) = CO₂ (г) + 2H₂O (г) + 802 кДж.

Ученые: вода может образовываться в мантии Земли из кварца и водорода

Ученые: вода может образовываться в мантии Земли из кварца и водорода — Газета.Ru

В США заявили, что Украине грозит «афганский сценарий»
05:26

Широков считает, что российским футбольным арбитрам надо перенять манеру судейства…
05:25

Зеленский про удары по энергетике: «Мы отпразднуем Рождество, возможно…
05:22

Россиян в декабре больше всего раздражает загруженность на работе
05:00

Зеленский вручил Пелоси флаг Украины после выступления в конгрессе США
04:58

Зеленский намекнул США на возможность поставок танков и самолетов Украине
04:52

Байден пообещал, что США поставят Украине ЗРК Patriot и обучат военных использовать их
04:52

Месси хочет показать трофей ЧМ перед игрой «ПСЖ», но клуб опасается. ..
04:47

Экс-футболист «Зенита» Широков посоветовал Дзюбе перейти…
04:39

В РФ могут запретить деятельность иностранных агрегаторов грузоперевозок
04:34

30 января 2017, 17:07
Наука

100%

Вода могла быть не занесена на Землю из космоса, а образоваться в недрах самой планеты. Ученые считают, что такой процесс возможен в мантии, где присутствуют высокие температура и давление.

Благодаря воде наша планета из космоса выглядит голубой, вода — это то, на чем держится существование жизни на Земле, она покрывает 70% поверхности планеты. Однако, несмотря на распространенность молекул воды на Земле, ученые много десятилетий не могут прийти к консенсусу по поводу одного вопроса — откуда она взялась на Земле?

Марс микробам по зубам

Земные микробы смогли выжить в условиях низкого давления, напоминающих марсианские, питаясь водородом и…

17 января 19:57

Существуют две главные гипотезы ее происхождения на планете. Первая, более популярная в наши дни, предполагает, что вода имеет внеземное происхождение и была занесена на планету миллиарды лет назад кометами или содержащими воду астероидами. Вторая гипотеза допускает возможность земного происхождения воды или ее изначального существования в составе протопланетного диска, из материала которого образовалась наша планета.

В работе ученых 2015 года были продемонстрированы убедительные доказательства того, что вода на Земле могла происходить из протосолнечной туманности. Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, утверждает — вода могла образоваться на Земле за счет ее внутренних механизмов.

К такому выводу пришли ученые из Университета Саскачевана (Канада), использовав метод классической молекулярной динамики в компьютерных вычислениях.

Моделирование показало, что вода может образовываться в недрах Земли при определенных экстремальных условиях — высокой температуре и давлении, которые присутствуют в верхних слоях мантии.

«Это один из способов, которым вода может образовываться на Земле, — пояснил Джон Тсе, соавтор работы. — Мы показали, что образование воды возможно в естественных условиях Земли, а не за ее пределами». Сырьем для образования молекул воды в глубинах Земли может быть обыкновенный кварц, SiO2, один из наиболее распространенных минералов в земной коре и мантии. В обычных условиях кварц химически очень стабилен, однако в условиях верхней мантии, которая простирается от земной коры на глубину 410 км, он пребывает в разогретом состоянии, что позволяет ему вступать в химические реакции.

Плутон оказался Солярисом

Подо льдами Плутона плещется жидкий океан из воды и аммиака. К такому выводу пришли ученые, проанализировав…

17 ноября 14:51

Расчеты показали, что при температуре 1400 градусов и давлении 20 тыс. атмосфер кварц способен вступать в реакции с водородом, в результате чего получаются гидриды кремния и жидкая вода.

«И пока продолжается поступление водорода, можно предположить, что вода, образующаяся в этом процессе, могла служить поставщиком исходной воды», — считает Тсе. В 2014 году о возможности такого процесса говорили японские ученые, получившие интересные экспериментальные результаты. Однако расчеты команды Тсе показали, что жидкая вода должна образовываться не на поверхности кристаллов кварца, как предполагалось ранее, а внутри.

«Мы провели очень точную компьютерную симуляцию в условиях, близких к японскому эксперименту, и рассчитали ход реакции, — пояснил Тсе. — Жидкий водород проникает сквозь слои кварца и образует воду не на поверхности, а в толще минерала».

Поскольку эта вода не может выйти за пределы кварца по мере образования, она может становиться триггером сейсмической активности, считают геофизики.

«Образование и высвобождение воды под сверхвысоким давлением может становиться важным триггером землетрясений глубоко в литосфере, иногда довольно глубже коры», — считает глава Британской геологической службы Джон Ладден, который не принимал участия в исследовании.

Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Новости

Дзен

Картина дня

Зеленский в конгрессе: «Украина не упала, она живет и борется»

04:07

«Неуместно и цинично». В Москве отреагировали на обвинения главы МИД Франции в пропаганде

МИД России выразил протест французскому послу из-за высказываний Катрин Колонна о теракте в ЦАР

21.12.2022, 23:04

«Западу придется сделать намного больше». В Британии оценили оказываемую Киеву помощь

Sky News: при поставках оружия Украине Запад недооценил военные возможности России

21.12.2022, 19:42

Байден заявил о единстве США с Украиной против России