Номер 33, страница 291 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.33. Энергия связи N–F в молекуле ${\mathrm{NF}}_3$ составляет 281 кДж/моль. Рассчитайте энтальпию образования трифторида азота из простых веществ, если энергии связей в молекулах ${\mathrm{N}}_2$ и ${\mathrm{F}}_2$ составляют соответственно 945 и 159 кДж/моль.

Дано:

Энергия связи $N-F$ в молекуле $NF_3$: $E(N-F) = 281 \text{ кДж/моль}$
Энергия связи в молекуле $N_2$: $E(N \equiv N) = 945 \text{ кДж/моль}$
Энергия связи в молекуле $F_2$: $E(F-F) = 159 \text{ кДж/моль}$

$E(N-F) = 281 \times 10^3 \text{ Дж/моль}$
$E(N \equiv N) = 945 \times 10^3 \text{ Дж/моль}$
$E(F-F) = 159 \times 10^3 \text{ Дж/моль}$

Найти:

Энтальпию образования трифторида азота, $\Delta H_f^\circ(NF_3)$.

Решение:

Энтальпия образования вещества ($\Delta H_f^\circ$) — это тепловой эффект реакции образования 1 моля данного вещества из простых веществ, находящихся в их наиболее устойчивых стандартных состояниях. Для трифторида азота $NF_3$ уравнение реакции образования из простых веществ (газообразного азота $N_2$ и газообразного фтора $F_2$) имеет вид:

$\frac{1}{2}N_2(г) + \frac{3}{2}F_2(г) \rightarrow NF_3(г)$

Энтальпию реакции ($\Delta H_r$) можно оценить по энергиям химических связей. Она равна разности суммарных энергий связей, разрываемых в молекулах исходных веществ, и суммарных энергий связей, образующихся в молекулах продуктов:

$\Delta H_r = \sum E_{связей\ в\ реагентах} - \sum E_{связей\ в\ продуктах}$

Поскольку в уравнении реакции образуется 1 моль $NF_3$, энтальпия этой реакции будет равна стандартной энтальпии образования трифторида азота: $\Delta H_f^\circ(NF_3) = \Delta H_r$.

1. Рассчитаем суммарную энергию, затрачиваемую на разрыв связей в реагентах. Для образования 1 моля $NF_3$ необходимо разорвать связи в $\frac{1}{2}$ моля $N_2$ и в $\frac{3}{2}$ моля $F_2$.

В молекуле азота $N_2$ одна тройная связь $N \equiv N$. В молекуле фтора $F_2$ одна одинарная связь $F-F$.

$\sum E_{связей\ в\ реагентах} = \frac{1}{2} \cdot E(N \equiv N) + \frac{3}{2} \cdot E(F-F)$

$\sum E_{связей\ в\ реагентах} = \frac{1}{2} \cdot 945 \text{ кДж/моль} + \frac{3}{2} \cdot 159 \text{ кДж/моль} = 472.5 \text{ кДж} + 238.5 \text{ кДж} = 711 \text{ кДж}$

2. Рассчитаем суммарную энергию, выделяющуюся при образовании связей в продуктах. При образовании 1 моля $NF_3$ образуется 3 моля связей $N-F$.

$\sum E_{связей\ в\ продуктах} = 3 \cdot E(N-F)$

$\sum E_{связей\ в\ продуктах} = 3 \cdot 281 \text{ кДж/моль} = 843 \text{ кДж}$

3. Теперь рассчитаем энтальпию образования $NF_3$.

$\Delta H_f^\circ(NF_3) = \sum E_{связей\ в\ реагентах} - \sum E_{связей\ в\ продуктах}$

$\Delta H_f^\circ(NF_3) = 711 \text{ кДж} - 843 \text{ кДж} = -132 \text{ кДж/моль}$

Ответ: энтальпия образования трифторида азота составляет -132 кДж/моль.