Условие
Даны две записи. Первая: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + 484 кДж. Вторая: N₂ + O₂ → 2NO − 180 кДж. Определите, какая реакция экзотермическая, а какая эндотермическая. Каким будет тепловой эффект обратных реакций? Почему смесь водорода и кислорода можно хранить, хотя реакция между ними очень выгодна?
Что известно и что ищем
- Известны два уравнения с указанными тепловыми эффектами.
- Ищем классификацию реакций и тепловые эффекты обратных реакций.
- Отдельный вопрос — про энергию активации: почему выгодная реакция не идёт сама по себе.
Ход решения
- Шаг 1. Определяем тип по знаку теплового эффекта. Теплота стоит в правой части со знаком плюс, значит реакция отдаёт энергию, то есть экзотермическая. Во второй записи теплота стоит со знаком минус, значит энергия поглощается — реакция эндотермическая.
- Шаг 2. Переходим к обратным реакциям. Меняем направление — и теплота меняет знак: разложение воды на водород и кислород будет эндотермическим и потребует столько же энергии, сколько выделилось при образовании воды. Разложение оксида азота(II) на азот и кислород, наоборот, станет экзотермическим.
- Шаг 3. Фиксируем важную закономерность: тепловой эффект обратной реакции равен по величине тепловому эффекту прямой и противоположен по знаку. Никаких новых чисел считать не нужно.
- Шаг 4. Отвечаем на вопрос про хранение смеси. Реакция водорода с кислородом действительно выгодна: продукты лежат «ниже по энергии», чем исходные вещества. Но чтобы реакция началась, молекулам нужно преодолеть барьер — энергию активации. При обычных условиях этот барьер слишком высок, поэтому смесь хранится, а для запуска нужна искра или катализатор.
- Шаг 5. Собираем вывод: «выгодно» и «быстро» — разные характеристики. Тепловой эффект говорит, куда система стремится энергетически, а энергия активации — сможет ли она туда попасть сама.
Проверь себя
- Ответ: первая реакция экзотермическая, вторая эндотермическая; у обратных реакций тепловые эффекты те же по модулю и противоположны по знаку; смесь устойчива из-за высокой энергии активации.
- Проверка вывода: знак теплового эффекта обратной реакции получили сменой направления, а не новым расчётом.
- Ловушка: считать, что эндотермическая реакция «не идёт» или «невозможна». Она идёт, но только с постоянным притоком энергии.
Как объяснить ребёнку
«Экзотермическая реакция — это как скатиться с горки: внизу энергия меньше, лишняя ушла в тепло. Но если у горки отвесный обрыв, без толчка ты не прыгнешь. Энергия активации — высота обрыва, а искра — тот самый толчок. Обратная реакция — это подъём на ту же горку: придётся потратить ровно столько, сколько получил при спуске».
Тема для отчёта родителю
«Экзо- и эндотермические реакции: знак теплового эффекта и энергия активации».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.