Сколько теплоты будет выделено при последнем этапе производства азотной кислоты, если в реакцию было введено 448 литров

Музыкальный_Эльф

46

Чтобы решить эту задачу, нам необходимо использовать закон сохранения энергии. В данном случае мы можем использовать уравнение реакции синтеза азотной кислоты:

\[4NO2 + O2 -> 2N2O5\]

Это уравнение описывает реакцию синтеза азотной кислоты, где 4 молекулы диоксида азота (NO2) и 1 молекула кислорода (O2) превращаются в 2 молекулы пентоксида диазота (N2O5).

Мы имеем следующие исходные данные:
Объем NO2: 448 литров
Масса кислорода: 320 граммов

В первую очередь, давайте преобразуем массу кислорода в количество веществ, используя его молярную массу, чтобы установить соотношение между NO2 и O2. Молярная масса кислорода (O2) равна примерно 32 г/моль, тогда как молярная масса диоксида азота (NO2) составляет примерно 46 г/моль.

\[320 \text{ г O2} \times \frac{1 \text{ моль O2}}{32 \text{ г O2}} = 10 \text{ моль O2}\]

Теперь мы знаем, что у нас есть 10 молей кислорода. Но, согласно уравнению реакции, нам необходимо 4 молекулы NO2 на 1 молекулу O2. Таким образом, количество вещества NO2 равно:

\[10 \text{ моль O2} \times \frac{4 \text{ моль NO2}}{1 \text{ моль O2}} = 40 \text{ моль NO2}\]

Теперь у нас есть количество вещества NO2 и его объем. Чтобы узнать, сколько молей NO2 присутствует в 448 литрах, мы должны использовать уравнение состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

где:
P - давление
V - объем
n - количество вещества
R - универсальная газовая постоянная
T - температура в Кельвинах

Заменяя значения в уравнение, мы можем найти количество молей NO2:

\[n_{NO2} = \frac{PV}{RT}\]

Чтобы выполнить расчет, мы должны учесть условия, при которых происходит реакция. Предположим, что реакция происходит при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Таким образом, мы можем использовать следующие значения:
T = 298K
P = 1 атмосфера (101325 Па)

Подставим эти значения, чтобы вычислить количество молей NO2:

\[n_{NO2} = \frac{(101325 Па) \cdot (448 \text{ л})}{(0,0821 \text{ атмоль} \cdot \text{л} / (\text{моль} \cdot \text{К})) \cdot (298 \text{ К})}\]

Вычислим это:

\[n_{NO2} = 17,86 \text{ моль NO2}\]

Теперь мы знаем количество вещества NO2, требующееся для реакции. Сравнивая это с полученным из массы кислорода, мы видим, что у нас есть достаточно NO2 для реакции.

Для расчета теплоты, выделяемой при реакции, мы можем использовать термохимическую уравнение реакции. Теплота, выделяемая или поглощаемая при реакции, называется теплой реакции (ΔH). В данном случае, поскольку азотная кислота образуется, мы предполагаем, что теплота реакции отрицательна, то есть теплота выделяется.

Поскольку у нас нет данных о конкретных энергетических изменениях, мы предполагаем, что реакция происходит без изменения температуры окружающей среды. Таким образом, теплота реакции (ΔH) будет равна изменению энтальпии (ΔH) системы.

Теплоту реакции можно записать следующим образом:

\[\Delta H = q = \frac{m \cdot C \cdot \Delta T}{n}\]

где:
q - теплота реакции
m - масса реагентов в системе
C - удельная теплоемкость вещества
ΔT - изменение температуры
n - количество вещества в системе

В нашем случае, у нас удельная теплоемкость не указана, поэтому мы можем предположить, что она равна удельной теплоемкости NO2 (около 29,1 Дж/(г·К), предполагая, что все энергетические изменения связаны с этим реагентом).

Заменив известные значения, мы можем вычислить теплоту реакции:

\[q = \frac{(320 \text{ г}) \times (29,1 \text{ Дж/(г·К)}) \times (0 \text{ К})}{17,86 \text{ моль}}\]

Вычислим это:

\[q = 2020 \text{ килоджоулей}\]

Таким образом, теплота, выделяемая на последнем этапе производства азотной кислоты, составит 2020 килоджоулей.