Номер 26, страница 290 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.26. Имеются термохимические данные: ${\mathrm{Q}}_{\mathrm{обр}}\left(\mathrm{CuO}\right)=158 \mathrm{кДж}/\mathrm{моль},$ ${\mathrm{Q}}_{\mathrm{обр}}\left({\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}\right)=171 \mathrm{кДж}/\mathrm{моль}.$ Сколько теплоты требуется для полного разложения 32 г CuO до ${\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}$ при сильном нагревании?

Дано:

$Q_{обр}(CuO) = 158 \text{ кДж/моль}$

$Q_{обр}(Cu_2O) = 171 \text{ кДж/моль}$

$m(CuO) = 32 \text{ г}$

Найти:

$Q_{разл}$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции разложения оксида меди(II) до оксида меди(I). При сильном нагревании оксид меди(II) разлагается с образованием оксида меди(I) и кислорода. Уравняем реакцию:

$4CuO(тв) \rightarrow 2Cu_2O(тв) + O_2(г)$

2. Рассчитаем изменение энтальпии реакции ($\Delta H_{реакции}$) на основе стандартных энтальпий образования ($\Delta H_{обр}$) веществ. Энтальпия образования вещества связана с теплотой образования соотношением $\Delta H_{обр} = -Q_{обр}$. Энтальпия образования простого вещества в его устойчивом состоянии (в данном случае $O_2(г)$) равна нулю.

$\Delta H_{обр}(CuO) = -Q_{обр}(CuO) = -158 \text{ кДж/моль}$

$\Delta H_{обр}(Cu_2O) = -Q_{обр}(Cu_2O) = -171 \text{ кДж/моль}$

$\Delta H_{обр}(O_2) = 0 \text{ кДж/моль}$

Изменение энтальпии реакции рассчитывается по следствию из закона Гесса: разность между суммой энтальпий образования продуктов и суммой энтальпий образования реагентов, с учетом стехиометрических коэффициентов.

$\Delta H_{реакции} = \sum (\nu_{прод} \cdot \Delta H_{обр. прод}) - \sum (\nu_{реаг} \cdot \Delta H_{обр. реаг})$

$\Delta H_{реакции} = (2 \cdot \Delta H_{обр}(Cu_2O) + 1 \cdot \Delta H_{обр}(O_2)) - (4 \cdot \Delta H_{обр}(CuO))$

$\Delta H_{реакции} = (2 \text{ моль} \cdot (-171 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}}) + 0) - (4 \text{ моль} \cdot (-158 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}}))$

$\Delta H_{реакции} = -342 \text{ кДж} - (-632 \text{ кДж}) = -342 \text{ кДж} + 632 \text{ кДж} = 290 \text{ кДж}$

Положительное значение $\Delta H_{реакции}$ указывает на то, что реакция является эндотермической, то есть для ее протекания требуется поглощение тепла. Количество требуемой теплоты ($Q_{погл}$) равно значению $\Delta H_{реакции}$. Таким образом, для разложения 4 моль $CuO$ требуется 290 кДж теплоты.

Термохимическое уравнение реакции:

$4CuO + 290 \text{ кДж} \rightarrow 2Cu_2O + O_2$

3. Найдем количество вещества $CuO$ в 32 г. Для этого вычислим молярную массу $CuO$.

$M(Cu) \approx 64 \text{ г/моль}$

$M(O) = 16 \text{ г/моль}$

$M(CuO) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

Количество вещества $CuO$:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{32 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$

4. Составим пропорцию, чтобы найти теплоту, необходимую для разложения 0.4 моль $CuO$.

Для разложения 4 моль $CuO$ требуется 290 кДж теплоты.

Для разложения 0.4 моль $CuO$ требуется $Q_{разл}$ теплоты.

$\frac{4 \text{ моль}}{0.4 \text{ моль}} = \frac{290 \text{ кДж}}{Q_{разл}}$

$Q_{разл} = \frac{0.4 \text{ моль} \cdot 290 \text{ кДж}}{4 \text{ моль}} = 29 \text{ кДж}$

Ответ: для полного разложения 32 г CuO требуется 29 кДж теплоты.