Номер 7, страница 274 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 58. Закон Гecca. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 7, страница 274.

Условие.

7. Выразите теплоту реакций через энергии связей:

a) $H_{2(тв)} + Cl_{2(г)} = 2HCl_{(г)}$;

б) $2H_{2(г)} + O_{2(г)} = 2H_{2}O_{(г)}$.

Решение.

Решение 2.

Тепловой эффект химической реакции (Q) можно рассчитать как разность между суммарной энергией связей, образующихся в продуктах, и суммарной энергией связей, разрывающихся в реагентах. При этом необходимо учитывать энергию фазовых переходов, если вещества меняют свое агрегатное состояние.

Общая формула: $Q = \sum E_{обр. связей} - \sum E_{разр. связей}$

а) H₂(тв) + Cl₂(г) = 2HCl(г)

В данной реакции необходимо учесть разрыв связей в исходных веществах (реагентах) и образование связей в продукте, а также энергию, необходимую для фазового перехода твердого водорода в газообразное состояние.

1. Энергия, затрачиваемая на разрыв связей и фазовый переход:
Для разрыва межатомной связи в молекуле водорода H₂, его необходимо сначала перевести из твердого состояния в газообразное. Энергия, требуемая для этого процесса, называется теплотой сублимации (возгонки), обозначим ее как $\Delta H_{субл}(H_2)$.
- Затраты энергии на сублимацию 1 моль H₂(тв): $\Delta H_{субл}(H_2)$.
- Затраты энергии на разрыв связи в 1 моль H₂(г): $E_{H-H}$.
- Хлор Cl₂ уже находится в газообразном состоянии. Затраты энергии на разрыв связи в 1 моль Cl₂(г): $E_{Cl-Cl}$.
Суммарные затраты энергии: $E_{затрач.} = \Delta H_{субл}(H_2) + E_{H-H} + E_{Cl-Cl}$.

2. Энергия, выделяющаяся при образовании связей:
В ходе реакции образуется 2 моль хлороводорода HCl(г). В каждой молекуле HCl содержится одна связь H-Cl.
- Энергия, выделяющаяся при образовании 2 моль связей H-Cl: $2 \cdot E_{H-Cl}$.
Суммарное выделение энергии: $E_{выдел.} = 2 \cdot E_{H-Cl}$.

3. Теплота реакции (тепловой эффект):
Теплота реакции Q равна разности между выделившейся и затраченной энергией:
$Q = E_{выдел.} - E_{затрач.} = (2 \cdot E_{H-Cl}) - (\Delta H_{субл}(H_2) + E_{H-H} + E_{Cl-Cl})$

Ответ: $Q = 2 \cdot E_{H-Cl} - E_{H-H} - E_{Cl-Cl} - \Delta H_{субл}(H_2)$, где $E$ – энергия соответствующей связи, а $\Delta H_{субл}(H_2)$ – теплота сублимации водорода.

б) 2H₂(г) + O₂(г) = 2H₂O(г)

В этой реакции все реагенты и продукты находятся в газообразном состоянии, поэтому учитывать энергию фазовых переходов не требуется.

1. Энергия, затрачиваемая на разрыв связей:
В реакцию вступают 2 моль водорода H₂(г) и 1 моль кислорода O₂(г).
- Затраты энергии на разрыв связей в 2 моль H₂: $2 \cdot E_{H-H}$.
- Молекула кислорода имеет двойную связь. Затраты энергии на разрыв связи в 1 моль O₂: $E_{O=O}$.
Суммарные затраты энергии: $E_{затрач.} = 2 \cdot E_{H-H} + E_{O=O}$.

2. Энергия, выделяющаяся при образовании связей:
В результате реакции образуется 2 моль паров воды H₂O(г). Молекула воды H-O-H содержит две одинарные связи O-H.
- В 2 моль H₂O содержится $2 \cdot 2 = 4$ моль связей O-H.
- Энергия, выделяющаяся при образовании 4 моль связей O-H: $4 \cdot E_{O-H}$.
Суммарное выделение энергии: $E_{выдел.} = 4 \cdot E_{O-H}$.

3. Теплота реакции (тепловой эффект):
Теплота реакции Q равна разности между выделившейся и затраченной энергией:
$Q = E_{выдел.} - E_{затрач.} = (4 \cdot E_{O-H}) - (2 \cdot E_{H-H} + E_{O=O})$

Ответ: $Q = 4 \cdot E_{O-H} - 2 \cdot E_{H-H} - E_{O=O}$, где $E$ – энергия соответствующей связи.