Номер 12, страница 103 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

Глава 2. Химическая реакция. Параграф 19. Тепловые эффекты химических реакций. Вопросы и задания - номер 12, страница 103.

Условие.

12. Теплота сгорания водорода равна 286 кДж/моль. Используя данные задач 6 и 8, определите, какое топливо — уголь, водород или метан — даёт больше теплоты в расчёте на единицу массы (например, 1 г).

Решение.

Решение 2.

Дано:

Теплота сгорания водорода, $Q_{H_2} = 286$ кДж/моль

Теплота сгорания угля (углерода), $Q_{C} = 393.5$ кДж/моль (предполагаемое значение из задачи 6)

Теплота сгорания метана, $Q_{CH_4} = 891$ кДж/моль (предполагаемое значение из задачи 8)

Перевод данных в систему СИ:

$Q_{H_2} = 286 \times 10^3$ Дж/моль

$Q_{C} = 393.5 \times 10^3$ Дж/моль

$Q_{CH_4} = 891 \times 10^3$ Дж/моль

Молярная масса водорода: $M(H_2) = 2$ г/моль $= 0.002$ кг/моль

Молярная масса углерода: $M(C) = 12$ г/моль $= 0.012$ кг/моль

Молярная масса метана: $M(CH_4) = 16$ г/моль $= 0.016$ кг/моль

Найти:

Какое из топлив — уголь, водород или метан — выделяет больше теплоты на единицу массы (например, на 1 г).

Решение:

Для сравнения, какое топливо даёт больше теплоты на единицу массы, необходимо рассчитать их удельную теплоту сгорания ($q$). Удельная теплота сгорания — это количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 г вещества. Она рассчитывается по формуле:

$q = \frac{Q_{молярная}}{M}$

где $Q_{молярная}$ — молярная теплота сгорания (в кДж/моль), а $M$ — молярная масса вещества (в г/моль).

Сначала определим молярные массы для каждого вещества, используя округленные значения атомных масс: Ar(C) = 12, Ar(H) = 1.

Молярная масса угля (принимаем его за чистый углерод, $C$): $M(C) = 12$ г/моль.

Молярная масса водорода ($H_2$): $M(H_2) = 2 \times 1 = 2$ г/моль.

Молярная масса метана ($CH_4$): $M(CH_4) = 12 + 4 \times 1 = 16$ г/моль.

Теперь рассчитаем удельную теплоту сгорания для каждого топлива в кДж/г.

Удельная теплота сгорания угля:

$q_C = \frac{Q_C}{M(C)} = \frac{393.5 \text{ кДж/моль}}{12 \text{ г/моль}} \approx 32.8$ кДж/г.

Удельная теплота сгорания водорода:

$q_{H_2} = \frac{Q_{H_2}}{M(H_2)} = \frac{286 \text{ кДж/моль}}{2 \text{ г/моль}} = 143$ кДж/г.

Удельная теплота сгорания метана:

$q_{CH_4} = \frac{Q_{CH_4}}{M(CH_4)} = \frac{891 \text{ кДж/моль}}{16 \text{ г/моль}} \approx 55.7$ кДж/г.

Сравним полученные значения:

$q_{H_2} (143 \text{ кДж/г}) > q_{CH_4} (55.7 \text{ кДж/г}) > q_C (32.8 \text{ кДж/г})$.

Из сравнения следует, что наибольшее количество теплоты на единицу массы выделяется при сгорании водорода.

Ответ: водород.