Условие задачи

Тепловые эффекты образования хлоридов алюминия и меди (II) соответственно равны 704,2 кДж/моль и 215,6 кДж/моль. Составьте термохимическое уравнение реакции взаимодействия алюминия с раствором хлорида меди.

Решение

Дисциплина – термохимия (также можно отнести к физической химии). Здесь нам дано тепловые эффекты образования (то есть стандартные энтальпии образования, ΔHƒ) двух хлоридов: алюминия и меди(II). Обычно энтальпии образования элементов в стандартном состоянии равны нулю. Поэтому реакции образования выглядят так:

Алюминий: Al (s) + 3/2 Cl₂ (g) → AlCl₃ (aq) ΔHƒ = –704,2 кДж/моль
Медь(II): Cu (s) + Cl₂ (g)/2 → CuCl₂ (aq) ΔHƒ = –215,6 кДж/моль

Заметим, что тепловой эффект образования дают по модулю, а поскольку эти процессы экзотермические, принято ставить минус перед значением.

Рассмотрим реакцию обмена, когда алюминий реагирует с раствором хлорида меди(II):

2 Al (s) + 3 CuCl₂ (aq) → 2 AlCl₃ (aq) + 3 Cu (s)

Проверим баланс элементов:
Al: 2 с обеих сторон;
Cu: 3 с обеих сторон;
Cl: 3×2 = 6 на левой стороне, 2×3 = 6 на правой.

Чтобы определить тепловой эффект данной реакции (ΔH₍реакц₎), воспользуемся схемой расчёта через энтальпии образования по следующему правилу:

ΔH₍реакц₎ = Σ [ν · ΔHƒ (продукты)] – Σ [ν · ΔHƒ (реагенты)]

При этом для элементов ΔHƒ = 0.

В данной реакции:
Продукты: 2 AlCl₃ (aq), каждое с ΔHƒ = –704,2 кДж/моль, а также 3 Cu (s) (ΔHƒ = 0).
Реагенты: 3 CuCl₂ (aq) с ΔHƒ = –215,6 кДж/моль и 2 Al (s) (ΔHƒ = 0).

Подставляем:
ΔH₍реакц₎ = [2 · (–704,2) + 3 · 0] – [3 · (–215,6) + 2 · 0]
= (–1408,4) – (–646,8)
= –1408,4 + 646,8
= –761,6 кДж

Таким образом, термохимическое уравнение реакции с указанием теплового эффекта выглядит следующим образом:

2 Al (s) + 3 CuCl₂ (aq) → 2 AlCl₃ (aq) + 3 Cu (s), ΔH = –761,6 кДж

Это и есть подробное решение задачи в рамках термохимии, где учтены понятия стандартной энтальпии образования и закон Гесса.