Какое количество тепла выделяется при реакции 1 килограмма водорода с необходимым количеством кислорода?

Schavel

63

Тепло, выделяющееся при реакции, можно рассчитать с помощью энтальпийных изменений веществ, участвующих в реакции. Для данной реакции мы имеем следующее уравнение:

\[2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\]

Уравнение реакции говорит нам, что 2 молекулы молекулы водорода реагируют с 1 молекулой молекулы кислорода, образуя 2 молекулы молекулы воды.

Для расчета количества тепла, выделяющегося при данной реакции, мы найдем разницу между энтальпиями продуктов и реагентов. В данном случае нужно учесть, что водород и кислород находятся в их стандартных состояниях в начале реакции.

Рассчитаем энтальпию продуктов: вода (H2O). Значение энтальпии дано в табличках и равно -285,8 кДж/моль.

Теперь рассчитаем энтальпию реагентов: водород (H2) и кислород (O2). Значения энтальпий находятся также в табличках и равны 0 кДж/моль для обоих веществ.

Тепло, выделяющееся при реакции, будет равно разнице между энтальпией продуктов и энтальпией реагентов, умноженной на количество молей.

Для одной молекулы водорода: \(\Delta H_{\text{H}_2} = (-285,8 \text{ кДж/моль}) - (0 \text{ кДж/моль}) = -285,8 \text{ кДж/моль}\)

Для одной молекулы кислорода: \(\Delta H_{\text{O}_2} = (-285,8 \text{ кДж/моль}) - (0 \text{ кДж/моль}) = -285,8 \text{ кДж/моль}\)

Теперь учитывая, что одна молекула водорода (H2) состоит из двух атомов водорода, а одна молекула кислорода (O2) состоит из двух атомов кислорода, для одной молекулы воды (H2O) имеем:

\(\Delta H_{\text{H}_2\text{O}} = 2 \cdot \Delta H_{\text{H}_2} + \Delta H_{\text{O}_2}\)

\(\Delta H_{\text{H}_2\text{O}} = 2 \cdot (-285,8 \text{ кДж/моль}) + (-285,8 \text{ кДж/моль})\)

\(\Delta H_{\text{H}_2\text{O}} = -857,4 \text{ кДж/моль}\)

Тепло, выделяющееся при реакции одного моля водорода с одним молем кислорода, равно -857,4 кДж/моль.

Так как дано, что масса водорода равна 1 кг, а молярная масса водорода (H2) равна приблизительно 2 г/моль, мы можем рассчитать количество молей водорода.

Количество молей водорода (H2):

\(n_{\text{H}_2} = \frac{\text{масса}}{\text{молярная масса}} = \frac{1000 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 500 \text{ моль}\)

Теперь можем найти количество тепла, выделяющегося при реакции одного килограмма водорода (H2) с необходимым количеством кислорода (O2):

\(Q = n_{\text{H}_2} \cdot \Delta H_{\text{H}_2\text{O}} = 500 \text{ моль} \cdot -857,4 \text{ кДж/моль}\)

\(Q \approx -428700 \text{ кДж}\)

Таким образом, при реакции 1 килограмма водорода с необходимым количеством кислорода выделяется примерно 428700 кДж тепла.