Номер 54, страница 295 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.54. На основании приведённых данных найдите энтальпию образования сульфата серебра. Энтальпия испарения ${\mathrm{SO}}_3$ составляет 43,14 кДж/моль.

Дано:

1. $\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}} = 2\text{Ag}_{\text{(тв)}} + \text{S}_{\text{(ромб)}}$ ; $\Delta H_1 = 32.79 \text{ кДж/моль}$

2. $2\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}} + 3\text{O}_{2(\text{г})} = 2\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + 2\text{SO}_{2(\text{г})}$ ; $\Delta H_2 = -590.47 \text{ кДж/моль}$

3. $2\text{SO}_{2(\text{г})} + \text{O}_{2(\text{г})} = 2\text{SO}_{3(\text{ж})}$ ; $\Delta H_3 = -284.18 \text{ кДж/моль}$

4. $\text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв)}} = \text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + \text{SO}_{3(\text{г})}$ ; $\Delta H_4 = 290.24 \text{ кДж/моль}$

5. Энтальпия испарения $\text{SO}_3$: $\text{SO}_{3(\text{ж})} = \text{SO}_{3(\text{г})}$ ; $\Delta H_5 = \Delta H_{\text{исп}} = 43.14 \text{ кДж/моль}$

Найти:

Энтальпию образования сульфата серебра $\Delta H_{обр}^\circ(\text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв})})$.

Решение:

Стандартная энтальпия образования сульфата серебра ($\text{Ag}_2\text{SO}_4$) соответствует тепловому эффекту реакции образования 1 моль этого вещества из простых веществ, находящихся в их стандартных состояниях (серебро - твердое, сера - ромбическая, кислород - газообразный).

Целевая реакция, энтальпию которой нужно найти, имеет вид:

$2\text{Ag}_{\text{(тв)}} + \text{S}_{\text{(ромб)}} + 2\text{O}_{2(\text{г})} = \text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв)}}$

Для нахождения энтальпии этой реакции ($\Delta H_{обр}^\circ$) воспользуемся законом Гесса, который позволяет вычислять тепловые эффекты реакций путем комбинирования энтальпий других известных реакций. Мы преобразуем и сложим данные уравнения таким образом, чтобы в итоге получить целевую реакцию.

1. Нам нужны простые вещества $\text{Ag}_{\text{(тв)}}$ и $\text{S}_{\text{(ромб)}}$ в левой части уравнения. В уравнении (1) они находятся в правой части. Поэтому мы запишем обратную реакцию (1), при этом знак энтальпии изменится на противоположный:

$2\text{Ag}_{\text{(тв)}} + \text{S}_{\text{(ромб)}} = \text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}$ ; $\Delta H_1' = -\Delta H_1 = -32.79 \text{ кДж/моль}$

2. В результате предыдущего шага образовался сульфид серебра $\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}$, который является промежуточным веществом и должен быть исключен. Для этого используем реакцию (2), в которой $\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}$ является реагентом. Разделим уравнение (2) и его энтальпию на 2, чтобы уравнять коэффициент при $\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}$ с предыдущим шагом:

$\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}} + \frac{3}{2}\text{O}_{2(\text{г})} = \text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + \text{SO}_{2(\text{г)}}$ ; $\Delta H_2' = \frac{\Delta H_2}{2} = \frac{-590.47}{2} = -295.235 \text{ кДж/моль}$

3. Теперь у нас появились новые промежуточные вещества $\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}}$ и $\text{SO}_{2(\text{г})}$. Исключим $\text{SO}_{2(\text{г})}$ с помощью реакции (3). Также разделим ее на 2:

$\text{SO}_{2(\text{г})} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(\text{г})} = \text{SO}_{3(\text{ж})}$ ; $\Delta H_3' = \frac{\Delta H_3}{2} = \frac{-284.18}{2} = -142.09 \text{ кДж/моль}$

4. Целевой продукт $\text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв)}}$ находится в левой части уравнения (4). Запишем обратную реакцию (4), чтобы он оказался в продуктах:

$\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + \text{SO}_{3(\text{г})} = \text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв)}}$ ; $\Delta H_4' = -\Delta H_4 = -290.24 \text{ кДж/моль}$

5. На шаге 3 мы получили жидкий оксид серы(VI) $\text{SO}_{3(\text{ж})}$, а для реакции на шаге 4 нам нужен газообразный $\text{SO}_{3(\text{г})}$. Для их согласования используем уравнение испарения (5), которое описывает переход из жидкого состояния в газообразное:

$\text{SO}_{3(\text{ж})} = \text{SO}_{3(\text{г})}$ ; $\Delta H_5 = 43.14 \text{ кДж/моль}$

Теперь сложим все преобразованные уравнения (1'), (2'), (3'), (4') и (5). Промежуточные вещества, находящиеся в левой и правой частях, сократятся:

$(2\text{Ag}_{\text{(тв)}} + \text{S}_{\text{(ромб)}}) + (\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}} + \frac{3}{2}\text{O}_{2(\text{г})}) + (\text{SO}_{2(\text{г})} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(\text{г})}) + (\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + \text{SO}_{3(\text{г})}) + (\text{SO}_{3(\text{ж})}) = $

$= (\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}) + (\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}} + \text{SO}_{2(\text{г})}) + (\text{SO}_{3(\text{ж})}) + (\text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв})}) + (\text{SO}_{3(\text{г})})$

После сокращения $\text{Ag}_2\text{S}_{\text{(тв)}}$, $\text{Ag}_2\text{O}_{\text{(тв)}}$, $\text{SO}_{2(\text{г})}$, $\text{SO}_{3(\text{ж})}$ и $\text{SO}_{3(\text{г})}$, а также сложения коэффициентов при $\text{O}_2$ ($\frac{3}{2} + \frac{1}{2} = 2$), мы получаем искомую целевую реакцию:

$2\text{Ag}_{\text{(тв)}} + \text{S}_{\text{(ромб)}} + 2\text{O}_{2(\text{г})} = \text{Ag}_2\text{SO}_{4(\text{тв)}}$

Искомая энтальпия образования равна сумме энтальпий всех использованных преобразованных реакций:

$\Delta H_{обр}^\circ(\text{Ag}_2\text{SO}_4) = \Delta H_1' + \Delta H_2' + \Delta H_3' + \Delta H_4' + \Delta H_5$

$\Delta H_{обр}^\circ(\text{Ag}_2\text{SO}_4) = (-32.79) + (-295.235) + (-142.09) + (-290.24) + 43.14$

$\Delta H_{обр}^\circ(\text{Ag}_2\text{SO}_4) = -760.355 + 43.14 = -717.215 \text{ кДж/моль}$

Ответ: энтальпия образования сульфата серебра составляет $-717.215 \text{ кДж/моль}$.