Страница 72 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

5.32. Термохимическое уравнение горения оксида углерода(II)

$2CO(г) + O_2(г) = 2CO_2(г) + 566 кДж$

При горении оксида углерода(II) выделилось 141,5 кДж теплоты. Объем кислорода, затраченного на горение оксида углерода(II), составляет

1) 22,4 л

2) 5,6 л

3) 0,25 л

4) 0,4 л

Дано:

Термохимическое уравнение: $2CO(г) + O_2(г) = 2CO_2(г) + 566 \text{ кДж}$

Выделившаяся теплота: $Q_{эксп} = 141,5 \text{ кДж}$

Молярный объем газа (при нормальных условиях): $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Перевод данных в систему СИ:

Тепловой эффект реакции: $Q_{теор} = 566 \text{ кДж} = 566 \times 10^3 \text{ Дж} = 566000 \text{ Дж}$

Выделившаяся теплота: $Q_{эксп} = 141,5 \text{ кДж} = 141,5 \times 10^3 \text{ Дж} = 141500 \text{ Дж}$

Молярный объем газа: $V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \times 10^{-3} \text{ м}^3\text{/моль} = 0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$

Найти:

Объем кислорода $V(O_2)$ — ?

Решение:

Из данного термохимического уравнения следует, что при сгорании 2 моль оксида углерода(II) с 1 моль кислорода ($O_2$) выделяется 566 кДж теплоты. Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально количеству вещества (и объему для газов) реагентов.

Можно составить пропорцию, связывающую объем кислорода и количество выделившейся теплоты. Согласно уравнению, на 1 моль кислорода, объем которого при нормальных условиях (н.у.) составляет 22,4 л, приходится 566 кДж теплоты. В ходе реакции выделилось 141,5 кДж теплоты.

Составим пропорцию:

При реакции $1 \text{ моль } O_2$ (объемом $22,4 \text{ л}$) — выделяется $566 \text{ кДж}$ теплоты.

При реакции $x \text{ л } O_2$ — выделилось $141,5 \text{ кДж}$ теплоты.

$\frac{22,4 \text{ л}}{566 \text{ кДж}} = \frac{V(O_2)}{141,5 \text{ кДж}}$

Выразим из пропорции неизвестный объем кислорода $V(O_2)$:

$V(O_2) = \frac{22,4 \text{ л} \cdot 141,5 \text{ кДж}}{566 \text{ кДж}}$

Заметим, что $566 = 141,5 \cdot 4$.

$V(O_2) = \frac{22,4 \text{ л} \cdot 141,5}{141,5 \cdot 4} = \frac{22,4 \text{ л}}{4} = 5,6 \text{ л}$

Таким образом, объем кислорода, затраченного на горение, составляет 5,6 л.

Ответ: 5,6 л.

5.33. При сгорании 31 г фосфора в кислороде выделяется 752,5 кДж теплоты. Тепловой эффект реакции горения 4 моль фосфора в кислороде составляет

1) 3010 кДж

2) 752,5 кДж

3) 188,1 кДж

4) 97 кДж

Дано:

Масса сгоревшего фосфора, $m(P) = 31$ г
Количество выделившейся теплоты, $Q_1 = 752,5$ кДж
Количество вещества фосфора для расчета, $n_2(P) = 4$ моль
Молярная масса фосфора, $M(P) \approx 31$ г/моль

Найти:

Тепловой эффект реакции горения 4 моль фосфора, $Q_2$

Решение:

Первым шагом определим количество вещества фосфора ($n_1$), которое содержится в 31 грамме, используя формулу:

$n_1(P) = \frac{m(P)}{M(P)}$

Подставим в формулу данные из условия:

$n_1(P) = \frac{31 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

Из этого следует, что при сгорании 1 моль фосфора выделяется 752,5 кДж теплоты. Это значение является молярным тепловым эффектом данной реакции.

Далее, чтобы найти тепловой эффект реакции ($Q_2$) для сгорания 4 моль фосфора, необходимо молярный тепловой эффект умножить на заданное количество вещества (4 моль).

Можно составить пропорцию:

1 моль P — 752,5 кДж
4 моль P — $Q_2$ кДж

$Q_2 = \frac{4 \text{ моль} \cdot 752,5 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 3010 \text{ кДж}$

Таким образом, тепловой эффект реакции горения 4 моль фосфора в кислороде составляет 3010 кДж, что соответствует варианту ответа 1.

Ответ: 1) 3010 кДж

5.34. При образовании 1 моль оксида железа(III) (реакция железа с кислородом) выделяется 822 кДж теплоты. Тепловой эффект по термохимическому уравнению реакции железа с кислородом выражает запись

1) $-822$ кДж
2) $-1644$ кДж
3) $822$ кДж
4) $1644$ кДж

Дано:

Количество вещества оксида железа(III): $n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 1 \text{ моль}$
Теплота, выделяющаяся при образовании 1 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$: $Q_1 = 822 \text{ кДж}$

$Q_1 = 822 \text{ кДж} = 822 \times 10^3 \text{ Дж}$

Найти:

Тепловой эффект реакции $\Delta H$ по термохимическому уравнению.

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции железа с кислородом, в результате которой образуется оксид железа(III):
$\text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3$
2. Теперь необходимо уравнять химическую реакцию, расставив стехиометрические коэффициенты. В стандартной записи термохимических уравнений принято использовать наименьшие целые коэффициенты.
$4\text{Fe} + 3\text{O}_2 = 2\text{Fe}_2\text{O}_3$
3. Из сбалансированного уравнения реакции видно, что в ней образуется 2 моль оксида железа(III).
4. В условии задачи указано, что при образовании 1 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ выделяется 822 кДж теплоты. "Выделяется" означает, что реакция экзотермическая.
5. Чтобы найти теплоту, которая выделяется в ходе реакции, записанной в пункте 2, необходимо умножить теплоту образования 1 моль продукта на стехиометрический коэффициент этого продукта в уравнении:
$Q_{\text{реакции}} = 2 \text{ моль} \times 822 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} = 1644 \text{ кДж}$
6. Тепловой эффект реакции ($\Delta H$, или изменение энтальпии) связан с количеством выделившейся или поглощенной теплоты ($Q$). Для экзотермических реакций (с выделением тепла) значение $\Delta H$ отрицательно: $\Delta H = -Q$.
Следовательно, тепловой эффект для данной реакции равен:
$\Delta H = -1644 \text{ кДж}$
7. Таким образом, термохимическое уравнение реакции имеет вид:
$4\text{Fe}_{(\text{тв})} + 3\text{O}_{2(\text{г})} = 2\text{Fe}_2\text{O}_{3(\text{тв})}; \Delta H = -1644 \text{ кДж}$

Ответ: -1644 кДж.

5.35. При сгорании в кислороде 1 моль метана выделяется 803 кДж теплоты. Объем кислорода, понадобившегося для проведения этой реакции, если при этом выделилось в 10 раз больше (8030 кДж) теплоты, составляет

1) 10 л

2) 224 л

3) 448 л

4) 20 л

Дано:

$n_1(CH_4) = 1 \text{ моль}$

$Q_1 = 803 \text{ кДж}$

$Q_2 = 8030 \text{ кДж}$

$V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ (молярный объем газа при нормальных условиях)

$Q_1 = 803 \times 10^3 \text{ Дж}$

$Q_2 = 8030 \times 10^3 \text{ Дж}$

Найти:

$V(O_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного сгорания метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$):

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

2. Согласно условию задачи, при сгорании 1 моль метана выделяется 803 кДж теплоты. На основе этого составим термохимическое уравнение реакции:

$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O + 803 \text{ кДж}$

3. В ходе реакции выделилось 8030 кДж теплоты. Это в 10 раз больше, чем при сгорании 1 моль метана ($8030 \text{ кДж} / 803 \text{ кДж} = 10$). Следовательно, в реакцию вступило в 10 раз больше метана:

$n(CH_4) = 1 \text{ моль} \cdot 10 = 10 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции видно, что на сгорание 1 моль метана требуется 2 моль кислорода. Найдем количество вещества кислорода, необходимое для сгорания 10 моль метана, используя стехиометрическое соотношение:

$\frac{n(CH_4)}{1} = \frac{n(O_2)}{2}$

$n(O_2) = 2 \cdot n(CH_4) = 2 \cdot 10 \text{ моль} = 20 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем, который занимают 20 моль кислорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m$

$V(O_2) = 20 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 448 \text{ л}$

Полученный результат соответствует варианту ответа 3).

Ответ: 448 л