Номер 34, страница 291 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.34. Энтальпия образования ${\mathrm{NH}}_3$ из простых веществ при стандартных условиях составляет 46 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи N–Н в молекуле аммиака, если энергии связей в молекулах ${\mathrm{H}}_2$ и ${\mathrm{N}}_2$ составляют соответственно 436 и 945 кДж/моль.

Дано:

Стандартная энтальпия образования аммиака ($NH_3$): $ \Delta H_{f}^{\circ}(NH_3) = 46 \text{ кДж/моль} $.
Примечание: Реакция образования аммиака из простых веществ (синтез Габера) является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла. Поэтому изменение энтальпии должно быть отрицательной величиной. В расчетах будем использовать $ \Delta H_{f}^{\circ}(NH_3) = -46 \text{ кДж/моль} $.

Энергия связи в молекуле водорода ($H_2$): $E_{H-H} = 436 \text{ кДж/моль}$.

Энергия связи в молекуле азота ($N_2$): $E_{N \equiv N} = 945 \text{ кДж/моль}$.

Найти:

Энергию связи $N-H$ в молекуле аммиака, $E_{N-H}$.

Решение:

Энтальпия образования вещества — это тепловой эффект реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ, находящихся в устойчивых стандартных состояниях.

Запишем уравнение реакции образования 1 моль аммиака из простых веществ (азота и водорода):

$ \frac{1}{2}N_2(г) + \frac{3}{2}H_2(г) \rightarrow NH_3(г) $

Тепловой эффект (энтальпия) реакции можно рассчитать через энергии связей реагентов и продуктов по формуле:

$ \Delta H_{реакции} = \sum E_{связей_{разорванных}} - \sum E_{связей_{образовавшихся}} $

В ходе реакции разрываются связи в молекулах реагентов и образуются новые связи в молекулах продуктов.

• Разорванные связи: $ \frac{1}{2} $ моль тройных связей $N \equiv N$ и $ \frac{3}{2} $ моль одинарных связей $H-H$.
• Образовавшиеся связи: в 1 моль молекул аммиака ($NH_3$) содержатся 3 моль одинарных связей $N-H$.

Подставим данные в формулу. Энтальпия данной реакции равна стандартной энтальпии образования аммиака, $ \Delta H_{f}^{\circ}(NH_3) $:

$ \Delta H_{f}^{\circ}(NH_3) = \left( \frac{1}{2} E_{N \equiv N} + \frac{3}{2} E_{H-H} \right) - (3 \cdot E_{N-H}) $

Теперь подставим числовые значения и решим уравнение относительно $E_{N-H}$:

$ -46 \text{ кДж/моль} = \left( \frac{1}{2} \cdot 945 \text{ кДж/моль} + \frac{3}{2} \cdot 436 \text{ кДж/моль} \right) - 3 \cdot E_{N-H} $

$ -46 = (472.5 + 654) - 3 \cdot E_{N-H} $

$ -46 = 1126.5 - 3 \cdot E_{N-H} $

Выразим $3 \cdot E_{N-H}$:

$ 3 \cdot E_{N-H} = 1126.5 + 46 $

$ 3 \cdot E_{N-H} = 1172.5 $

$ E_{N-H} = \frac{1172.5}{3} \approx 390.83 \text{ кДж/моль} $

Округляя до целого числа, получаем 391 кДж/моль.

Ответ: $391 \text{ кДж/моль}$.