Номер 2, страница 127 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 18. Определение тепловых эффектов химических реакций. Закон Гесса - номер 2, страница 127.

Условие.

2. Как рассчитывают энтальпию реакции, используя энергию химических связей? Свой ответ проиллюстрируйте примером.

Решение.

Решение 2.

Энтальпию химической реакции ($ \Delta H_{реакции} $) можно рассчитать, используя средние энергии химических связей. Этот метод основан на представлении химической реакции как процесса разрыва старых химических связей в молекулах реагентов и образования новых связей в молекулах продуктов.

Расчет производится в несколько этапов:

1. Разрыв связей. Определяются все химические связи, которые разрываются в молекулах исходных веществ (реагентов), и суммируется энергия, необходимая для их разрыва ($ \sum E_{связей_{разрываемых}} $). Этот процесс всегда требует затрат энергии, т.е. он эндотермический.

2. Образование связей. Определяются все новые химические связи, которые образуются в молекулах продуктов реакции, и суммируется энергия, которая выделяется при их образовании ($ \sum E_{связей_{образующихся}} $). Этот процесс всегда сопровождается выделением энергии, т.е. он экзотермический.

3. Расчет энтальпии реакции. Тепловой эффект (энтальпия) реакции равен разности между суммарной энергией, затраченной на разрыв всех связей в реагентах, и суммарной энергией, выделившейся при образовании всех связей в продуктах.

Формула для расчета имеет следующий вид:

$ \Delta H_{реакции} = \sum E_{связей_{разрываемых}} - \sum E_{связей_{образующихся}} $

Важно помнить, что этот метод дает оценочное значение, так как энергии связи являются усредненными величинами и могут немного варьироваться в разных соединениях. Наиболее точные результаты получаются для реакций, протекающих в газовой фазе.

Пример: Расчет энтальпии реакции горения метана

Рассчитаем энтальпию для реакции полного сгорания метана в газовой фазе, используя справочные данные по энергиям связей.

Уравнение реакции: $ CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г) $

Дано:
Средние энергии связей:
$ E_{C-H} = 413 $ кДж/моль
$ E_{O=O} = 498 $ кДж/моль
$ E_{C=O} = 804 $ кДж/моль
$ E_{O-H} = 463 $ кДж/моль

Найти:
$ \Delta H_{реакции} $

Решение:
1. Рассчитаем суммарную энергию, необходимую для разрыва всех связей в реагентах. Для сгорания 1 моль $CH_4$ и 2 моль $O_2$ необходимо разорвать:
- 4 связи C-H в одной молекуле метана.
- 2 связи O=O в двух молекулах кислорода.
$ \sum E_{связей_{разрываемых}} = (4 \cdot E_{C-H}) + (2 \cdot E_{O=O}) = (4 \cdot 413) + (2 \cdot 498) = 1652 + 996 = 2648 $ кДж.

2. Рассчитаем суммарную энергию, которая выделяется при образовании всех связей в продуктах. При образовании 1 моль $CO_2$ и 2 моль $H_2O$ образуются:
- 2 связи C=O в одной молекуле диоксида углерода.
- 4 связи O-H в двух молекулах воды ($ 2 \cdot 2 = 4 $).
$ \sum E_{связей_{образующихся}} = (2 \cdot E_{C=O}) + (4 \cdot E_{O-H}) = (2 \cdot 804) + (4 \cdot 463) = 1608 + 1852 = 3460 $ кДж.

3. Рассчитаем энтальпию реакции по основной формуле:
$ \Delta H_{реакции} = \sum E_{связей_{разрываемых}} - \sum E_{связей_{образующихся}} = 2648 - 3460 = -812 $ кДж.

Отрицательное значение энтальпии показывает, что реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла, что соответствует процессу горения.

Ответ: энтальпия реакции горения метана, рассчитанная по энергиям связей, приблизительно равна $ -812 $ кДж/моль.