Номер 35, страница 292 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.35. Энергия связи между атомами азота составляет 945,3 кДж/моль в молекуле азота и 160,1 кДж/моль в молекуле гидразина, энергия связи Н–Н в молекуле водорода равна 436,0 кДж/моль. Найдите энергию связи N–Н в молекуле гидразина (в кДж/моль, с точностью до целы х), если его энтальпия образования составляет ${∆}_{\mathrm{f}}H\left({\mathrm{N}}_2{\mathrm{H}}_{\left(\mathrm{газ}\right)}\right)$ = 95,3 кДж/моль.

Дано:
Энергия связи $N≡N$ в молекуле азота $E(N≡N) = 945,3$ кДж/моль
Энергия связи $N-N$ в молекуле гидразина $E(N-N) = 160,1$ кДж/моль
Энергия связи $H-H$ в молекуле водорода $E(H-H) = 436,0$ кДж/моль
Стандартная энтальпия образования газообразного гидразина $\Delta_f H(N_2H_{4(\text{газ})}) = 95,3$ кДж/моль

$E(N≡N) = 945,3 \text{ кДж/моль} = 945300 \text{ Дж/моль}$
$E(N-N) = 160,1 \text{ кДж/моль} = 160100 \text{ Дж/моль}$
$E(H-H) = 436,0 \text{ кДж/моль} = 436000 \text{ Дж/моль}$
$\Delta_f H(N_2H_{4(\text{газ})}) = 95,3 \text{ кДж/моль} = 95300 \text{ Дж/моль}$

Найти:
Энергию связи $N-H$ в молекуле гидразина, $E(N-H)$, в кДж/моль.

Решение:

Энтальпия реакции образования 1 моль гидразина из простых веществ в их стандартных состояниях (газообразные азот $N_2$ и водород $H_2$) равна стандартной энтальпии образования гидразина. Запишем уравнение реакции:$$ N_2(\text{газ}) + 2H_2(\text{газ}) \rightarrow N_2H_4(\text{газ}) $$Энтальпия данной реакции $\Delta H_{р-ции} = \Delta_f H(N_2H_{4(\text{газ})}) = 95,3$ кДж/моль.

С другой стороны, энтальпию реакции можно рассчитать, используя энергии химических связей. Она равна разности суммарной энергии связей, которые разрываются в исходных веществах, и суммарной энергии связей, которые образуются в продуктах реакции.$$ \Delta H_{р-ции} = \sum E_{связей_{разорванных}} - \sum E_{связей_{образовавшихся}} $$

В ходе реакции в реагентах разрываются: одна тройная связь $N≡N$ в молекуле $N_2$ и две одинарные связи $H-H$ в двух молекулах $H_2$.
Суммарная энергия разорванных связей:$$ \sum E_{связей_{разорванных}} = E(N≡N) + 2 \cdot E(H-H) $$

В продуктах реакции образуется молекула гидразина $N_2H_4$. Её структурная формула $H_2N-NH_2$. В одной молекуле гидразина образуются: одна одинарная связь $N-N$ и четыре одинарные связи $N-H$.
Суммарная энергия образовавшихся связей:$$ \sum E_{связей_{образовавшихся}} = E(N-N) + 4 \cdot E(N-H) $$

Объединим все в одно уравнение:$$ \Delta H_{р-ции} = (E(N≡N) + 2 \cdot E(H-H)) - (E(N-N) + 4 \cdot E(N-H)) $$Подставим известные значения в уравнение. Для удобства будем вести расчеты в кДж/моль.$$ 95,3 = (945,3 + 2 \cdot 436,0) - (160,1 + 4 \cdot E(N-H)) $$$$ 95,3 = (945,3 + 872,0) - (160,1 + 4 \cdot E(N-H)) $$$$ 95,3 = 1817,3 - 160,1 - 4 \cdot E(N-H) $$$$ 95,3 = 1657,2 - 4 \cdot E(N-H) $$Теперь выразим и найдем искомую величину $E(N-H)$:$$ 4 \cdot E(N-H) = 1657,2 - 95,3 $$$$ 4 \cdot E(N-H) = 1561,9 $$$$ E(N-H) = \frac{1561,9}{4} $$$$ E(N-H) = 390,475 \text{ кДж/моль} $$

Согласно условию, результат необходимо округлить до целых.$$ E(N-H) \approx 390 \text{ кДж/моль} $$Ответ: 390 кДж/моль.