Номер 52, страница 295 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.52. Энтальпии образования оксидов меди составляют:

${∆}_{\mathrm{f}} H\mathit{ }\left(\mathrm{CuO}\right)$ = -162 кДж/моль; ${∆}_{\mathrm{f}} H\mathit{ }\left({\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}\right)$ = –174 кДж/моль.

Кроме того, известно изменение энтальпии в реакции:

${\mathrm{Cu}}_4{\mathrm{O}}_3=2\mathrm{CuO}+{\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O},$ $∆H_1 = -23$ кДж/моль.

Рассчитайте изменение энтальпии (кДж/моль) в реакции:

${\mathrm{Cu}}_4{\mathrm{O}}_3+0,5{\mathrm{O}}_2=4\mathrm{CuO}$

Дано:

Стандартная энтальпия образования оксида меди(II): $\Delta_f H(\text{CuO}) = -162 \text{ кДж/моль}$
Стандартная энтальпия образования оксида меди(I): $\Delta_f H(\text{Cu}_2\text{O}) = -174 \text{ кДж/моль}$
Изменение энтальпии для реакции (1): $\text{Cu}_4\text{O}_3 = 2\text{CuO} + \text{Cu}_2\text{O}$, $\Delta H_1 = -23 \text{ кДж/моль}$

Все данные уже представлены в единицах, производных от СИ (кДж/моль), поэтому перевод в другие единицы не требуется.

Найти:

Изменение энтальпии $\Delta H_2$ (кДж/моль) в реакции (2): $\text{Cu}_4\text{O}_3 + 0,5\text{O}_2 = 4\text{CuO}$

Решение:

Для решения задачи воспользуемся следствием из закона Гесса, согласно которому тепловой эффект (изменение энтальпии) химической реакции равен разности между суммой стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ, с учётом их стехиометрических коэффициентов.

Общая формула:
$\Delta_r H^\circ = \sum (\nu_{\text{прод}} \cdot \Delta_f H^\circ_{\text{прод}}) - \sum (\nu_{\text{реаг}} \cdot \Delta_f H^\circ_{\text{реаг}})$
где $\nu$ — стехиометрические коэффициенты, а $\Delta_f H^\circ$ — стандартная энтальпия образования.

1. Найдем стандартную энтальпию образования $\Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3)$.
Запишем уравнение для изменения энтальпии реакции (1) $\text{Cu}_4\text{O}_3 = 2\text{CuO} + \text{Cu}_2\text{O}$:
$\Delta H_1 = [2 \cdot \Delta_f H(\text{CuO}) + 1 \cdot \Delta_f H(\text{Cu}_2\text{O})] - [1 \cdot \Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3)]$

Выразим из этого уравнения искомую энтальпию образования $\Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3)$:
$\Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3) = [2 \cdot \Delta_f H(\text{CuO}) + \Delta_f H(\text{Cu}_2\text{O})] - \Delta H_1$

Подставим известные числовые значения:
$\Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3) = [2 \cdot (-162) + (-174)] - (-23)$
$\Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3) = [-324 - 174] + 23 = -498 + 23 = -475 \text{ кДж/моль}$

2. Рассчитаем изменение энтальпии $\Delta H_2$ для целевой реакции.
Реакция (2): $\text{Cu}_4\text{O}_3 + 0,5\text{O}_2 = 4\text{CuO}$
Изменение энтальпии для этой реакции равно:
$\Delta H_2 = [4 \cdot \Delta_f H(\text{CuO})] - [1 \cdot \Delta_f H(\text{Cu}_4\text{O}_3) + 0,5 \cdot \Delta_f H(\text{O}_2)]$

По определению, стандартная энтальпия образования простого вещества в его наиболее устойчивом состоянии равна нулю, поэтому $\Delta_f H(\text{O}_2) = 0$.

Подставим все известные и вычисленные значения в формулу:
$\Delta H_2 = [4 \cdot (-162)] - [1 \cdot (-475) + 0,5 \cdot 0]$
$\Delta H_2 = -648 - (-475)$
$\Delta H_2 = -648 + 475 = -173 \text{ кДж/моль}$

Ответ: изменение энтальпии в реакции составляет $-173$ кДж/моль.