Номер 8, страница 274 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 58. Закон Гecca. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 8, страница 274.

Условие.

8. Теплота образования аммиака из простых веществ составляет 46 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи $N-H$ в молекуле $NH_3$, если энергии связей в молекулах $H_2$ и $N_2$ составляют соответственно 436 и 945 кДж/моль.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Теплота образования аммиака из простых веществ, $Q_f(\text{NH}_3) = 46 \text{ кДж/моль}$

Энергия связи в молекуле водорода, $E(\text{H–H}) = 436 \text{ кДж/моль}$

Энергия связи в молекуле азота, $E(\text{N≡N}) = 945 \text{ кДж/моль}$

Перевод данных в систему СИ и термодинамические величины:

Энтальпия образования аммиака $\Delta H_f(\text{NH}_3)$ связана с теплотой образования $Q_f$ соотношением $\Delta H = -Q$ для экзотермических реакций. Образование аммиака является экзотермическим процессом, поэтому:

$\Delta H_f(\text{NH}_3) = -46 \text{ кДж/моль} = -46000 \text{ Дж/моль}$

$E(\text{H–H}) = 436 \text{ кДж/моль} = 436000 \text{ Дж/моль}$

$E(\text{N≡N}) = 945 \text{ кДж/моль} = 945000 \text{ Дж/моль}$

Найти:

Энергию связи $N–H$ в молекуле аммиака, $E(\text{N–H})$

Решение:

Энтальпию химической реакции ($\Delta H$) можно рассчитать на основе энергий химических связей. Она равна разности между суммарной энергией всех связей, которые разрываются в молекулах реагентов, и суммарной энергией всех связей, которые образуются в молекулах продуктов.

Запишем уравнение реакции образования одного моля аммиака ($\text{NH}_3$) из простых веществ — азота ($\text{N}_2$) и водорода ($\text{H}_2$):

$\frac{1}{2} \text{N}_2(\text{г}) + \frac{3}{2} \text{H}_2(\text{г}) \rightarrow \text{NH}_3(\text{г})$

Энтальпия этой реакции по определению равна стандартной энтальпии образования аммиака, то есть $\Delta H_{реакции} = \Delta H_f(\text{NH}_3) = -46 \text{ кДж/моль}$.

В ходе реакции происходит разрыв связей в реагентах:

1. Разрывается $\frac{1}{2}$ моль тройных связей $\text{N≡N}$.

2. Разрывается $\frac{3}{2}$ моль одинарных связей $\text{H–H}$.

И образование связей в продукте:

1. В одной молекуле аммиака ($\text{NH}_3$) содержатся три одинарные связи $\text{N–H}$. Следовательно, при образовании 1 моля $\text{NH}_3$ образуется 3 моля связей $\text{N–H}$.

Формула для расчета энтальпии реакции через энергии связей:

$\Delta H_{реакции} = \sum E_{связей\ реагентов} - \sum E_{связей\ продуктов}$

Подставим в формулу энергии соответствующих связей с учетом стехиометрических коэффициентов:

$\Delta H_{реакции} = \left(\frac{1}{2} E(\text{N≡N}) + \frac{3}{2} E(\text{H–H})\right) - (3 \cdot E(\text{N–H}))$

Теперь подставим числовые значения:

$-46 = \left(\frac{1}{2} \cdot 945 + \frac{3}{2} \cdot 436\right) - 3 \cdot E(\text{N–H})$

Произведем расчеты в скобках:

$-46 = (472.5 + 654) - 3 \cdot E(\text{N–H})$

$-46 = 1126.5 - 3 \cdot E(\text{N–H})$

Выразим из полученного уравнения искомую величину $E(\text{N–H})$:

$3 \cdot E(\text{N–H}) = 1126.5 + 46$

$3 \cdot E(\text{N–H}) = 1172.5$

$E(\text{N–H}) = \frac{1172.5}{3}$

$E(\text{N–H}) \approx 390.83 \text{ кДж/моль}$

Округляя до целого числа, получаем:

$E(\text{N–H}) \approx 391 \text{ кДж/моль}$

Ответ: энергия связи $\text{N–H}$ в молекуле аммиака составляет примерно $391 \text{ кДж/моль}$.