Номер 7, 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 7, страница 127.

Условие.

7. Рассчитайте тепловой эффект реакции: $2NH_3(\text{г.}) + 3Cl_2(\text{г.}) = N_2(\text{г.}) + 6HCl(\text{г.})$

с использованием значений энергии связей (табл. 9) и по закону Гесса (табл. 10).

Сравните найденные величины. Сделайте вывод.

Решение.

Решение 2.

Для расчета теплового эффекта реакции $2\text{NH}_3(г.) + 3\text{Cl}_2(г.) = \text{N}_2(г.) + 6\text{HCl}(г.)$ воспользуемся двумя методами.

1. Расчет с использованием значений энергии связей (условная табл. 9)

Тепловой эффект реакции можно рассчитать как разность между суммарной энергией связей, которые разрываются в исходных веществах, и суммарной энергией связей, которые образуются в продуктах реакции.

Дано:

Для расчета будем использовать средние значения энергий связей (кДж/моль):

• $E_{N-H} = 391$ кДж/моль
• $E_{Cl-Cl} = 243$ кДж/моль
• $E_{N \equiv N} = 945$ кДж/моль
• $E_{H-Cl} = 431$ кДж/моль

Найти:

$ΔH_{реакции}$

Решение:

Формула для расчета:

$ΔH = \sum E_{связей \, (реагенты)} - \sum E_{связей \, (продукты)}$

1. Определим, какие связи и в каком количестве разрываются в реагентах:

• В 2 молекулах $NH_3$ разрывается $2 \cdot 3 = 6$ связей $N-H$.
• В 3 молекулах $Cl_2$ разрывается $3 \cdot 1 = 3$ связи $Cl-Cl$.

Суммарная энергия затраченная на разрыв связей:

$\sum E_{связей \, (реагенты)} = 6 \cdot E_{N-H} + 3 \cdot E_{Cl-Cl} = 6 \cdot 391 + 3 \cdot 243 = 2346 + 729 = 3075$ кДж.

2. Определим, какие связи и в каком количестве образуются в продуктах:

• В 1 молекуле $N_2$ образуется 1 тройная связь $N \equiv N$.
• В 6 молекулах $HCl$ образуется $6 \cdot 1 = 6$ связей $H-Cl$.

Суммарная энергия, выделяющаяся при образовании связей:

$\sum E_{связей \, (продукты)} = 1 \cdot E_{N \equiv N} + 6 \cdot E_{H-Cl} = 945 + 6 \cdot 431 = 945 + 2586 = 3531$ кДж.

3. Рассчитаем тепловой эффект реакции:

$ΔH = 3075 - 3531 = -456$ кДж.

Ответ: Тепловой эффект реакции, рассчитанный по энергиям связей, составляет $-456$ кДж.

2. Расчет по закону Гесса (условная табл. 10)

Тепловой эффект реакции равен разности между суммой стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ, с учетом их стехиометрических коэффициентов.

Дано:

Стандартные энтальпии образования веществ ($\Delta H_{f, 298}^o$, кДж/моль):

• $\Delta H_f^o(\text{NH}_3, г.) = -46,1$ кДж/моль
• $\Delta H_f^o(\text{Cl}_2, г.) = 0$ кДж/моль (энтальпия образования простого вещества в стандартном состоянии равна нулю)
• $\Delta H_f^o(\text{N}_2, г.) = 0$ кДж/моль (энтальпия образования простого вещества в стандартном состоянии равна нулю)
• $\Delta H_f^o(\text{HCl}, г.) = -92,3$ кДж/моль

Найти:

$ΔH_{реакции}$

Решение:

Формула для расчета (следствие из закона Гесса):

$ΔH = \sum (n \cdot \Delta H_f^o)_{продукты} - \sum (m \cdot \Delta H_f^o)_{реагенты}$

где $\text{n}$ и $\text{m}$ – стехиометрические коэффициенты.

1. Рассчитаем сумму энтальпий образования продуктов:

$\sum (\Delta H_f^o)_{продукты} = 1 \cdot \Delta H_f^o(\text{N}_2) + 6 \cdot \Delta H_f^o(\text{HCl}) = 1 \cdot 0 + 6 \cdot (-92,3) = -553,8$ кДж.

2. Рассчитаем сумму энтальпий образования реагентов:

$\sum (\Delta H_f^o)_{реагенты} = 2 \cdot \Delta H_f^o(\text{NH}_3) + 3 \cdot \Delta H_f^o(\text{Cl}_2) = 2 \cdot (-46,1) + 3 \cdot 0 = -92,2$ кДж.

3. Рассчитаем тепловой эффект реакции:

$ΔH = (-553,8) - (-92,2) = -553,8 + 92,2 = -461,6$ кДж.

Ответ: Тепловой эффект реакции, рассчитанный по закону Гесса, составляет $-461,6$ кДж.

Сравнение найденных величин и вывод

Результаты расчетов:

• По энергиям связей: $ΔH_1 = -456$ кДж.
• По закону Гесса: $ΔH_2 = -461,6$ кДж.

Найденные величины очень близки друг к другу. Расхождение составляет $\frac{|-461,6 - (-456)|}{|-461,6|} \cdot 100\% \approx 1,2\%$.

Вывод:

Оба метода дают сопоставимые результаты, подтверждая, что реакция является сильно экзотермической (протекает с выделением большого количества тепла). Небольшое расхождение в значениях объясняется тем, что расчет по энергиям связей является приблизительным. В нем используются средние значения энергии связи, усредненные по большому числу различных соединений. В то время как расчет по закону Гесса, основанный на экспериментально определенных стандартных энтальпиях образования конкретных веществ, является более точным.