Номер 58, страница 296 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.58. Известны следующие термохимические данные:

• энтальпия реакции гидрирования пропена: ${∆}_{\mathrm{гидр}}H$ = -124 кДж/моль;
• энтальпия сгорания пропана в атмосфере кислорода: ${∆}_{\mathrm{c}} Н\left({\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8\right)$ = -2220 кДж/моль;
• энтальпия образования воды: ${∆}_{\mathrm{f}} Н\left({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right)$ = -286 кДж/моль;
• энтальпия образования озона: ${∆}_{\mathrm{f}} Н\left({\mathrm{O}}_3\right)$ = 142 кДж/моль.

Рассчитайте энтальпию сгорания пропена в атмосфере озона.

Дано:

1. Энтальпия реакции гидрирования пропена: $ \Delta H_1 = -124 \text{ кДж/моль} $

2. Энтальпия сгорания пропана в атмосфере кислорода: $ \Delta H_2 = -2220 \text{ кДж/моль} $

3. Энтальпия образования воды: $ \Delta_{\text{f}}H(\text{H}_2\text{O}) = \Delta H_3 = -286 \text{ кДж/моль} $

4. Энтальпия образования озона: $ \Delta_{\text{f}}H(\text{O}_3) = \Delta H_4 = 142 \text{ кДж/моль} $

Все данные приведены в стандартных единицах, перевод в СИ не требуется.

Найти:

Энтальпию сгорания пропена в атмосфере озона $ \Delta H_{\text{x}} $.

Решение:

Для решения задачи воспользуемся законом Гесса. Сначала запишем уравнения для всех известных процессов, обозначив их энтальпии:

(1) Реакция гидрирования пропена до пропана:

$ \text{C}_3\text{H}_6(\text{г}) + \text{H}_2(\text{г}) \rightarrow \text{C}_3\text{H}_8(\text{г}) \quad \Delta H_1 = -124 \text{ кДж/моль} $

(2) Реакция сгорания пропана в кислороде:

$ \text{C}_3\text{H}_8(\text{г}) + 5\text{O}_2(\text{г}) \rightarrow 3\text{CO}_2(\text{г}) + 4\text{H}_2\text{O}(\text{ж}) \quad \Delta H_2 = -2220 \text{ кДж/моль} $

(3) Реакция образования воды из простых веществ:

$ \text{H}_2(\text{г}) + \frac{1}{2}\text{O}_2(\text{г}) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(\text{ж}) \quad \Delta H_3 = -286 \text{ кДж/моль} $

(4) Реакция образования озона из кислорода:

$ \frac{3}{2}\text{O}_2(\text{г}) \rightarrow \text{O}_3(\text{г}) \quad \Delta H_4 = 142 \text{ кДж/моль} $

Целевая реакция — сгорание пропена в атмосфере озона. Запишем и уравняем её:

$ \text{C}_3\text{H}_6(\text{г}) + 3\text{O}_3(\text{г}) \rightarrow 3\text{CO}_2(\text{г}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{ж}) \quad \Delta H_{\text{x}} = ? $

Теперь скомбинируем известные реакции, чтобы получить целевую. Этот процесс можно разбить на несколько шагов.

Шаг 1: Получим уравнение реакции сгорания пропена в кислороде. Для этого необходимо сложить уравнение (1), уравнение (2) и уравнение (3), взятое с обратным знаком (т.е. реакцию разложения воды).

Сложим реакции (1) и (2):

$ \text{C}_3\text{H}_6 + \text{H}_2 + \text{C}_3\text{H}_8 + 5\text{O}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{H}_8 + 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} $

Сократив $ \text{C}_3\text{H}_8 $, получим: $ \text{C}_3\text{H}_6 + \text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} $. Энтальпия этого процесса: $ \Delta H_1 + \Delta H_2 = -124 - 2220 = -2344 \text{ кДж} $.

Теперь нужно избавиться от $ \text{H}_2 $ в левой части и одной лишней молекулы $ \text{H}_2\text{O} $ в правой. Для этого вычтем из полученного результата уравнение (3):

$ (\text{C}_3\text{H}_6 + \text{H}_2 + 5\text{O}_2) - (\text{H}_2 + \frac{1}{2}\text{O}_2) \rightarrow (3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}) - (\text{H}_2\text{O}) $

После сокращения получаем реакцию сгорания пропена в кислороде (обозначим её А):

(А) $ \text{C}_3\text{H}_6 + \frac{9}{2}\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O} $

Энтальпия этой реакции ($ \Delta H_{\text{А}} $) равна:

$ \Delta H_{\text{А}} = \Delta H_1 + \Delta H_2 - \Delta H_3 = -124 + (-2220) - (-286) = -2344 + 286 = -2058 \text{ кДж/моль} $

Шаг 2: Заменим кислород ($ \text{O}_2 $) на озон ($ \text{O}_3 $). В целевой реакции окислителем является $ 3\text{O}_3 $, а в реакции (А) — $ \frac{9}{2}\text{O}_2 $. Нам нужна реакция, которая связывает эти два вещества. Для этого используем уравнение (4), взятое с обратным знаком и умноженное на 3.

Обратное уравнение (4), умноженное на 3 (обозначим его В):

(В) $ 3\text{O}_3(\text{г}) \rightarrow 3 \times \frac{3}{2}\text{O}_2(\text{г}) \quad $ или $ \quad 3\text{O}_3(\text{г}) \rightarrow \frac{9}{2}\text{O}_2(\text{г}) $

Энтальпия этой реакции ($ \Delta H_{\text{В}} $) равна:

$ \Delta H_{\text{В}} = 3 \times (-\Delta H_4) = 3 \times (-142) = -426 \text{ кДж/моль} $

Шаг 3: Найдем энтальпию целевой реакции. Сложим реакции (А) и (В):

$ (\text{C}_3\text{H}_6 + \frac{9}{2}\text{O}_2) + (3\text{O}_3) \rightarrow (3\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O}) + (\frac{9}{2}\text{O}_2) $

Сократив $ \frac{9}{2}\text{O}_2 $ с обеих сторон, получим искомую реакцию сгорания пропена в озоне:

$ \text{C}_3\text{H}_6 + 3\text{O}_3 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O} $

Энтальпия этой реакции $ \Delta H_{\text{x}} $ равна сумме энтальпий $ \Delta H_{\text{А}} $ и $ \Delta H_{\text{В}} $:

$ \Delta H_{\text{x}} = \Delta H_{\text{А}} + \Delta H_{\text{В}} = -2058 + (-426) = -2484 \text{ кДж/моль} $

Ответ: энтальпия сгорания пропена в атмосфере озона составляет -2484 кДж/моль.