Номер 12, страница 30 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 4. Основы термохимии и химической кинетики - номер 12, страница 30.

Условие.

12. Рассчитайте количество теплоты, выделившейся в результате реакции

$3\text{CaO}(\text{тв.}) + \text{P}_2\text{O}_5(\text{тв.}) = \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{тв.}) + 739\text{ кДж},$

если в реакцию вступило 22,4 г оксида кальция и 14,2 г оксида фосфора(V).

Решение.

Решение 2.

Дано:

Термохимическое уравнение реакции: $3CaO_{(тв.)} + P_2O_{5(тв.)} = Ca_3(PO_4)_{2(тв.)} + 739 \text{ кДж}$

Масса оксида кальция, $m(CaO) = 22,4 \text{ г}$

Масса оксида фосфора(V), $m(P_2O_5) = 14,2 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(CaO) = 0,0224 \text{ кг}$

$m(P_2O_5) = 0,0142 \text{ кг}$

$Q_{уравнения} = 739 \text{ кДж} = 739000 \text{ Дж}$

Найти:

Количество выделившейся теплоты, $Q_{практ.} - ?$

Решение:

1. Чтобы рассчитать количество выделившейся теплоты, необходимо определить, какое из исходных веществ находится в недостатке. Это вещество называется лимитирующим реагентом, и именно оно полностью прореагирует и определит количество продуктов реакции и тепловой эффект. Для этого сначала найдём количество вещества (в молях) каждого реагента.

2. Рассчитаем молярные массы оксида кальция ($CaO$) и оксида фосфора(V) ($P_2O_5$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы (Ca ≈ 40, P ≈ 31, O ≈ 16).

Молярная масса $CaO$:

$M(CaO) = M(Ca) + M(O) = 40 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса $P_2O_5$:

$M(P_2O_5) = 2 \cdot M(P) + 5 \cdot M(O) = 2 \cdot 31 \text{ г/моль} + 5 \cdot 16 \text{ г/моль} = 62 + 80 = 142 \text{ г/моль}$

3. Рассчитаем количество вещества ($n$) каждого реагента по формуле $n = \frac{m}{M}$:

Количество вещества $CaO$:

$n(CaO) = \frac{m(CaO)}{M(CaO)} = \frac{22,4 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

Количество вещества $P_2O_5$:

$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{14,2 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции, на 3 моль $CaO$ требуется 1 моль $P_2O_5$. Проверим, соблюдается ли это соотношение для наших количеств веществ.

Для реакции с 0,1 моль $P_2O_5$ потребуется:

$n_{необх}(CaO) = 0,1 \text{ моль } P_2O_5 \cdot \frac{3 \text{ моль } CaO}{1 \text{ моль } P_2O_5} = 0,3 \text{ моль } CaO$

У нас в наличии 0,4 моль $CaO$, что больше, чем требуется (0,3 моль). Это означает, что оксид кальция ($CaO$) находится в избытке, а оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — в недостатке. Следовательно, $P_2O_5$ является лимитирующим реагентом, и расчет количества выделившейся теплоты нужно вести по нему.

5. Составим пропорцию, основываясь на термохимическом уравнении. Из уравнения реакции следует, что при взаимодействии 1 моль $P_2O_5$ выделяется 739 кДж теплоты.

При реакции 1 моль $P_2O_5$ — выделяется 739 кДж теплоты.

При реакции 0,1 моль $P_2O_5$ — выделяется $Q_{практ.}$ теплоты.

Рассчитаем $Q_{практ.}$:

$Q_{практ.} = \frac{0,1 \text{ моль} \cdot 739 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 73,9 \text{ кДж}$

Ответ: в результате реакции выделится 73,9 кДж теплоты.