Каково количество теплоты, выделяемое при нейтрализации 100 литров аммиака (измеренных при нормальных условиях) серной

Aleksey

70

Добро пожаловать! Для решения этой задачи нам потребуется использовать термохимические уравнения и закон сохранения энергии.

Давайте начнем своё решение. Мы можем рассмотреть данную реакцию нейтрализации в два этапа. На первом этапе аммиак реагирует с серной кислотой, образуя аммонийную соль, а на втором этапе аммонийная соль реагирует с водой, образуя амиак и кислоту.

На первом этапе происходит реакция:
\[NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4\]

Тепловой эффект данной реакции равен 1171,1 кДж/моль.

На втором этапе реакция выглядит следующим образом:
\[(NH_4)_2SO_4 + 2H_2O \rightarrow 2NH_3 + H_2SO_4\]

Тепловой эффект данной реакции равен -1171,1 кДж/моль.

Мы видим, что при реакции нейтрализации 1 моль аммиака с использованием данных реакций мы получаем ноль теплоты, так как суммарный тепловой эффект этих двух реакций равен нулю:
\[1171,1 \,кДж/моль - 1171,1 \,кДж/моль = 0 \,кДж/моль\]

Теперь мы можем перейти к решению задачи. Отметим, что дано количество аммиака в литрах, а нам требуется найти количество выделяемой теплоты. Для этого мы должны преобразовать заданный объем в моль аммиака, а затем умножить на тепловой эффект, который дается в условии задачи.

Для расчета количества вещества в молях используем уравнение состояния идеального газа:
\[PV = nRT\]

Где:
P - давление в системе (нормальные условия - 101,3 кПа),
V - объем аммиака,
n - количество вещества в молях,
R - универсальная газовая постоянная (0,0821 кПа·л/(моль·К)),
T - температура (нормальные условия - 273,15 К).

Из уравнения состояния идеального газа мы можем найти количество вещества:

\[n = \frac{{PV}}{{RT}}\]

Подставим данные:
\[n = \frac{{101.3 \times 100}}{{0.0821 \times 273.15}} = 3.953\,моль\]

Теперь, учитывая то, что в нашем случае аммиак реагирует с серной кислотой в равных пропорциях, мы можем утверждать, что тепловой эффект равен сумме тепловых эффектов обоих реакций:
\[0 \,кДж/моль + 1171,1 \,кДж/моль = 1171,1 \,кДж/моль\]

Теперь мы можем найти общую теплоту, выделяемую при реакции нейтрализации, умножив количество вещества на тепловой эффект:
\[Q = n \times \Delta H\]
\[Q = 3.953\,моль \times 1171.1\,кДж/моль = 4634.8\,кДж\]

Ответ: Количество теплоты, выделяемое при нейтрализации 100 литров аммиака, равно 4634.8 кДж.