Номер 4, страница 273 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 58. Закон Гecca. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 4, страница 273.

Условие.

4. Рассчитайте теплоту превращения графита в алмаз, если известно, что теплоты сгорания графита и алмаза равны 393,5 и 395,4 кДж/моль соответственно.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Теплота сгорания графита: $Q_{c,(\text{графит})} = 393,5 \text{ кДж/моль}$
Теплота сгорания алмаза: $Q_{c,(\text{алмаз})} = 395,4 \text{ кДж/моль}$

В термохимических расчетах используется энтальпия сгорания ($\Delta H_c$), которая для экзотермических реакций (как горение) имеет отрицательное значение, так как система выделяет тепло. Таким образом:

Энтальпия сгорания графита: $\Delta H_{c,(\text{графит})} = -393,5 \text{ кДж/моль}$
Энтальпия сгорания алмаза: $\Delta H_{c,(\text{алмаз})} = -395,4 \text{ кДж/моль}$

Перевод в систему СИ (Джоули на моль):
$\Delta H_{c,(\text{графит})} = -393,5 \times 10^3 \text{ Дж/моль} = -393500 \text{ Дж/моль}$
$\Delta H_{c,(\text{алмаз})} = -395,4 \times 10^3 \text{ Дж/моль} = -395400 \text{ Дж/моль}$

Найти:

Теплоту превращения (энтальпию перехода) графита в алмаз $\Delta H_{\text{превр}}$ - ?

Решение:

Для нахождения теплоты аллотропного превращения графита в алмаз мы воспользуемся законом Гесса. Этот закон позволяет рассчитать тепловой эффект реакции, представив ее как сумму других реакций с известными тепловыми эффектами.

Запишем термохимические уравнения для реакций сгорания графита и алмаза. Продуктом полного сгорания углерода является диоксид углерода ($CO_2$).

1) Сгорание графита:
$C_{(\text{графит})} + O_{2(\text{г})} \rightarrow CO_{2(\text{г})}; \quad \Delta H_1 = -393,5 \text{ кДж/моль}$

2) Сгорание алмаза:
$C_{(\text{алмаз})} + O_{2(\text{г})} \rightarrow CO_{2(\text{г})}; \quad \Delta H_2 = -395,4 \text{ кДж/моль}$

Нам необходимо найти тепловой эффект ($\Delta H_{\text{превр}}$) для реакции перехода одной аллотропной модификации углерода в другую:

3) $C_{(\text{графит})} \rightarrow C_{(\text{алмаз})}; \quad \Delta H_{\text{превр}} = ?$

Чтобы из уравнений (1) и (2) получить целевое уравнение (3), необходимо провести с ними алгебраические операции. В уравнении (3) графит находится в левой части (реагенты), как и в уравнении (1), поэтому уравнение (1) мы оставляем без изменений. Алмаз в уравнении (3) находится в правой части (продукты), а в уравнении (2) — в левой. Поэтому мы должны инвертировать (записать в обратном направлении) реакцию (2). При этом знак ее теплового эффекта также меняется на противоположный.

Запишем обратную реакцию для сгорания алмаза (2'):
$CO_{2(\text{г})} \rightarrow C_{(\text{алмаз})} + O_{2(\text{г})}; \quad -\Delta H_2 = -(-395,4) = +395,4 \text{ кДж/моль}$

Теперь сложим уравнение (1) и преобразованное уравнение (2'):

$C_{(\text{графит})} + O_{2(\text{г})} + CO_{2(\text{г})} \rightarrow CO_{2(\text{г})} + C_{(\text{алмаз})} + O_{2(\text{г})}$

Сократим одинаковые вещества ($O_2$ и $CO_2$) в обеих частях уравнения. В результате мы получим искомое уравнение реакции (3):

$C_{(\text{графит})} \rightarrow C_{(\text{алмаз})}$

Тепловой эффект этой реакции будет равен сумме тепловых эффектов реакций, которые мы складывали:

$\Delta H_{\text{превр}} = \Delta H_1 + (-\Delta H_2) = \Delta H_1 - \Delta H_2$

Подставим числовые значения энтальпий:

$\Delta H_{\text{превр}} = (-393,5 \text{ кДж/моль}) - (-395,4 \text{ кДж/моль}) = -393,5 + 395,4 = +1,9 \text{ кДж/моль}$

Положительное значение энтальпии превращения ($+1,9$ кДж/моль) указывает на то, что процесс превращения графита в алмаз является эндотермическим, то есть для его осуществления требуется поглощение энергии.

Ответ: теплота превращения графита в алмаз составляет $+1,9$ кДж/моль.