Номер 55, страница 295 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.55. Известны тепловые эффекты следующих реакций:

Рассчитайте энтальпию реакции ${\mathrm{CH}}_{4\left(\mathrm{г}\right)}+{\mathrm{Br}}_{2\left(\mathrm{ж}\right)} = {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{Br}}_{\left(\mathrm{ж}\right)}+{\mathrm{HBr}}_{\left(\mathrm{г}\right)},$ если энергия связи в молекуле НВг равна 366,3 кДж/моль.

Дано:

1) $CH_{3(г)} + H_{(г)} = CH_{4(г)}$; $\Delta H_1 = -438,5 \text{ кДж/моль}$
2) $CH_3Br_{(г)} + Br_{(г)} = CH_{3(г)} + Br_{2(ж)}$; $\Delta H_2 = 45,5 \text{ кДж/моль}$
3) $CH_3Br_{(ж)} = CH_3Br_{(г)}$; $\Delta H_3 = 23,9 \text{ кДж/моль}$
Энергия связи в молекуле HBr: $E_{H-Br} = 366,3 \text{ кДж/моль}$

Найти:

$\Delta H_{реакции}$ для реакции: $CH_{4(г)} + Br_{2(ж)} = CH_3Br_{(ж)} + HBr_{(г)}$

Решение:

Для расчета энтальпии искомой реакции воспользуемся законом Гесса, который позволяет вычислять тепловые эффекты реакций путем комбинирования известных термохимических уравнений. Наша цель — сложить данные уравнения (и производные от них) таким образом, чтобы в результате получить целевое уравнение реакции.

Целевая реакция: $CH_{4(г)} + Br_{2(ж)} = CH_3Br_{(ж)} + HBr_{(г)}$

1. В целевой реакции метан $CH_{4(г)}$ является реагентом (находится в левой части). В данном уравнении (1) он является продуктом. Поэтому мы должны переписать уравнение (1) в обратном направлении, при этом знак энтальпии изменится на противоположный:

$CH_{4(г)} = CH_{3(г)} + H_{(г)}$; $\Delta H'_1 = -\Delta H_1 = -(-438,5) = 438,5 \text{ кДж/моль}$

2. Жидкий бром $Br_{2(ж)}$ в целевой реакции является реагентом. В уравнении (2) он находится в продуктах. Перепишем уравнение (2) в обратном направлении и изменим знак энтальпии:

$CH_{3(г)} + Br_{2(ж)} = CH_3Br_{(г)} + Br_{(г)}$; $\Delta H'_2 = -\Delta H_2 = -45,5 \text{ кДж/моль}$

3. Жидкий бромметан $CH_3Br_{(ж)}$ в целевой реакции является продуктом. В уравнении (3) он находится в реагентах. Перепишем уравнение (3) в обратном направлении и изменим знак энтальпии:

$CH_3Br_{(г)} = CH_3Br_{(ж)}$; $\Delta H'_3 = -\Delta H_3 = -23,9 \text{ кДж/моль}$

4. Бромоводород $HBr_{(г)}$ в целевой реакции является продуктом. Нам дана энергия связи $H-Br$. Энергия связи — это энергия, необходимая для разрыва 1 моль связей, то есть для эндотермического процесса $HBr_{(г)} \rightarrow H_{(г)} + Br_{(г)}$. Следовательно, образование 1 моль $HBr_{(г)}$ из атомов — это экзотермический процесс с энтальпией, равной энергии связи со знаком минус:

$H_{(г)} + Br_{(г)} = HBr_{(г)}$; $\Delta H_4 = -E_{H-Br} = -366,3 \text{ кДж/моль}$

Теперь сложим полученные уравнения (1'), (2'), (3') и (4). Промежуточные вещества (радикалы $CH_{3(г)}$, $H_{(г)}$, $Br_{(г)}$ и газообразный $CH_3Br_{(г)}$) должны сократиться.

$CH_{4(г)} = \cancel{CH_{3(г)}} + \cancel{H_{(г)}}$
$\cancel{CH_{3(г)}} + Br_{2(ж)} = \cancel{CH_3Br_{(г)}} + \cancel{Br_{(г)}}$
$\cancel{CH_3Br_{(г)}} = CH_3Br_{(ж)}$
$\cancel{H_{(г)}} + \cancel{Br_{(г)}} = HBr_{(г)}$

Суммарная реакция: $CH_{4(г)} + Br_{2(ж)} = CH_3Br_{(ж)} + HBr_{(г)}$

Энтальпия искомой реакции равна сумме энтальпий преобразованных реакций:

$\Delta H_{реакции} = \Delta H'_1 + \Delta H'_2 + \Delta H'_3 + \Delta H_4$

$\Delta H_{реакции} = 438,5 + (-45,5) + (-23,9) + (-366,3)$

$\Delta H_{реакции} = 438,5 - 45,5 - 23,9 - 366,3 = 2,8 \text{ кДж/моль}$

Ответ: энтальпия реакции равна $2,8 \text{ кДж/моль}$.