Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения
Понятие о термохимических уравнениях реакций
Уравнения химических реакций, в которых указан тепловой эффект, называют термохимическими уравнениями. Тепловой эффект приводят как значение изменения энтальпии реакции АН. В термохимических уравнениях, в отличие от обычных химических уравнений, обязательно указывают агрегатные состояния веществ (жидкое «ж.», твердое «тв.» или газообразное «г.»). Это связано с тем, что одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях обладает разной энтальпией. Поэтому химическая реакция с участием одинаковых веществ, но в разном агрегатном состоянии характеризуется разным тепловым эффектом.
Тепловой эффект реакции в термохимических уравнениях обозначают двумя способами:
1) указывают только знак АН — если нужно просто отметить, является реакция экзо- или эндотермической:
Изменение энтальпии, приведенное в термохимическом уравнении,— это такая же часть химического уравнения, как и формулы веществ, и поэтому подчиняется тем же самым соотношениям. Например, для уравнения горения этана:
Для других количеств реагентов или продуктов количество теплоты пропорционально изменится.
Часто для облегчения пользования термохимическими уравнениями коэффициенты в них сокращают так, чтобы перед формулами веществ, по которым ведутся расчеты, стоял коэффициент 1. Конечно, в таком случае другие коэффициенты могут получиться дробными, при этом необходимо пропорционально уменьшать и значение изменения энтальпии. Так, для реакции взаимодействия натрия с водой, приведенной выше, можно записать термохимическое уравнение:
Составление термохимических уравнений реакций Пример 1. При реакции азота количеством вещества 1 моль с кислородом с образованием нитроген(П) оксида поглощается 181,8 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение реакции.
Решение. Поскольку энергия поглощается, то АН является положительным числом. Термохимическое уравнение будет выглядеть так:
Пример 2. Для реакции синтеза гидроген йодида из простых газообразных веществ АН = +52 кДж/моль. Составьте термохимическое уравнение разложения гидроген йодида до простых веществ.
Решение. Реакции синтеза гидроген йодида и его разложения — это противоположные реакции. Анализируя рисунок 18.4, можно сделать вывод, что в этом случае вещества, а следовательно, и их энтальпии одинаковы. Разница только в том, какое из веществ является продуктом реакции, а какое — реагентом. Основываясь на этом, делаем вывод, что в противоположных процессах АН одинаковы по значению, но разные по знаку. Итак, для реакции синтеза гидроген йодида:
Поскольку на практике измеряют массу или объем веществ, то есть необходимость составлять термохимические уравнения, используя именно эти данные. Пример. При образовании жидкой воды массой 18 г из простых веществ выделилось 241,8 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции. Решение. Вода массой 18 г соответствует количеству вещества n(H 2 O) = m / M = 18 г / 18 г / моль = 1 моль. А в уравнении реакции образования воды из простых веществ перед формулой воды стоит коэффициент 2. Значит, в термохимическом уравнении необходимо отметить изменение энтальпии при образовании воды количеством вещества 2 моль, т. е. 241,8 . 2 = 483,6:
На этикетках продуктов питания обязательно приводят данные об их энергетической ценности, которую часто называют калорийностью. Большинство людей информация о калорийности продуктов наводит на размышления: «На сколько я поправлюсь, если я это съем?» На самом деле цифры, которые указаны на этикетке,— это тепловой эффект реакции полного сгорания 100 г этого продукта до углекислого газа и воды. Этот тепловой эффект часто приводят в устаревших единицах измерения теплоты — калориях или килокалориях (1 кал = 4,18 Дж, 1 ккал = 4,18 кДж), откуда и произошел термин «калорийность».
Ключевая идея
Изменение энтальпии — количественная характеристика выделенной или поглощенной теплоты в процессе химической реакции.
Задания для усвоения материала
210. Какие уравнения реакций называют термохимическими?
211. Определите, какие из приведенных термохимических уравнений соответствуют экзотермическим процессам? эндотермическим процессам?
212. По термохимическому уравнению синтеза аммиака вычислите, сколько теплоты выделится: а) при расходовании азота количеством вещества 1 моль; б) образовании аммиака количеством вещества 2 моль. 1\1 2 (г.) + 3Н 2 (г.) = 2NH 3 (n); ДН = -92 кДж/моль.
213. Изменение энтальпии реакции сгорания угля равно 393,5 кДж/моль. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
214. При сгорании метана количеством вещества 1 моль выделилось 890 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
215. Феррум(11) оксид восстанавливается карбон(11) оксидом до железа. Эта реакция сопровождается выделением 1318 кДж теплоты при получении 1 моль железа. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
216. При взаимодействии водорода с йодом образовался гидроген йодид количеством вещества 2 моль. При этом поглотилось 101,6 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
217. По термохимическим уравнениям в задании 211 составьте термохимические уравнения реакций: а) образования меркурий(П) оксида из простых веществ; б) разложения гидроген хлорида; в) образования глюкозы в процессе фотосинтеза.
218. При сгорании карбон(И) оксида количеством вещества 2 моль выделилось 566 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение реакции.
219. На разложение барий карбоната массой 197 г расходуется 272 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
220. При взаимодействии железа массой 56 г с серой выделилось 95 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.
221. Сравните приведенные термохимические уравнения и объясните различия в изменении энтальпии:
222*. Изменение энтальпии реакции нейтрализации хлоридной кислоты натрий гидроксидом равно -56,1 кДж/моль, а калий гидроксидом — -56,3 кДж/моль. При реакции нитратной кислоты с литий гидроксидом изменение энтальпии равно -55,8 кДж/моль. Как вы считаете, почему тепловые эффекты этих реакций почти совпадают?
Это материал учебника
Тепловые эффекты химических реакций
Тепловой эффект реакции - количество теплоты, которое выделяется или поглощается системой в результате протекания химической реакции. Это может быть DН (Р,Т = const) или DU (V,T = const).
Если в результате реакции теплота выделяется, т.е. энтальпия системы понижается (DН < 0 ), то реакция называется экзотермической.
Реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты, т.е. с повышением энтальпии системы (DН > 0), называются эндотермическими.
Как и другие функции состояния, энтальпия зависит от количества вещества, поэтому ее велечену (DН) обычно относят к 1 моль вещества и выражают в кДж/моль.
Обычно функции системы определяют при стандартных условиях , в которые, кроме параметров стандартного состояния, входит стандартная температура T = 298,15 К (25°C). Часто температуру указывают в виде нижнего индекса ().
Термохимические уравнения
Термохимические уравнения реакций - уравнения, в которых указан тепловой эффект, условия реакций и агрегатные состояния веществ. Обычно в качестве теплового эффекта указывается энтальпия реакции. Например,
C (графит) + O 2 (газ) = CO 2 (газ) , DН 0 298 = -396 кДж.
Тепловой эффект можно записать в уравнении реакции:
C (графит) + O 2 (газ) = CO 2 (газ) + 396 кДж.
В химической термодинамике первая форма записи употребляется чаще.
Особенности термохимических уравнений.
1. Тепловой эффект зависит от массы реагирующего вещества, поэ-
тому его обычно рассчитывают на один моль вещества. В связи с этим в термохимических уравнениях можно использовать дробные коэффициенты . Например, для случая образования одного моля хлороводорода термохимическое уравнение записывается так:
½H 2 + ½Cl 2 = HCl, DH 0 298 = -92 кДж
или Н 2 + Cl 2 = 2HСl, DH 0 298 = -184 кДж.
2. Тепловые эффекты зависят от агрегатного состояния реагентов; оно указывается в термохимических уравнениях индексами: ж - жидкое, г - газообразное, т - твердое или к – кристаллическое, р – растворенное.
Для того, чтобы сравнивать энергетические эффекты различных процессов, тепловые эффекты определяют при стандартных условиях . За стандартные принимают давление 100 кПа (1 бар), температуру 25 0 С (298 К), концентрацию - 1 моль/л. Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартном состоянии, то тепловой эффект химической реакции называется стандартной энтальпией системы и обозначается ΔН 0 298 или ΔН 0 .
Уравнения химических реакций с указанием теплового эффекта называют термохимическими уравнениями .
В термохимических уравнениях указывают фазовое состояние и полиморфную модификацию реагирующих и образующихся веществ: г -газовое, ж - жидкое, к -кристаллическое, т - твердое, р - растворенное и др. Если агрегатные состояния веществ для условий реакции очевидны, например, О 2 , N 2 , Н 2 - газы, Аl 2 О 3 , СаСО 3 - твердые вещества и т.д. при 298 К, то их могут не указывать.
Термохимическое уравнение включает в себя тепловой эффект реакции ΔН , который в современной терминологии записывают рядом с уравнением. Например:
С 6 Н 6(Ж) + 7,5О 2 = 6СО 2 + 3Н 2 О (Ж) ΔН 0 = - 3267,7 кДж
N 2 + 3Н 2 = 2NН 3(Г) ΔН 0 = - 92,4 кДж.
С термохимическими уравнениями можно оперировать, как и с алгебраическими уравнениями (складывать, вычитать друг из друга, умножать на постоянную величину и т.д.).
Термохимические уравнения часто (но не всегда) приводятся для одного моля рассматриваемого вещества (получаемого или расходуемого). При этом другие участники процесса могут входить в уравнение с дробными коэффициентами. Это допускается, так как термохимические уравнения оперируют не с молекулами, а с молями веществ.
Термохимические расчеты
Тепловые эффекты химических реакций определяют как экспериментально, так и с помощью термохимических расчетов.
В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1841 г):
Тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому протекает реакция (т.е. от числа промежуточных стадий), а определяется начальным и конечным состоянием системы.
Например, реакция горения метана может протекать по уравнению:
СН 4 +2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О (Г) ΔН 0 1 = -802,34 кДж
Эту же реакцию можно провести через стадию образования СО:
СН 4 +3/2О 2 = СО + 2Н 2 О (Г) ΔН 0 2 = -519,33 кДж
СО +1/2О 2 = СО 2 ΔН 0 3 = -283,01 кДж
При этом оказывается, что ΔН 0 1 = ΔН 0 2 + ΔН 0 3 . Следовательно, тепловой эффект реакции, протекающей по двум путям, одинаков. Закон Гесса хорошо иллюстрируется с помощью энтальпийных диаграмм (рис.2)
Из закона Гесса вытекает ряд следствий:
1. Тепловой эффект прямой реакции равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком.
2. Если в результате ряда последовательных химических реакций система приходит в состояние, полностью совпадающее с исходным, то сумма тепловых эффектов этих реакций равна нулю (ΔН = 0). Процессы, в которых система после последовательных превращений возвращается в исходное состояние, называются круговыми процессами или циклами . Метод циклов широко используется в термохимических расчетах. .
3. Энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
Здесь встречаемся с понятием ""энтальпия образования"" .
Энтальпией (теплотой) образования химического соединения называется тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25 0 С (298 К) и 100 кПа. Стандартные энтальпии образования химических веществ обозначаются ΔН 0 298 (или ΔН 0 ), измеряются в кДж/моль и приводятся в справочниках. Энтальпию образования простых веществ, устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа, принимают равной нулю.
В таком случае следствие из закона Гесса для теплового эффекта химической реакции (ΔН (Х.Р.) ) имеет вид:
ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 продуктов реакции - ∑ΔН 0 исходных веществ
Используя закон Гесса, можно рассчитывать энергию химической связи, энергию кристаллических решеток, теплоты сгорания топлив, калорийность пищи и т.д.
Наиболее распространенные расчеты – вычисление тепловых эффектов (энтальпий) реакций, что необходимо для технологических и научных целей.
Пример 1. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО 2(Г) и водородом, в результате которой образуются СН 4(Г) и Н 2 О (Г) , вычислив ее тепловой эффект на основе данных, приведенных в приложении. Сколько теплоты выделится в этой реакции при получении 67,2 л метана в пересчете на стандартные условия?
Решение .
СО 2(Г) + 3Н 2(Г) = СН 4(Г) + 2Н 2 О (Г)
Находим в справочнике (приложение) стандартные теплоты образования соединений, участвующих в процессе:
ΔН 0 (СО 2(Г) ) = -393,51 кДж/моль ΔН 0 (СН 4(Г) ) = -74,85 кДж/моль ΔН 0 (Н 2(Г) ) = 0 кДж/моль ΔН 0 (Н 2 О (Г) ) = ―241,83 кДж/моль
Обратите внимание, что теплота образования водорода, как и всех простых веществ в их устойчивом при данных условиях состоянии, равна нулю. Рассчитываем тепловой эффект реакции:
ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 (прод.) - ∑ΔН 0 (исх.) =
ΔН 0 (СН 4(Г) ) + 2ΔН 0 (Н 2 О (Г) ) - ΔН 0 (СО 2(Г) ) -3ΔН 0 (Н 2(Г) )) =
74,85 + 2(-241,83) - (-393,51) - 3·0 = -165,00 кДж/моль.
Термохимическое уравнение имеет вид:
СО 2(Г) + 3Н 2(Г) = СН 4(Г) + 2Н 2 О (Г) ; ΔН = -165,00 кДж
Согласно этому термохимическому уравнению, 165,00 кДж теплоты выделится при получении 1 моль, т.е. 22,4 л метана. Количество теплоты, выделившейся при получении 67,2 л метана, находим из пропорции:
22,4 л -- 165,00 кДж 67,2·165,00
67,2 л -- Q кДж Q = ------ = 22,4
Пример 2. При сгорании 1л этилена С 2 Н 4(Г) (стандартные условия) с образованием газообразного оксида углерода (IV) и жидкой воды выделяется 63,00 кДж теплоты. Рассчитайте по этим данным мольную энтальпию горения этилена и запишите термохимическое уравнение реакции. Вычислите энтальпию образования С 2 Н 4(Г) и сравните полученное значение с литературными данными (приложение).
Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:
С 2 Н 4(Г) + 3О 2(Г) = 2СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ; Н = ?
Создаваемое термохимическое уравнение описывает горение 1 моль, т.е. 22,4 л этилена. Необходимую для него мольную теплоту горения этилена находим из пропорции:
1л -- 63,00 кДж 22,4·63,00
22,4 л -- Q кДж Q = ------ =
1410,96 кДж
Н = -Q , термохимическое уравнение горения этилена имеет вид: С 2 Н 4(Г) + 3О 2(Г) = 2СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ; Н = -1410,96 кДж
Для расчета энтальпии образования С 2 Н 4(Г) привлекаем следствие из закона Гесса: ΔН (Х.Р.) = ∑ΔН 0 (прод.) - ∑ΔН 0 (исх.).
Используем найденную нами энтальпию горения этилена и приведенные в приложении энтальпии образования всех (кроме этилена) участников процесса.
1410,96 = 2·(-393,51) + 2·(-285,84) - ΔН 0 (С 2 Н 4(Г) ) - 3·0
Отсюда ΔН 0 (С 2 Н 4(Г) ) = 52,26 кДж/моль. Это совпадает со значением, приведенным в приложении и доказывает правильность наших вычислений.
Пример 3. Напишите термохимическое уравнение образования метана из простых веществ, вычислив энтальпию этого процесса из следующих термохимических уравнений:
СН 4(Г) + 2О 2(Г) = СО 2(Г) + 2Н 2 О (Ж) ΔН 1 = -890,31 кДж (1)
С (ГРАФИТ) + О 2(Г) = СО 2(Г) Н 2 = -393,51 кДж (2)
Н 2(Г) + ½О 2(Г) = Н 2 О (Ж) Н 3 = -285,84 кДж (3)
Сравните полученное значение с табличными данными (приложение).
Решение. Составляем и уравниваем химическую часть требующегося термохимического уравнения:
С (ГРАФИТ) + 2Н 2(Г) = СН 4(Г) Н 4 = Н 0 (СН 4(Г)) ) =? (4)
С термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Мы должны в результате алгебраических действий с уравнениями 1, 2 и 3 получить уравнение 4. Для этого следует уравнение 3 умножить на 2, результат сложить с уравнением 2 и вычесть уравнение 1.
2Н 2(Г) + О 2(Г) = 2Н 2 О (Ж) Н 0 (СН 4(Г) ) = 2 Н 3 + Н 2 - Н 1
+ С (ГРАФИТ) + О 2(Г) + СО 2(Г) Н 0 (СН 4(Г) ) = 2(-285,84)
- СН 4(Г) - 2О 2(Г) -СО 2(Г) - 2Н 2 О (Ж) + (-393,51)
С (ГРАФИТ) + 2Н 2(Г) = СН 4(Г) Н 0 (СН 4(Г) ) = -74,88 кДж
Это совпадает со значением, приведенным в приложении, что доказывает правильность наших вычислений.
Алгоритм II. Расчеты по термохимическим уравнениям
Задача II.1.
Какое количество теплоты выделится при сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнениемСН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О+878 кДж
Кратко записать условие задачи
Дано: Q = +878 кДж
V (СН 4 ) = 4,48л
Найти: Q 1 - ?
СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q
4,48 л Q 1
СН 4 +2О 2 = СО 2 +2Н 2 О + Q
1 моль 878 кДж
22,4л /моль
Найти количество вещества метана, занимающего объем 4,48 л
n = V / Vm
n ( CH 4 )= 4,48л / 22,4л/моль = 0,2 моль
Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании метана количеством вещества 0,2 моль
По уравнению:
878 кДж – 1 моль СН 4
По условию:
Q 1 – 0,2 моль СН 4
Q 1 = 175,6 кДж
Сформулировать ответ
При сгорании метана объемом 4,48 л (н.у.) выделится 175,6 кДж теплоты
Задача II.2.
Дано: Q = +2700 кДжV (С 2 Н 2 ) = 224
Найти: Q 1 - ?
Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении
2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q
Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением
224 л Q 1
2 C 2 Н 2 + 5 О 2 = 4 C О 2 + 2Н 2 O + Q
1 моль 2700 кДж
44,8 л/моль
Найти количество вещества ацетилена, занимающего объем 224 л
n = V / Vm
n ( C 2 H 2 )= 224л / 44,8/моль = 5 моль
Вычислить количество теплоты, выделившейся при сгорании ацетилена количеством вещества 5 моль
По уравнению:
2700 кДж – 1 моль С 2 Н 2
По условию:
Q 1 – 5 моль С 2 Н 2
Q 1 = 13500 кДж
Сформулировать ответ
При сгорании ацетилена объемом 224 л (н.у.) выделится 13500 кДж теплоты
Задача II.3.
Дано: Q = +1642 кДжНайти: m ( CH 3 COOH ) - ?
V(CO 2 ) - ?
Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении
C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q
Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением
m - ? 1642 кДж
C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + Q 1 1 моль 2 моль
Найти относительные молекулярные массы, молярные массы веществ, используемых при решении задачи
Mr ( CH 3 COOH) = 12+3*1+12+16*2+1=60
M ( CH 3 COOH) = 60 г / моль
Mr ( CO 2 ) = 12+16*2= 44
M ( CO 2) = 44 г / моль
Вычислим количество вещества уксусной кислоты, при сжигании которой выделилось 1642 кДж теплоты
По уравнению:
821 кДж – 1 моль CH 3 COOH
По условию:
1642 кДж - 2 моль CH 3 COOH
Вычислим массу уксусной кислоты, количество вещества которой 2 моль
m ( CH 3 COOH ) = n * M
m ( CH 3 COOH ) = 2 моль *60г/моль = 120 г
Вычислим количество вещества оксида углерода(IV) , образовавшегося в ходе реакции
По уравнению:
2 моль CO 2 – 1 моль CH 3 COOH
По условию:
4 моль CO 2 - 2 моль CH 3 COOH
Вычислим какой объем оксида углерода (IV) выделился в течении реакции
V( CO 2 ) = Vm* n (CO 2)
V( CO 2 ) = 22,4*4 моль = 89,6 л
Сформулировать ответ
120 г уксусной кислоты получится, если в результате реакции выделится 1642 кДж теплоты, объем оксида углерода (IV) при этом составит 89,6 л
Задачи для самостоятельного решения.
Задача II.4. Какое количество теплоты выделится при сгорании уксусной кислоты объемом 2,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением
C Н 3 COOH + 2 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 821 кДж
Задача II.5. Какое количество теплоты выделится при сгорании этена объемом 22,24л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением
C 2 Н 4 + 3 О 2 = 2 C О 2 + 2Н 2 O + 1500 кДж
Задача II.6. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 л метана (измерено при н.у.), если тепловой эффект этой реакции равен 801 кДж?
Задача II.7При сжигании 1 моль ацетилена выделится 1350 кДж теплоты. Сколько теплоты выделится при сжигании 10 л ацетилена (н.у)?
Задача II.8. При сжигании 5 моль этанола выделяется 1248 кДж теплоты. Какая масса этанола должна сгореть, чтобы выделилось 624 кДж теплоты?
Задача II.9. При сжигании 2 моль ацетилена выделяется 1350 кДж теплоты. Какая масса ацетилена должна сгореть, чтобы выделилось 200 кДж теплоты?
Задача II.10. При сжигании 10 моль метана выделяется 1600 кДж теплоты. Какой объем метана должен сгореть, чтобы выделилось 3000 кДж теплоты?
Задача 10.1. Используя термохимическое уравнение: 2Н 2 (г) + O 2 (г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж , определите массу образовавшейся воды, если выделилось 1479 кДж энергии.
Решение. Записываем уравнение реакции в виде:
Имеем
x = (2 моль 1479 кДж) / (484 кДж) = 6,11 моль
.
Откуда
m(Н 2 О) = v М = 6,11 моль 18 г/моль = 110 г
Если в условии задачи не указано количество реагирующего вещества, а сообщается лишь об изменении некоторой величины (массы или объема), относящейся, как правило, к смеси веществ, то удобно вводить в уравнение реакции дополнительный член, соответствующий этому изменению.
Задача 10.2. К смеси этана и ацетилена объемом 10 л (н.у.) добавили 10 л (н.у.) водорода. Смесь пропустили над нагретым платиновым катализатором. После приведения продуктов реакции к исходным условиям объем смеси стал равен 16 л. Определите массовую долю ацетилена в смеси.
Решение.
Водород реагирует с ацетиленом, но не с этаном.
С 2 Н 6 + Н2 2 ≠
С 2 Н 2 + 2Н 2 → С 2 Н 6
При этом объем системы уменьшается на
ΔV = 10 + 10 — 16 = 4 л
.
Уменьшение объема связано с тем, что объем продукта (С 2 Н 6) меньше объема реагентов (С 2 Н 2 и Н 2).
Запишем уравнение реакции, введя выражение ΔV.
Если в реакцию вступят 1 л С 2 Н 2 и 2л Н 2 , а образуется 1 л С 2 Н 6 , то
ΔV = 1 + 2 — 1 = 2 л
.
Из уравнения видно, что
V(С 2 Н 2) = х = 2 л
.
Тогда
V(С 2 Н 6) = (10 — х) = 8 л
.
Из выражением
m / М = V / V M
имеем
m = М V / V M
m(С 2 Н 2) = М V / V M
= (26 г/моль 2л) / (22,4 л/моль) = 2,32 г,
m(С 2 Н 6) = М V / V M ,
m(смеси) = m(С 2 Н 2) + m(С 2 Н 6) = 2,32 г + 10,71 г = 13,03 г
,
w(С 2 Н 2) = m(С 2 Н 2) / m(смеси) = 2,32 г / 13,03 г = 0,18
.
Задача 10.3. Железную пластинку массой 52,8 г поместили в раствор сульфата меди (II). Определите массу растворившегося железа, если масса пластинки стала равной 54,4 г.
Решение.
Изменение массы пластинки равно:
Δm = 54,4 — 52,8 = 1,6 г
.
Запишем уравнение реакции. Видно, что если из пластинки растворится 56 г железа, то на пластинку будет осаждено 64 г меди и пластинка станет тяжелее на 8 г:
Видно, что
m(Fe) = х = 56 г 1,6 г / 8 г = 11,2 г
.
Задача 10.4. В 100 г раствора, содержащего смесь хлороводородной и азотной кислот, растворяется максимум 24,0 г оксида меди(II). После упаривания раствора и прокаливания остатка его масса составляет 29,5 г. Напишите уравнения происходящих реакций и определите массовую долю хлороводородной кислоты в исходном растворе.
Решение.
Напишем уравнения реакций:
СuО + 2НCl = СuСl 2 + Н 2 O (1)
СuО + 2НNO 3 = Сu(NO 3) 2 + Н 2 O (2)
2Сu(NO 3) 2 = 2СuО + 4NO 2 + O 2 (3)
Видно, что увеличение массы с 24,0 г до 29,5 г связано только с первой реакцией, ведь оксид меди, растворенный в азотной кислоте по реакции (2), в ходе реакции (3) вновь превратился в оксид меди такой же массы. Если в ходе реакции (1) прореагирует 1 моль СuО массой 80 г и образуется 1 моль СuСl 2 массой 135 г, то масса увеличится на 55 г. Учитывая, что масса 2 моль НСl равна 73 г, напишем уравнение (1) еще раз, добавив выражение Δm.
Видно, что
m(НСl) = х = 73 г 5,5 г / 55 г = 7,3 г
.
Находим массовую долю кислоты:
w(НСl) = m(НСl) / m р-ра =
= 7,3 г / 100 г = 0,073
.