Номер 870, страница 142 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

870. Какое количество теплоты выделится при взаимодействии избытка водорода с фтором объёмом (н. у.) $466 \text{ см}^3$, если при образовании фтороводорода химическим количеством 1 моль выделяется 269 кДж теплоты?

Дано:

$V(F_2) = 466 \text{ см}^3$

Условия: н. у. (нормальные условия)

$Q_{обр}(\text{на 1 моль } HF) = 269 \text{ кДж}$

$H_2$ — в избытке

Перевод в СИ:

$V(F_2) = 466 \text{ см}^3 = 0.000466 \text{ м}^3$

$Q_{обр} = 269 \text{ кДж} = 269000 \text{ Дж}$

Найти:

$Q$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия водорода и фтора:

$H_2 + F_2 = 2HF$

2. Согласно условию, при образовании 1 моль фтороводорода ($HF$) выделяется 269 кДж теплоты. Из уравнения реакции следует, что при взаимодействии 1 моль фтора ($F_2$) образуется 2 моль фтороводорода. Следовательно, тепловой эффект реакции ($Q_{rxn}$) для указанных в уравнении количеств веществ составит:

$Q_{rxn} = 2 \cdot 269 \text{ кДж} = 538 \text{ кДж}$

Это значит, что при реакции 1 моль фтора выделяется 538 кДж теплоты. Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

$H_2(г) + F_2(г) = 2HF(г) + 538 \text{ кДж}$

3. Так как водород находится в избытке, фтор является лимитирующим реагентом, и расчет количества выделившейся теплоты следует производить по нему. Найдем химическое количество ($n$) фтора объемом 466 см³ при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем газа $V_m = 22.4$ л/моль.

Сначала переведем объем фтора в литры:

$V(F_2) = 466 \text{ см}^3 = 0.466 \text{ л}$

Затем рассчитаем химическое количество фтора:

$n(F_2) = \frac{V(F_2)}{V_m} = \frac{0.466 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.0208036 \text{ моль}$

4. Теперь можно определить количество теплоты ($Q$), которое выделится в ходе реакции, составив пропорцию на основе термохимического уравнения:

При реакции 1 моль $F_2$ — выделяется 538 кДж теплоты.

При реакции 0.0208036 моль $F_2$ — выделяется $Q$ кДж теплоты.

Из пропорции находим $Q$:

$Q = n(F_2) \cdot 538 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} = 0.0208036 \text{ моль} \cdot 538 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} \approx 11.1923 \text{ кДж}$

5. Округлив результат до трех значащих цифр (в соответствии с точностью исходных данных 466 и 269), получаем:

$Q \approx 11.2 \text{ кДж}$

Ответ: 11,2 кДж.