Номер 3, страница 288 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.3. Реакция нейтрализации в водном растворе описывается термохимическим уравнением:

${\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{p}-\mathrm{p}) + {\mathrm{OH}}^{-}(\mathrm{p}-\mathrm{p}) = {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{ж}\right) + 56 \mathrm{кДж}$

Сколько теплоты выделится при взаимодействии раствора, содержащего 3,7 г гидроксида кальция, с избытком азотной кислоты?

Дано:

m(Ca(OH)₂) = 3,7 г

Термохимическое уравнение: H⁺(р-р) + OH⁻(р-р) = H₂O(ж) + 56 кДж

Азотная кислота (HNO₃) в избытке

Найти:

Q — ?

Решение:

1. Сначала напишем уравнение реакции нейтрализации между гидроксидом кальция (основание) и азотной кислотой (кислота):

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

2. Данное в условии термохимическое уравнение H⁺ + OH⁻ = H₂O + 56 кДж является сокращенным ионным уравнением для реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием. Оно показывает, что при образовании 1 моль воды из ионов H⁺ и OH⁻ выделяется 56 кДж теплоты.

3. Чтобы найти количество выделившейся теплоты, необходимо рассчитать количество вещества (в молях) реагента, который находится в недостатке. По условию, азотная кислота в избытке, значит расчет ведем по гидроксиду кальция.

Найдем молярную массу гидроксида кальция Ca(OH)₂:

$M(\text{Ca(OH)}_2) = M(\text{Ca}) + 2 \times (M(\text{O}) + M(\text{H})) = 40,08 + 2 \times (16,00 + 1,01) \approx 74,1 \text{ г/моль}$

Для упрощения расчетов часто используют округленные значения: $M(\text{Ca(OH)}_2) = 40 + 2 \times (16 + 1) = 74 \text{ г/моль}$.

Теперь вычислим количество вещества гидроксида кальция:

$n(\text{Ca(OH)}_2) = \frac{m(\text{Ca(OH)}_2)}{M(\text{Ca(OH)}_2)} = \frac{3,7 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. Гидроксид кальция является двухосновным основанием и при диссоциации в воде образует два гидроксид-иона на каждую формульную единицу:

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻

Следовательно, количество моль гидроксид-ионов будет в два раза больше, чем количество моль гидроксида кальция:

$n(\text{OH}^-) = 2 \times n(\text{Ca(OH)}_2) = 2 \times 0,05 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

5. Так как кислота в избытке, все 0,1 моль гидроксид-ионов вступят в реакцию нейтрализации. Используя данные из термохимического уравнения, составим пропорцию, чтобы найти общее количество выделившейся теплоты Q:

При реакции 1 моль OH⁻ выделяется 56 кДж теплоты.

При реакции 0,1 моль OH⁻ выделяется Q кДж теплоты.

Отсюда:

$Q = 0,1 \text{ моль} \times \frac{56 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 5,6 \text{ кДж}$

Ответ: выделится 5,6 кДж теплоты.