Номер 6, страница 110 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Жидкий пентан $C_5H_{12}$ количеством 0,1 моль сожгли в кислороде, в результате чего выделился 351 кДж теплоты. Рассчитайте тепловой эффект данной реакции и составьте её термохимическое уравнение, если известно, что вода получена в жидком состоянии.

Дано:

Количество вещества пентана: $n(\text{C}_5\text{H}_{12}) = 0,1$ моль

Выделившаяся теплота: $Q_{выд} = 351$ кДж

Агрегатное состояние продуктов: вода - жидкая (H₂O(ж)), углекислый газ - газообразный (CO₂(г))

Агрегатное состояние реагентов: пентан - жидкий (C₅H₁₂(ж)), кислород - газообразный (O₂(г))

Все данные представлены в единицах, которые стандартно используются в химических расчетах (моль, кДж), и не требуют перевода в систему СИ.

Найти:

Тепловой эффект реакции - $Q_{реакции}$

Термохимическое уравнение реакции

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения жидкого пентана в кислороде. Продуктами реакции являются углекислый газ и жидкая вода, как указано в условии.

$\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + \text{O}_{2(\text{г})} \rightarrow \text{CO}_{2(\text{г})} + \text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})}$

2. Уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставим стехиометрические коэффициенты):

- Уравниваем углерод (C): слева 5 атомов, значит, перед CO₂ ставим коэффициент 5.

$\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + \text{O}_{2(\text{г})} \rightarrow 5\text{CO}_{2(\text{г})} + \text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})}$

- Уравниваем водород (H): слева 12 атомов, значит, перед H₂O ставим коэффициент 6 (т.к. 6 * 2 = 12).

$\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + \text{O}_{2(\text{г})} \rightarrow 5\text{CO}_{2(\text{г})} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})}$

- Уравниваем кислород (O): справа 5 * 2 + 6 * 1 = 16 атомов. Следовательно, перед O₂ слева ставим коэффициент 8 (т.к. 8 * 2 = 16).

$\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + 8\text{O}_{2(\text{г})} \rightarrow 5\text{CO}_{2(\text{г})} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})}$

3. Рассчитаем тепловой эффект реакции ($Q_{реакции}$). Тепловой эффект — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается, когда в реакцию вступают количества веществ, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. В нашем уравнении коэффициент перед пентаном равен 1, значит, нам нужно найти количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 моль пентана.

По условию, при сгорании 0,1 моль C₅H₁₂ выделилось 351 кДж теплоты. Составим пропорцию, чтобы найти, сколько теплоты выделится при сгорании 1 моль C₅H₁₂:

$0,1 \text{ моль C}_5\text{H}_{12} \text{ — } 351 \text{ кДж}$

$1 \text{ моль C}_5\text{H}_{12} \text{ — } Q_{реакции}$

Отсюда находим тепловой эффект реакции:

$Q_{реакции} = \frac{1 \text{ моль} \cdot 351 \text{ кДж}}{0,1 \text{ моль}} = 3510 \text{ кДж}$

4. Запишем термохимическое уравнение реакции. Для этого к уравнению химической реакции добавляем рассчитанный тепловой эффект. Так как теплота выделяется (экзотермическая реакция), мы указываем ее со знаком плюс в правой части уравнения.

$\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + 8\text{O}_{2(\text{г})} = 5\text{CO}_{2(\text{г})} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})} + 3510 \text{ кДж}$

Также можно выразить тепловой эффект через изменение энтальпии реакции ($\Delta H$). Для экзотермических реакций $\Delta H < 0$, поэтому $\Delta H = -Q_{реакции} = -3510$ кДж.

Ответ:

Тепловой эффект реакции составляет $3510$ кДж.

Термохимическое уравнение реакции: $\text{C}_5\text{H}_{12(\text{ж})} + 8\text{O}_{2(\text{г})} = 5\text{CO}_{2(\text{г})} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\text{ж})} + 3510 \text{ кДж}$.