рассчитайте тепловой эффект реакции горения амиака

Задача: рассчитать тепловой эффект (теплоту сгорания) аммиака NH3.

Решение (пошагово)

1. Выбор продуктов и сбалансированная реакция

• При полном сгорании аммиака в кислороде наиболее «типовый» набор продуктов в стандартных условиях — азот N2 и вода H2O.
• Сбалансируем реакцию: 4 NH3 + 3 O2 -> 2 N2 + 6 H2O. Проверка баланса: N — 4 NH3 дают 2 N2 (4 N), H — 12 из NH3 образуют 6 H2O (12 H), O — 3 O2 дают 6 O, что входит в 6 H2O. Всё сбалансировано.

2. Данные для расчёта (энтальпии образования при 25 °C, 1 атм)

• Энталпия образования NH3(g): ΔHf°(NH3) ≈ -45,9 кДж/моль
• ΔHf°(N2) = 0
• ΔHf°(H2O,л) ≈ -285,8 кДж/моль
• ΔHf°(O2) = 0
• Энталпия образования H2O(г) ≈ -241,8 кДж/моль (Эти данные приводим для стандартного расчета по формулам Гесса.)

3. Применение закона Гесса

• Реакция с жидкой водой: 4 NH3 + 3 O2 -> 2 N2 + 6 H2O(l) ΔHrxn = [ΣΔHf°(продукты)] - [ΣΔHf°(реагенты)] = [2·ΔHf°(N2) + 6·ΔHf°(H2O,l)] - [4·ΔHf°(NH3) + 3·ΔHf°(O2)] = [0 + 6( -285,8)] - [4(-45,9) + 0] = (-1714,8) - (-183,6) = -1531,2 кДж за реакцию, записанную как 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O(l)

• В пересчёте на 1 моль NH3:

  • Для всей реакции на 4 NH3 отбрасываем равное количество молей: -1531,2 кДж / 4 = -382,8 кДж на 1 молекулу NH3. Значит тепловой эффект горения NH3, образуя N2 и жидкую воду, примерно -382,8 кДж/моль NH3 (экзотермично).

4. Дополнительная оговорка — вода может образовываться как жидкая или газообразная

• Если вода образуется как водяной пар (H2O(g)), то используем ΔHf°(H2O,g) = -241,8 кДж/моль: Реакция: 4 NH3 + 3 O2 -> 2 N2 + 6 H2O(g) ΔHrxn = [2·0 + 6(-241,8)] - [4(-45,9) + 0] = (-1450,8) - (-183,6) = -1267,2 кДж На 4 NH3: -1267,2 кДж, значит на 1 NH3: -316,8 кДж/моль. Итак, тепло сгорания NH3 зависит от фазы воды:
  • до жидкой воды: примерно -382,8 кДж/моль NH3
  • до водяного пара: примерно -316,8 кДж/моль NH3

5. Коротко о выводах

• Тепловой эффект горения аммиака с образованием N2 и жидкой воды: около -383 кДж на 1 моль NH3.
• Если вода образуется как пар, тепло меньше примерно на 66 кДж/моль и равно примерно -317 кДж на 1 моль NH3.
• Знак минус означает выделение тепла (экзотермическая реакция).

Пример: если сгорело 2 моль NH3 при образовании жидкой воды, тепло, выделившееся в ходе реакции, примерно 2 × 382,8 ≈ 765,6 кДж (около 0,766 МДж).

Если хотите, могу привести более подробный разбор с любыми другими вариантами условий (например, вода лед при очень низких температурах или другие продукты).