Номер 39, страница 292 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.39. При образовании 35 л углекислого газа из графита и кислорода (при 25 °C и нормальном давлении) выделилось 563 кДж теплоты. Испарение одного моля графита требует затраты энергии 705 кДж/моль. Средняя энергия связи С=О в молекуле углекислого газа равна 798 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи O=O в молекуле кислорода.

Дано:

Объем образовавшегося углекислого газа $V(CO_2) = 35$ л
Температура $t = 25$ °С
Давление $P = $ нормальное (1 атм)
Выделившаяся теплота $Q = 563$ кДж
Энергия испарения (сублимации) графита $\Delta H_{субл}(C) = 705$ кДж/моль
Средняя энергия связи C=O в $CO_2$ $E_{св}(C=O) = 798$ кДж/моль
Универсальная газовая постоянная $R = 8.314$ Дж/(моль·К)

$V(CO_2) = 35 \times 10^{-3}$ м³
$T = 25 + 273.15 = 298.15$ К
$P = 1$ атм $= 101325$ Па
$Q = 563 \times 10^3$ Дж
$\Delta H_{субл}(C) = 705 \times 10^3$ Дж/моль
$E_{св}(C=O) = 798 \times 10^3$ Дж/моль

Найти:

Энергию связи O=O в молекуле кислорода, $E_{св}(O=O)$.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции образования углекислого газа из графита и кислорода: $C(графит) + O_2(г) \rightarrow CO_2(г)$

2. Найдем количество вещества ($n$) образовавшегося углекислого газа, используя уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона): $PV = nRT$ $n(CO_2) = \frac{PV}{RT} = \frac{101325 \text{ Па} \cdot 35 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3}{8.314 \frac{\text{Дж}}{\text{моль} \cdot \text{К}} \cdot 298.15 \text{ К}} \approx 1.4306$ моль

3. Рассчитаем молярную энтальпию реакции ($\Delta H_р$). Поскольку в ходе реакции теплота выделяется, энтальпия реакции имеет отрицательный знак. Эта величина соответствует стандартной энтальпии образования $CO_2$. $\Delta H_р = -\frac{Q}{n(CO_2)} = -\frac{563 \text{ кДж}}{1.4306 \text{ моль}} \approx -393.54$ кДж/моль

4. Энтальпию реакции можно выразить через энергии связей. Общее изменение энтальпии равно разнице между энергией, затраченной на разрыв связей в реагентах, и энергией, выделившейся при образовании связей в продуктах. Необходимо учесть, что графит является твердым веществом, и для перевода его в газообразное состояние атомов требуется энергия сублимации.

Тепловой эффект реакции ($\Delta H_р$) можно рассчитать по следующей формуле, учитывая все стадии: $\Delta H_р = (\Delta H_{субл}(C) + E_{св}(O=O)) - (2 \cdot E_{св}(C=O))$

5. Выразим из этого уравнения искомую энергию связи $E_{св}(O=O)$: $E_{св}(O=O) = \Delta H_р - \Delta H_{субл}(C) + 2 \cdot E_{св}(C=O)$

6. Подставим числовые значения и произведем расчет: $E_{св}(O=O) = (-393.54 \text{ кДж/моль}) - (705 \text{ кДж/моль}) + 2 \cdot (798 \text{ кДж/моль})$ $E_{св}(O=O) = -393.54 - 705 + 1596$ $E_{св}(O=O) = -1098.54 + 1596 = 497.46$ кДж/моль

Ответ: $497.46$ кДж/моль.