11 przykładów reakcji egzotermicznych: szczegółowe wyjaśnienia

W tym artykule pokrótce omówiono „przykłady reakcji egzotermicznych”, różne rodzaje przykładów oraz niektóre problemy numeryczne z rozwiązaniami reakcji egzotermicznej.

Przykłady są-

  1. Reakcja spalania
  2. Reakcja neutralizacji
  3. Reakcja korozyjna
  4. Krystalizacja octanu sodu lub „gorącego lodu”
  5. Robienie kostek lodu
  6. Rozszczepienie jądrowe uranu (U-235)
  7. Oddychanie
  8. Tworzenie par jonowych
  9. Reakcja między wodą a chlorkiem wapnia
  10. Reakcja termita
  11. Rozkład warzyw na kompost
  12. Roztwór kwasu siarkowego i wody

Co to jest reakcja egzotermiczna?

Reakcja egzotermiczna jest definiowany w termodynamice jako jeden rodzaj reakcji, w której energia jest uwalniana w postaci ciepła (czasem w postaci światła, dźwięku lub elektryczności) z systemu do otoczenia.

Dla reakcji egzotermicznej zmiana entalpii (ΔH) jest ujemna (mniejsza od zera).

przykłady reakcji egzotermicznych
Schemat energetyczny reakcji egzotermicznej.
Kredytowych Image: Wikimedia Commons

Aby dowiedzieć się więcej, śledź: N2 polarny lub niepolarny: dlaczego, jak, charakterystyka i szczegółowe fakty

Reakcja spalania

Reakcja spalania jest dobrze znanym przykładem wysokotemperaturowej reakcji egzotermicznej. Spalanie jest zasadniczo reakcją chemiczną redoks, w której każdy związek utlenia się w obecności tlenu atmosferycznego i najczęściej otrzymuje się utlenione produkty gazowe.

Zrównoważone równanie spalania metanu jest napisane poniżej:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Reakcja neutralizacji

Reakcja neutralizacji to jeden z rodzajów reakcji, w którym kwas jest neutralizowany przez dodawanie kroplami zasady. To jest jeden rodzaj miareczkowania. Po neutralizacji brak nadmiaru H+ lub OH- jon pozostaje nieprzereagowany w medium reakcyjnym.  

Dla Reakcja neutralizacji, zmiana entalpii (ΔH) jest zawsze ujemna.

HCl+ NaOH = NaCl+H2O

Aby dowiedzieć się więcej, przejdź przez: Czy HBr jest jonowy czy kowalencyjny: Dlaczego? Jak, charakterystyka i szczegółowe fakty

Reakcja korozyjna

Korozja jest jednym z rodzajów reakcja utleniania w którym gaz zawierający tlen (powietrze) atakuje powierzchnię metalu, tworząc tlenek.

Rdzewienie żelaza jest jednym z rodzajów reakcji korozyjnych, ponieważ podczas rdzewienia metal żelazny jest utleniany przez tlen atmosferyczny w normalnej temperaturze w obecności wilgoci.

4Fe + 3O2 +2xH2O = 2Fe2O3.xH2O

Krystalizacja octanu sodu lub „gorącego lodu”

Stały trihydrat octanu sodu jest podgrzewany powyżej 330 K, a trzy cząsteczki krystalicznej wody zostają wyeliminowane, a bezwodny kryształ rozpuszcza się w wodzie.  Kryształ jest całkowicie rozpuszczony w 352K. Ciepło hydratacji trihydratu octanu sodu (ΔHhydra) wynosi powyżej 40 kcal/mol, co jest procesem endotermicznym. Tak więc proces odwrotny, krystalizacja jest procesem egzotermicznym.

Robienie kostek lodu

Tworzenie się lodu z wody jest przykładem zmiany fazy reakcja. Podczas tej fazy przemiany pewna ilość energii w postaci ciepła jest uwalniana do otoczenia. Woda zamarza poniżej 273K i traci pewną ilość energii w postaci ciepła do otoczenia, tworząc lód. Jeśli woda o temperaturze 273K zamarza i tworzy lód w tej samej temperaturze, ilość uwalnianej energii jest równa ciepłu utajonemu (80cal/g).

Aby dowiedzieć się więcej, śledź: Wiązanie peptydowe a wiązanie dwusiarczkowe: analiza porównawcza i fakty

Rozszczepienie jądrowe uranu (U-235)

Rozszczepienie jądrowe generuje dużą ilość energii, ponieważ w rozszczepieniu jądrowym masa jest zamieniana na energię zgodnie z tym prawem ΔE= Δm×c2. W reakcji rozszczepienia następuje rozszczepienie jądra dowolnego atomu na dwa małe atomy składowe poprzez atakowanie neutronu (0n1). To także jest przykład łańcucha reakcja, jak na każdym etapie rozszczepienia jądra atomowego, generowany jest neutron i ten nowo wytwarzający się neutron może zaatakować inne jądro uranu.

obraz 112
Rozszczepienia jądrowego.
Kredytowych Image: Wikimedia Commons

Oddychanie

Aerobik i oddychanie beztlenowe występuje w mitochondriach w komórce i wytwarza energię cieplną, która pomaga w różnych czynnościach biologicznych w żywym organizmie. Tak więc na liście egzotermicznych przykład reakcji należy uwzględnić oddychanie. 38 uwolnień ATP i 2 ATP na cząsteczkę glukozy w oddychaniu tlenowym i beztlenowym. W przypadku oddychania tlenowego, gdy glukoza (produkt spożywczy) jest utleniana tlenem, uwalniana jest energia prawie 3000 KJ/mol.

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6H2O+ Energia

Tworzenie par jonowych

Tworzenie par jonów lub asocjacja jonów jest definiowana jako sytuacja, w której dwa jony o przeciwnych ładunkach elektrycznych stykają się ze sobą w roztworze i tworzą odrębną jednostkę chemiczną. Te dwa jony naładowane dodatnio i ujemnie stykają się ze sobą w wyniku siły przyciągania elektrostatycznego między nimi. Podczas tworzenia tej odrębnej jednostki jonowej ilość uwolnionej energii i ΔH staje się ujemna.

Aby dowiedzieć się więcej, sprawdź: Tworzenie wiązań peptydowych: jak, dlaczego, gdzie, wyczerpujące fakty na ten temat

Reakcja między wodą a chlorkiem wapnia

Mieszanie chlorku wapnia (CaCl2) z wodą daje ogromną ilość energii, a co za tym idzie przykład chemicznej reakcji egzotermicznej. Chlorowodorowy kwas i tlenek wapnia są otrzymywane jako produkt.

CaCl2 + H2O = Ca(OH)2 +HCl

Reakcja termita

Reakcja tlenek żelazawy z aluminium nazywa się reakcją termitową, a mieszanina tych dwóch związków jest znana jako termit. Te dwa reagenty muszą być w postaci proszku. Ta reakcja na ogół uwalnia dużą ilość energii z tlenkiem glinu, pierwiastkowym żelazem i światłem.

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Rozkład warzyw na kompost

Rozkład ten jest dokonywany przez drobnoustroje i wymaga większej ilości energii na zerwanie wiązań chemicznych obecnych w tych warzywach. Ta reakcja również przebiega drogą egzotermiczną.

Roztwór kwasu siarkowego i wody

Kwas siarkowy błyskawicznie reaguje z wodą i jest to reakcja silnie egzotermiczna. Dlatego do zlewki nie wlewa się stężonego kwasu siarkowego, lecz powoli dodaje się go do wody. Po dodaniu wody do kwasu zacznie wrzeć, a temperatura w krótkim czasie osiągnie bardzo wysoką wartość.

Poniżej omówiono różne problemy numeryczne dotyczące reakcji egzotermicznej:

1. Rozważ reakcję tworzenia się wody. 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O(g). Energia dysocjacji wiązania wiązania HH wiązania O=O i wiązania OH wynosi odpowiednio 105 kcal/mol i 119 kcal/mol 110 kcal/mol. Oblicz ilość energii pochłoniętej i uwolnionej i określ ją jako reakcję egzotermiczną lub endotermiczną.

Odpowiedź: Zrównoważone równanie tworzenia wody to:

2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O(g).

Po stronie reagenta całkowita energia reagentów =2 (wiązanie H-H) + 1 (wiązanie O=O) = {(2 ×105) + 119} kcal/mol = 329 kcal/mol

Po stronie produktu całkowita energia posiadana przez cząsteczkę wody = 4(wiązanie OH)

= (4×110) kcal/mol = 440 kcal/mol Zmiana entalpii (ΔH) = entalpia zerwania wiązania – entalpia tworzenia wiązania = (329-440) kcal/mol. = -111 kcal/mol

Jest to więc reakcja egzotermiczna (zmiana entalpii jest ujemna).

2. Oblicz uwolnioną energię w następującej reakcji rozszczepienia jądra: 238Ty = 95Pan + 140 Xe + 3n.

Masa atomowa 238U= 238.050784 amu, 95Sr = 94.919388 amu, 140Xe = 139.921610 amu i masa neutronu (0n1) = 1.008665 amu.

Odpowiedź: Masa produktów = {94.919388 + 139.921610 + (3×1.008665)} amu = 237.866993 amu. Masa reagenta = 238.050784 amu Defekt masy = (238.050784 – 237.866993) amu = 0.183791 amu. Energia uwolniona w wyniku defektu masy = Δm×c2 = 171.20 MeV.

3.Oblicz del H dla reakcji - 2NO2 (g) = N2 (g) + 22 (G)

Zmiany entalpii dla reakcji podanej poniżej:

2NO (g) = N2 (g) + O2 (g) ΔH = -180.5 KJ NIE2 (g) = NIE (g) + (1/2) O2 ΔH = 57.06 KJ

Odpowiedź: 2NO (g) = N2 (g) + O2 (g)                                                                                                                              (2nd reakcja× 2) NIE2 (g) = NIE (g) + (1/2) O2

Wynikowe równanie będzie = 2NO2 (g) = N2 (g) + 22 (g) Zatem zmiana entalpii tej reakcji wynosi (ΔH) = {-180.5 + (2×57.06)} KJ = -66.38 KJ.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Jak można zwiększyć szybkość reakcji egzotermicznej?

Odpowiedź: Reakcja egzotermiczna lub endotermiczna zależy od temperatury. Jeśli temperatura medium reakcyjnego zostanie zwiększona, to zwiększy się zakres reakcji egzotermicznej.

Jaka jest różnica między reakcją egzotermiczną a endotermiczną?

Reakcja endotermicznaReakcja egzotermiczna
Reakcja endotermiczna pochłania energięReakcja egzotermiczna uwalnia energię.
Zmiana entalpii (ΔH) jest dodatnia.Zmiana entalpii (ΔH) jest ujemna.
Spadek temperatury zwiększa szybkość reakcjiWzrost temperatury sprzyja reakcji postępowej.

Jaka jest zmiana entropii dla reakcji egzotermicznej?

 Odpowiedź: W przypadku reakcji egzotermicznej entropia otoczenia zawsze wzrasta, gdy energia jest uwalniana z systemu do otoczenia.

Przeczytaj także: