Номер 16, страница 289 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.16. При взаимодействии 12 л водорода и 8 л кислорода в определённых условиях выделилось 100 кДж теплоты. Сколько теплоты выделится при взаимодействии 12 л водорода с 3 л кислорода в этих же условиях?

Дано:

Эксперимент 1:

$V_1(H_2) = 12$ л

$V_1(O_2) = 8$ л

$Q_1 = 100$ кДж

Эксперимент 2:

$V_2(H_2) = 12$ л

$V_2(O_2) = 3$ л

Найти:

$Q_2$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия водорода с кислородом:

$2H_2(г) + O_2(г) \rightarrow 2H_2O(г)$

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях соотносятся как их стехиометрические коэффициенты. Для данной реакции соотношение объемов водорода и кислорода составляет 2:1.

$ \frac{V(H_2)}{V(O_2)} = \frac{2}{1} $

2. Проанализируем первый эксперимент. Дано 12 л водорода и 8 л кислорода. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим).

Для полного сгорания 12 л водорода требуется объем кислорода:

$ V_{теор}(O_2) = \frac{1}{2} V(H_2) = \frac{1}{2} \times 12 \text{ л} = 6 \text{ л} $

Поскольку в наличии имеется 8 л кислорода, что больше требуемых 6 л ($8 \text{ л} > 6 \text{ л}$), кислород находится в избытке, а водород полностью вступает в реакцию. Таким образом, в первом эксперименте прореагировало 12 л водорода и 6 л кислорода, при этом выделилось 100 кДж теплоты.

3. Проанализируем второй эксперимент. Дано 12 л водорода и 3 л кислорода. Определим лимитирующий реагент.

Для сжигания 3 л кислорода потребуется объем водорода:

$ V(H_2) = 2 \times V(O_2) = 2 \times 3 \text{ л} = 6 \text{ л} $

Поскольку в наличии имеется 12 л водорода, что больше требуемых 6 л ($12 \text{ л} > 6 \text{ л}$), водород находится в избытке, а кислород является лимитирующим реагентом. Это значит, что в реакцию вступят 3 л кислорода и 6 л водорода.

4. Рассчитаем количество теплоты ($Q_2$), которое выделится во втором эксперименте. Количество выделяемой теплоты прямо пропорционально количеству прореагировавших веществ. Мы можем составить пропорцию, используя данные первого эксперимента, где 12 л водорода прореагировали с выделением 100 кДж теплоты.

Во втором эксперименте реагирует только 6 л водорода (так как кислород в недостатке).

Составим пропорцию:

При реакции 12 л $H_2$ — выделяется 100 кДж теплоты

При реакции 6 л $H_2$ — выделяется $Q_2$ теплоты

$ \frac{12 \text{ л}}{100 \text{ кДж}} = \frac{6 \text{ л}}{Q_2} $

Отсюда находим $Q_2$:

$ Q_2 = \frac{6 \text{ л} \times 100 \text{ кДж}}{12 \text{ л}} = \frac{600}{12} \text{ кДж} = 50 \text{ кДж} $

Ответ: выделится 50 кДж теплоты.