Страница 70 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

5.14. При окислении фосфина ($PH_3$) массой 14 г выделилось 486 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

Дано:

Масса фосфина, $m(\text{PH}_3) = 14 \text{ г}$

Выделившаяся теплота, $Q = 486 \text{ кДж}$

Перевод в СИ:

$m(\text{PH}_3) = 0.014 \text{ кг}$

$Q = 486000 \text{ Дж}$

Найти:

Термохимическое уравнение реакции — ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции окисления фосфина кислородом. При полном окислении фосфина образуются высший оксид фосфора (оксид фосфора(V)) и вода.

$\text{PH}_3 + \text{O}_2 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5 + \text{H}_2\text{O}$

2. Уравняем эту реакцию, расставив стехиометрические коэффициенты.

$2\text{PH}_3 + 4\text{O}_2 = \text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O}$

3. Термохимическое уравнение отражает тепловой эффект реакции, рассчитанный на мольные количества веществ, указанные в уравнении. Нам нужно найти тепловой эффект для сгорания 2 моль фосфина.

4. Вычислим молярную массу фосфина (PH₃), используя относительные атомные массы элементов: $Ar(\text{P}) \approx 31$, $Ar(\text{H}) \approx 1$.

$M(\text{PH}_3) = Ar(\text{P}) + 3 \cdot Ar(\text{H}) = 31 + 3 \cdot 1 = 34 \text{ г/моль}$

5. Найдем количество вещества фосфина в 14 г.

$n(\text{PH}_3) = \frac{m(\text{PH}_3)}{M(\text{PH}_3)} = \frac{14 \text{ г}}{34 \text{ г/моль}} \approx 0.4118 \text{ моль}$

6. По условию, при окислении 0.4118 моль PH₃ выделяется 486 кДж теплоты. Составим пропорцию, чтобы рассчитать тепловой эффект реакции ($Q_{реакции}$) для 2 моль PH₃, как в уравнении.

При сгорании 0.4118 моль PH₃ — выделяется 486 кДж

При сгорании 2 моль PH₃ — выделяется $Q_{реакции}$

$Q_{реакции} = \frac{2 \text{ моль} \cdot 486 \text{ кДж}}{0.4118 \text{ моль}} \approx 2360 \text{ кДж}$

7. Тепловой эффект реакции (Q) положителен, так как теплота выделяется. Изменение энтальпии ($\Delta H$) для экзотермической реакции имеет отрицательное значение.

$\Delta H = -Q_{реакции} = -2360 \text{ кДж}$

8. Запишем итоговое термохимическое уравнение, указав агрегатные состояния веществ (г — газ, тв — твердое, ж — жидкое) и тепловой эффект.

$2\text{PH}_3(\text{г}) + 4\text{O}_2(\text{г}) = \text{P}_2\text{O}_5(\text{тв}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{ж}) + 2360 \text{ кДж}$

Альтернативная форма записи с использованием изменения энтальпии:

$2\text{PH}_3(\text{г}) + 4\text{O}_2(\text{г}) = \text{P}_2\text{O}_5(\text{тв}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{ж}); \Delta H = -2360 \text{ кДж}$

Ответ: $2\text{PH}_3(\text{г}) + 4\text{O}_2(\text{г}) = \text{P}_2\text{O}_5(\text{тв}) + 3\text{H}_2\text{O}(\text{ж}) + 2360 \text{ кДж}$.

5.15. По термохимическому уравнению реакции

$2\text{Al}(\text{тв}) + \text{Fe}_2\text{O}_3(\text{тв}) = \text{Al}_2\text{O}_3(\text{тв}) + 2\text{Fe}(\text{тв}) + 848 \text{ кДж}$

рассчитайте, сколько выделится теплоты при вступлении в реакцию:

а) 10,8 г алюминия;

б) 0,2 моль оксида железа(III).

Данная задача решается на основе предоставленного термохимического уравнения реакции:

$2\text{Al}(\text{тв}) + \text{Fe}_2\text{O}_3(\text{тв}) = \text{Al}_2\text{O}_3(\text{тв}) + 2\text{Fe}(\text{тв}) + 848 \text{ кДж}$

Из уравнения следует, что при взаимодействии 2 моль алюминия с 1 моль оксида железа(III) выделяется 848 кДж теплоты.

Дано:

а) $m(\text{Al}) = 10,8 \text{ г}$

б) $\nu(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 0,2 \text{ моль}$

Тепловой эффект реакции: $Q = 848 \text{ кДж}$

$m(\text{Al}) = 10,8 \text{ г} = 0,0108 \text{ кг}$
$Q = 848 \text{ кДж} = 848000 \text{ Дж}$

Найти:

a) $Q_1 - ?$

б) $Q_2 - ?$

Решение:

а) 1. Для расчета выделившейся теплоты необходимо сначала определить количество вещества (в молях) алюминия, вступившего в реакцию. Молярная масса алюминия $M(\text{Al})$ составляет примерно $27 \text{ г/моль}$.

$\nu(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{M(\text{Al})} = \frac{10,8 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

2. Теперь составим пропорцию, основываясь на данных термохимического уравнения. Согласно уравнению, реакция 2 моль алюминия приводит к выделению 848 кДж теплоты. Рассчитаем, сколько теплоты ($Q_1$) выделится при реакции 0,4 моль алюминия.

Соотношение:

$2 \text{ моль Al} \longrightarrow 848 \text{ кДж}$

$0,4 \text{ моль Al} \longrightarrow Q_1 \text{ кДж}$

Отсюда находим $Q_1$:

$Q_1 = \frac{0,4 \text{ моль} \cdot 848 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 0,2 \cdot 848 \text{ кДж} = 169,6 \text{ кДж}$

Ответ: 169,6 кДж.

б) 1. В этом случае количество вещества оксида железа(III) уже дано в молях. Согласно термохимическому уравнению, при реакции 1 моль оксида железа(III) выделяется 848 кДж теплоты.

2. Составим пропорцию для нахождения количества теплоты ($Q_2$), которое выделится при реакции 0,2 моль оксида железа(III).

Соотношение:

$1 \text{ моль } \text{Fe}_2\text{O}_3 \longrightarrow 848 \text{ кДж}$

$0,2 \text{ моль } \text{Fe}_2\text{O}_3 \longrightarrow Q_2 \text{ кДж}$

Отсюда находим $Q_2$:

$Q_2 = \frac{0,2 \text{ моль} \cdot 848 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 169,6 \text{ кДж}$

Ответ: 169,6 кДж.

5.16. Составьте термохимическое уравнение окисления аммиака до свободного азота, если при окислении 4,48 л аммиака (н. у.) выделилось 76,5 кДж теплоты.

Дано:

Объем аммиака $V(NH_3) = 4,48$ л (н. у.)

Выделившаяся теплота $Q_{эксп} = 76,5$ кДж

Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4$ л/моль

$V(NH_3) = 4,48 \text{ л} = 4,48 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

$Q_{эксп} = 76,5 \text{ кДж} = 76500 \text{ Дж}$

Найти:

Термохимическое уравнение реакции окисления аммиака.

Решение:

1. Запишем химическое уравнение реакции окисления аммиака ($NH_3$) кислородом ($O_2$) с образованием свободного азота ($N_2$) и воды ($H_2O$):

$NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

2. Уравняем это уравнение, подобрав стехиометрические коэффициенты, чтобы число атомов каждого элемента было одинаковым в левой и правой частях:

$4NH_3 + 3O_2 = 2N_2 + 6H_2O$

3. Найдем количество вещества аммиака ($n(NH_3)$), которое прореагировало. Поскольку объем дан для нормальных условий (н. у.), мы можем использовать молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль.

Формула для расчета количества вещества:

$n = \frac{V}{V_m}$

$n(NH_3) = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

4. Из условия задачи известно, что при окислении 0,2 моль аммиака выделилось 76,5 кДж теплоты. Тепловой эффект реакции в термохимическом уравнении указывается для мольных соотношений, заданных коэффициентами. В нашем сбалансированном уравнении участвует 4 моль аммиака. Найдем тепловой эффект ($Q$) для этого количества вещества, составив пропорцию:

При сгорании 0,2 моль $NH_3$ выделяется 76,5 кДж тепла.

При сгорании 4 моль $NH_3$ выделяется $Q$ кДж тепла.

$\frac{0,2 \text{ моль}}{4 \text{ моль}} = \frac{76,5 \text{ кДж}}{Q}$

Отсюда находим $Q$:

$Q = \frac{4 \text{ моль} \times 76,5 \text{ кДж}}{0,2 \text{ моль}} = 1530 \text{ кДж}$

5. Теперь запишем итоговое термохимическое уравнение. Поскольку теплота выделяется, реакция экзотермическая, и тепловой эффект записывается в правой части уравнения со знаком "+". Также укажем агрегатные состояния веществ (г - газ, ж - жидкость).

$4NH_{3(\text{г})} + 3O_{2(\text{г})} = 2N_{2(\text{г})} + 6H_2O_{(\text{ж})} + 1530 \text{ кДж}$

Это уравнение показывает, что при сгорании 4 моль газообразного аммиака в 3 моль газообразного кислорода образуется 2 моль газообразного азота и 6 моль жидкой воды, при этом выделяется 1530 кДж теплоты.

Ответ: $4NH_{3(\text{г})} + 3O_{2(\text{г})} = 2N_{2(\text{г})} + 6H_2O_{(\text{ж})} + 1530 \text{ кДж}$.

5.17. В результате сгорания ацетилена объемом 1,12 л (н. у.) выделилось 65,25 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции.

Дано:

$V(C_2H_2) = 1,12 \text{ л} = 1,12 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$
$Q_1 = 65,25 \text{ кДж} = 65250 \text{ Дж}$
Условия нормальные (н. у.)

Найти:

Термохимическое уравнение реакции — ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции полного сгорания ацетилена ($C_2H_2$) в кислороде ($O_2$). Продуктами полного сгорания углеводородов являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

$C_2H_2 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Уравняем это химическое уравнение, расставив стехиометрические коэффициенты.

$2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$

3. Найдем количество вещества (число моль) ацетилена, вступившего в реакцию. По условию, объем дан при нормальных условиях (н. у.), при которых молярный объем любого газа $V_m$ равен 22,4 л/моль.

$n(C_2H_2) = \frac{V(C_2H_2)}{V_m} = \frac{1,12 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. Из условия известно, что при сгорании 0,05 моль ацетилена выделилось 65,25 кДж теплоты. В термохимическом уравнении указывается тепловой эффект для тех количеств веществ, которые соответствуют коэффициентам в уравнении. В нашем сбалансированном уравнении коэффициент перед ацетиленом равен 2, то есть тепловой эффект нужно рассчитать для сгорания 2 моль $C_2H_2$. Составим пропорцию для нахождения этого теплового эффекта $Q$:

При сгорании $0,05 \text{ моль } C_2H_2$ — выделяется $65,25 \text{ кДж}$

При сгорании $2 \text{ моль } C_2H_2$ — выделяется $Q \text{ кДж}$

$Q = \frac{2 \text{ моль} \cdot 65,25 \text{ кДж}}{0,05 \text{ моль}} = 2610 \text{ кДж}$

5. Теперь мы можем составить термохимическое уравнение, указав агрегатные состояния веществ (г - газ, ж - жидкость) и рассчитанный тепловой эффект реакции.

$2C_2H_2(г) + 5O_2(г) = 4CO_2(г) + 2H_2O(ж) + 2610 \text{ кДж}$

Ответ: $2C_2H_2(г) + 5O_2(г) = 4CO_2(г) + 2H_2O(ж) + 2610 \text{ кДж}$.

5.18. По термохимическому уравнению реакции

$2H_2S(\text{г}) + 3O_2(\text{г}) = 2SO_2(\text{г}) + 2H_2O(\text{г}) + 857,3 \text{ кДж}$

вычислите, какое количество теплоты образуется при сжигании:

а) 3 моль $H_2S$;

б) 17 г $H_2S$;

в) 2,24 л $H_2S$.

Дано:

Термохимическое уравнение: $2H_2S(г) + 3O_2(г) = 2SO_2(г) + 2H_2O(г) + 857,3 \text{ кДж}$

а) $n(H_2S) = 3 \text{ моль}$

б) $m(H_2S) = 17 \text{ г}$

в) $V(H_2S) = 2,24 \text{ л}$ (при н.у.)

$Q_{реакции} = 857,3 \text{ кДж} = 857300 \text{ Дж}$
$m(H_2S) = 17 \text{ г} = 0,017 \text{ кг}$
$V(H_2S) = 2,24 \text{ л} = 0,00224 \text{ м}^3$

Найти:

а) $Q_1 - ?$

б) $Q_2 - ?$

в) $Q_3 - ?$

Решение:

Из данного термохимического уравнения реакции следует, что при сгорании 2 моль сероводорода ($H_2S$) выделяется 857,3 кДж теплоты. Это соотношение является основой для всех последующих расчетов. Мы можем составить пропорцию для каждого из случаев.

а) По условию, количество вещества сероводорода составляет $n(H_2S) = 3 \text{ моль}$.

Составим и решим пропорцию:

При сгорании 2 моль $H_2S$ — выделяется 857,3 кДж теплоты;

При сгорании 3 моль $H_2S$ — выделяется $Q_1$ кДж теплоты.

$Q_1 = \frac{3 \text{ моль} \cdot 857,3 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 1285,95 \text{ кДж}$

Ответ: при сжигании 3 моль $H_2S$ образуется 1285,95 кДж теплоты.

б) Дана масса сероводорода $m(H_2S) = 17 \text{ г}$.

Для начала необходимо перевести массу вещества в количество вещества (моль). Вычислим молярную массу сероводорода $H_2S$:

$M(H_2S) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества:

$n(H_2S) = \frac{m(H_2S)}{M(H_2S)} = \frac{17 \text{ г}}{34 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

Составим и решим пропорцию:

При сгорании 2 моль $H_2S$ — выделяется 857,3 кДж теплоты;

При сгорании 0,5 моль $H_2S$ — выделяется $Q_2$ кДж теплоты.

$Q_2 = \frac{0,5 \text{ моль} \cdot 857,3 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 214,325 \text{ кДж}$

Ответ: при сжигании 17 г $H_2S$ образуется 214,325 кДж теплоты.

в) Дан объем сероводорода $V(H_2S) = 2,24 \text{ л}$. Поскольку агрегатное состояние указано как газообразное, расчеты проводятся для нормальных условий (н.у.).

Найдем количество вещества $H_2S$, используя молярный объем газа при н.у. ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):

$n(H_2S) = \frac{V(H_2S)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Составим и решим пропорцию:

При сгорании 2 моль $H_2S$ — выделяется 857,3 кДж теплоты;

При сгорании 0,1 моль $H_2S$ — выделяется $Q_3$ кДж теплоты.

$Q_3 = \frac{0,1 \text{ моль} \cdot 857,3 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 42,865 \text{ кДж}$

Ответ: при сжигании 2,24 л $H_2S$ образуется 42,865 кДж теплоты.

5.19. По термохимическому уравнению реакции

$2Al(тв) + 3Cl_{2}(г) = 2AlCl_{3}(тв.) + 1394,8 \text{ кДж}$

вычислите, какое количество теплоты выделилось при взаимодействии с алюминием:

а) 1 моль Cl₂;

б) 4,48 л Cl₂;

в) 7,1 г Cl₂.

Дано:

Термохимическое уравнение: $2Al(тв) + 3Cl_2(г) = 2AlCl_3(тв) + 1394,8 \text{ кДж}$

а) $n(Cl_2) = 1 \text{ моль}$

б) $V(Cl_2) = 4,48 \text{ л}$ (при н.у.)

в) $m(Cl_2) = 7,1 \text{ г}$

Найти:

а) $Q_a - ?$

б) $Q_б - ?$

в) $Q_в - ?$

Решение:

Из данного термохимического уравнения следует, что при сгорании 3 моль хлора $Cl_2$ в избытке алюминия выделяется 1394,8 кДж теплоты ($Q$). Это соотношение мы можем использовать для расчета теплоты, выделяющейся в каждом из предложенных случаев, составляя пропорцию.

Общая пропорция выглядит так:

При реакции $3 \text{ моль } Cl_2$ — выделяется $1394,8 \text{ кДж}$

При реакции $n \text{ моль } Cl_2$ — выделяется $Q_x \text{ кДж}$

Отсюда, формула для расчета теплоты $Q_x$ для произвольного количества вещества хлора $n(Cl_2)$:

$Q_x = \frac{n(Cl_2)}{3 \text{ моль}} \times 1394,8 \text{ кДж}$

Теперь рассчитаем количество теплоты для каждого пункта.

а) В данном случае количество вещества хлора уже известно: $n(Cl_2) = 1 \text{ моль}$.

Подставим это значение в нашу формулу:

$Q_a = \frac{1 \text{ моль}}{3 \text{ моль}} \times 1394,8 \text{ кДж} \approx 464,9 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 1 моль $Cl_2$ выделится 464,9 кДж теплоты.

б) Дан объем хлора $V(Cl_2) = 4,48 \text{ л}$. Будем считать, что газ находится при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем любого газа $V_m$ равен 22,4 л/моль.

Сначала найдем количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Теперь, зная количество вещества, рассчитаем количество выделившейся теплоты $Q_б$:

$Q_б = \frac{0,2 \text{ моль}}{3 \text{ моль}} \times 1394,8 \text{ кДж} \approx 93,0 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 4,48 л $Cl_2$ выделится 93,0 кДж теплоты.

в) Дана масса хлора $m(Cl_2) = 7,1 \text{ г}$.

Для расчета количества вещества нам понадобится молярная масса хлора $M(Cl_2)$. Атомная масса хлора $Ar(Cl)$ составляет приблизительно 35,5 а.е.м.

$M(Cl_2) = 2 \times M(Cl) = 2 \times 35,5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = \frac{m(Cl_2)}{M(Cl_2)} = \frac{7,1 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Наконец, рассчитаем количество выделившейся теплоты $Q_в$:

$Q_в = \frac{0,1 \text{ моль}}{3 \text{ моль}} \times 1394,8 \text{ кДж} \approx 46,5 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 7,1 г $Cl_2$ выделится 46,5 кДж теплоты.

5.20. По термохимическому уравнению реакции

$4\text{Al}(\text{тв}) + 3\text{O}_2(\text{г}) = 2\text{Al}_2\text{O}_3(\text{тв}) + 3350,4 \text{ кДж}$

вычислите, какое количество теплоты выделилось при взаимодействии с алюминием:

а) 1 моль $\text{O}_2$;

б) 4,48 л $\text{O}_2$;

в) 3,2 г $\text{O}_2$.

Дано:

Термохимическое уравнение: $4\text{Al}(\text{тв}) + 3\text{O}_2(\text{г}) = 2\text{Al}_2\text{O}_3(\text{тв}) + 3350,4 \text{ кДж}$

а) $n(\text{O}_2) = 1 \text{ моль}$

б) $V(\text{O}_2) = 4,48 \text{ л}$ (н.у.)

в) $m(\text{O}_2) = 3,2 \text{ г}$

Найти:

а) $Q_1$ - ?

б) $Q_2$ - ?

в) $Q_3$ - ?

Решение:

Из термохимического уравнения реакции следует, что при взаимодействии 3 моль кислорода с алюминием выделяется 3350,4 кДж теплоты. На основе этого можно составить пропорцию для расчета количества теплоты ($Q$), выделяющейся при реакции с любым количеством вещества кислорода ($n(\text{O}_2)$):

При реакции $3 \text{ моль O}_2$ — выделяется $3350,4 \text{ кДж}$

При реакции $n(\text{O}_2) \text{ моль O}_2$ — выделяется $Q \text{ кДж}$

Отсюда, формула для расчета теплоты: $Q = \frac{n(\text{O}_2) \cdot 3350,4 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}}$

а) Количество вещества кислорода дано: $n(\text{O}_2) = 1 \text{ моль}$.

Рассчитаем количество выделившейся теплоты ($Q_1$):

$Q_1 = \frac{1 \text{ моль} \cdot 3350,4 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}} = 1116,8 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 1 моль кислорода с алюминием выделится 1116,8 кДж теплоты.

б) Объем кислорода дан при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Найдем количество вещества кислорода объемом 4,48 л:

$n(\text{O}_2) = \frac{V(\text{O}_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Рассчитаем количество выделившейся теплоты ($Q_2$):

$Q_2 = \frac{0,2 \text{ моль} \cdot 3350,4 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}} = 0,2 \cdot 1116,8 \text{ кДж} = 223,36 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 4,48 л кислорода с алюминием выделится 223,36 кДж теплоты.

в) Найдем молярную массу кислорода $O_2$:

$M(\text{O}_2) = 2 \cdot A_r(\text{O}) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества кислорода массой 3,2 г:

$n(\text{O}_2) = \frac{m(\text{O}_2)}{M(\text{O}_2)} = \frac{3,2 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Рассчитаем количество выделившейся теплоты ($Q_3$):

$Q_3 = \frac{0,1 \text{ моль} \cdot 3350,4 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}} = 0,1 \cdot 1116,8 \text{ кДж} = 111,68 \text{ кДж}$

Ответ: при взаимодействии 3,2 г кислорода с алюминием выделится 111,68 кДж теплоты.

5.21. По термохимическому уравнению реакции

$\text{Si}(\text{тв}) + \text{O}_2(\text{г}) = \text{SiO}_2(\text{тв}) + 850,6 \text{ кДж}$

вычислите, какое количество теплоты может выделиться, если сжечь в кислороде:

а) 5,6 кг кремния;

б) 4 моль кремния.

Дано:

Термохимическое уравнение: $Si(тв) + O_2(г) = SiO_2(тв) + 850,6 \text{ кДж}$

$m_a(Si) = 5,6 \text{ кг}$

$n_б(Si) = 4 \text{ моль}$

$m_a(Si) = 5,6 \text{ кг} = 5600 \text{ г}$

Найти:

$Q_a$ — ?

$Q_б$ — ?

Решение:

Из данного термохимического уравнения следует, что при сгорании 1 моль кремния ($Si$) в кислороде с образованием 1 моль оксида кремния ($SiO_2$) выделяется 850,6 кДж теплоты. Это можно записать как тепловой эффект реакции на 1 моль кремния: $Q_{моль} = 850,6 \text{ кДж/моль}$.

a) Чтобы найти количество теплоты, выделившейся при сжигании 5,6 кг кремния, сначала необходимо вычислить количество вещества (число молей) кремния в этой массе.

1. Молярная масса кремния ($Si$), согласно периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева, составляет примерно $M(Si) = 28 \text{ г/моль}$.

2. Рассчитаем количество вещества $n(Si)$ в 5,6 кг (5600 г) кремния по формуле $n = m/M$:

$n_a(Si) = \frac{m_a(Si)}{M(Si)} = \frac{5600 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 200 \text{ моль}$

3. Теперь, зная количество вещества кремния и тепловой эффект на 1 моль, можно рассчитать общее количество выделившейся теплоты $Q_a$:

$Q_a = n_a(Si) \times Q_{моль} = 200 \text{ моль} \times 850,6 \text{ кДж/моль} = 170120 \text{ кДж}$

Ответ: при сжигании 5,6 кг кремния выделится 170120 кДж теплоты.

б) Для расчета количества теплоты, выделившейся при сжигании 4 моль кремния, необходимо умножить данное количество вещества на молярный тепловой эффект реакции.

1. Количество вещества кремния дано в условии: $n_б(Si) = 4 \text{ моль}$.

2. Рассчитаем общее количество выделившейся теплоты $Q_б$:

$Q_б = n_б(Si) \times Q_{моль} = 4 \text{ моль} \times 850,6 \text{ кДж/моль} = 3402,4 \text{ кДж}$

Ответ: при сжигании 4 моль кремния выделится 3402,4 кДж теплоты.

5.22. Используя термохимическое уравнение горения серы

$S_{\text{тв}} + O_{2\text{г}} = SO_{2\text{г}} + 297 \text{ кДж}$,

вычислите количество теплоты, образуемой при сгорании:

a) 7,2 моль серы;

б) 6,4 г серы.

Дано:

Термохимическое уравнение: $S(тв) + O_2(г) = SO_2(г) + 297 \, \text{кДж}$

а) Количество вещества серы $n_a(S) = 7,2 \, \text{моль}$

б) Масса серы $m_b(S) = 6,4 \, \text{г}$

Молярная масса серы $M(S) \approx 32 \, \text{г/моль}$ (согласно периодической таблице химических элементов)

Найти:

а) $Q_a$ — количество теплоты

б) $Q_b$ — количество теплоты

Решение:

Из термохимического уравнения реакции горения серы видно, что при сгорании 1 моль твердой серы (S) выделяется 297 кДж теплоты.

а) Чтобы вычислить количество теплоты ($Q_a$), образуемое при сгорании 7,2 моль серы, составим пропорцию:

При сгорании 1 моль S — выделяется 297 кДж теплоты

При сгорании 7,2 моль S — выделяется $Q_a$ кДж теплоты

Из пропорции следует:

$Q_a = 7,2 \, \text{моль} \cdot 297 \, \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} = 2138,4 \, \text{кДж}$

Ответ: при сгорании 7,2 моль серы образуется 2138,4 кДж теплоты.

б) Для вычисления количества теплоты ($Q_b$), образующейся при сгорании 6,4 г серы, сначала необходимо найти количество вещества ($n_b$) серы. Для этого используем формулу $n = \frac{m}{M}$, где $m$ — масса вещества, а $M$ — его молярная масса.

Рассчитаем количество вещества серы:

$n_b(S) = \frac{m_b(S)}{M(S)} = \frac{6,4 \, \text{г}}{32 \, \text{г/моль}} = 0,2 \, \text{моль}$

Теперь, зная количество вещества, можно рассчитать количество выделившейся теплоты по аналогии с пунктом а):

При сгорании 1 моль S — выделяется 297 кДж теплоты

При сгорании 0,2 моль S — выделяется $Q_b$ кДж теплоты

Из пропорции следует:

$Q_b = 0,2 \, \text{моль} \cdot 297 \, \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} = 59,4 \, \text{кДж}$

Ответ: при сгорании 6,4 г серы образуется 59,4 кДж теплоты.

5.23. Составьте термохимическое уравнение реакции горения оксида углерода(II) в кислороде, если при горении $1,2 \text{ моль}$ оксида углерода(II) выделилось $346,2 \text{ кДж}$ теплоты.

Дано:

Количество вещества оксида углерода(II), $ν(\text{CO}) = 1,2$ моль
Выделившаяся теплота, $Q = 346,2$ кДж

Перевод в систему СИ:
$Q = 346,2 \text{ кДж} = 346200 \text{ Дж}$

Найти:

Термохимическое уравнение реакции горения CO.

Решение:

1. Сначала составим уравнение реакции горения оксида углерода(II) (CO) в кислороде (O₂) с образованием оксида углерода(IV) (CO₂). Затем уравняем его, расставив стехиометрические коэффициенты.

$2\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2$

2. Термохимическое уравнение показывает тепловой эффект реакции, который соответствует мольным соотношениям реагентов и продуктов согласно коэффициентам в уравнении. Из сбалансированного уравнения видно, что в реакцию вступают 2 моль CO.

3. По условию, при сгорании 1,2 моль CO выделяется 346,2 кДж теплоты. Нам необходимо вычислить, какое количество теплоты ($Q_x$) выделится при сгорании 2 моль CO. Для этого составим пропорцию:

при сгорании $1,2$ моль CO — выделяется $346,2$ кДж теплоты;
при сгорании $2$ моль CO — выделяется $Q_x$ кДж теплоты.

$\frac{1,2 \text{ моль}}{2 \text{ моль}} = \frac{346,2 \text{ кДж}}{Q_x}$

Выразим и рассчитаем $Q_x$:

$Q_x = \frac{2 \text{ моль} \cdot 346,2 \text{ кДж}}{1,2 \text{ моль}} = 577 \text{ кДж}$

4. Теперь запишем полное термохимическое уравнение. Поскольку реакция экзотермическая (теплота выделяется), тепловой эффект записывается в правой части уравнения со знаком "+". Также необходимо указать агрегатные состояния веществ (г - газ).

$2\text{CO(г)} + \text{O}_2\text{(г)} = 2\text{CO}_2\text{(г)} + 577 \text{ кДж}$

Эту же реакцию можно записать через изменение энтальпии ($\Delta H$). Для экзотермической реакции $\Delta H$ имеет отрицательное значение: $\Delta H = -Q_x = -577$ кДж.

Ответ: $2\text{CO(г)} + \text{O}_2\text{(г)} = 2\text{CO}_2\text{(г)} + 577 \text{ кДж}$