Номер 51, страница 294 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.51. В таблице приведены значения энтальпий образования и растворения в воде некоторых соединений:

Используя эти данные, рассчитайте: а) энтальпию реакции нейтрализации; б) энтальпию растворения ${\mathrm{NaNO}}_3.$

Дано:

Найти:

а) $\Delta H_{нейтр}$ - энтальпию реакции нейтрализации

б) $\Delta H_{раств, NaNO_3}$ - энтальпию растворения NaNO₃

Решение:

а) энтальпию реакции нейтрализации

Реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в водном растворе описывается ионным уравнением $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}$. Рассчитаем ее энтальпию на примере реакции гидроксида натрия и соляной кислоты, для которых есть все данные:

$NaOH_{(aq)} + HCl_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Согласно следствию из закона Гесса, энтальпия реакции ($\Delta H_{реакции}$) равна разности сумм энтальпий образования продуктов и реагентов:

$\Delta H_{нейтр} = \sum \Delta H_{обр, \text{продуктов}} - \sum \Delta H_{обр, \text{реагентов}}$

$\Delta H_{нейтр} = (\Delta H_{обр, NaCl(aq)} + \Delta H_{обр, H_2O(ж)}) - (\Delta H_{обр, NaOH(aq)} + \Delta H_{обр, HCl(aq)})$

Энтальпии образования веществ в водном растворе ($\Delta H_{обр, (aq)}$) можно рассчитать, зная энтальпию образования чистого вещества и энтальпию его растворения ($\Delta H_{раств}$):

$\Delta H_{обр, (aq)} = \Delta H_{обр, \text{чистого вещества}} + \Delta H_{раств}$

Рассчитаем необходимые значения энтальпий образования в растворе:

$\Delta H_{обр, NaOH(aq)} = \Delta H_{обр, NaOH(тв)} + \Delta H_{раств, NaOH} = -425,6 + (-44,5) = -470,1$ кДж/моль

$\Delta H_{обр, HCl(aq)} = \Delta H_{обр, HCl(г)} + \Delta H_{раств, HCl} = -92,3 + (-74,8) = -167,1$ кДж/моль

$\Delta H_{обр, NaCl(aq)} = \Delta H_{обр, NaCl(тв)} + \Delta H_{раств, NaCl} = -411,1 + 3,9 = -407,2$ кДж/моль

Энтальпия образования жидкой воды дана в таблице: $\Delta H_{обр, H_2O(ж)} = -285,8$ кДж/моль.

Теперь подставим все значения в формулу для энтальпии нейтрализации:

$\Delta H_{нейтр} = (-407,2 + (-285,8)) - (-470,1 + (-167,1)) = -693,0 - (-637,2) = -55,8$ кДж/моль

Ответ: энтальпия реакции нейтрализации равна $-55,8$ кДж/моль.

б) энтальпию растворения NaNO₃

Для нахождения энтальпии растворения нитрата натрия ($\Delta H_{раств, NaNO_3}$) воспользуемся реакцией нейтрализации гидроксида натрия азотной кислотой:

$NaOH_{(aq)} + HNO_{3(aq)} \rightarrow NaNO_{3(aq)} + H_2O_{(l)}$

Так как это тоже реакция нейтрализации сильного основания и сильной кислоты, ее энтальпия будет равна энтальпии нейтрализации, рассчитанной в пункте а): $\Delta H_{реакции} = \Delta H_{нейтр} = -55,8$ кДж/моль.

Запишем для этой реакции уравнение на основе закона Гесса:

$\Delta H_{нейтр} = (\Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} + \Delta H_{обр, H_2O(ж)}) - (\Delta H_{обр, NaOH(aq)} + \Delta H_{обр, HNO_3(aq)})$

Из этого уравнения мы можем выразить энтальпию образования нитрата натрия в водном растворе $\Delta H_{обр, NaNO_3(aq)}$.

Предварительно рассчитаем энтальпию образования азотной кислоты в водном растворе:

$\Delta H_{обр, HNO_3(aq)} = \Delta H_{обр, HNO_3(ж)} + \Delta H_{раств, HNO_3} = -174,1 + (-33,3) = -207,4$ кДж/моль

Энтальпия образования NaOH(aq) была найдена в пункте а): $\Delta H_{обр, NaOH(aq)} = -470,1$ кДж/моль.

Выразим и рассчитаем $\Delta H_{обр, NaNO_3(aq)}$:

$-55,8 = (\Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} + (-285,8)) - (-470,1 + (-207,4))$

$-55,8 = \Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} - 285,8 - (-677,5)$

$-55,8 = \Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} + 391,7$

$\Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} = -55,8 - 391,7 = -447,5$ кДж/моль

Теперь, зная энтальпию образования $NaNO_3$ в твердом виде и в водном растворе, найдем энтальпию растворения:

$\Delta H_{раств, NaNO_3} = \Delta H_{обр, NaNO_3(aq)} - \Delta H_{обр, NaNO_3(тв)}$

$\Delta H_{раств, NaNO_3} = -447,5 - (-466,7) = -447,5 + 466,7 = 19,2$ кДж/моль

Ответ: энтальпия растворения $NaNO_3$ равна $19,2$ кДж/моль.