реши

Задача: CH4 + H2O → 3 H2 + CO. При получении 1 м³ H2 (н.у.) конверсией метана выделилось 3068 кДж тепла. Найдите тепловой эффект реакции.

Пошаговое решение

1. Определим количество молей водорода, получаемого за 1 м³ газа при нормальных условиях (н.у. = T = 0 °C, P = 1 атм).

• При н.у. молярный объём газа примерно 22,4 л/моль.
• 1 м³ = 1000 л → n(H2) = 1000 / 22,4 ≈ 44,64 моль.

2. Стереохимия реакции

• CH4 + H2O → 3 H2 + CO
• Из неё следует, что 1 моль CH4 даёт 3 моль H2.
• Значит, количество среагировавшего CH4 равно n(CH4) = n(H2) / 3 ≈ 44,64 / 3 ≈ 14,88 моль.

3. Тепловой эффект (энталпия реакции)

• По условию выделилось 3068 кДж тепла при получении 1 м³ H2.
• Следовательно, на 14,88 моль CH4 приходятся 3068 кДж.
• Тепловой эффект на 1 моль CH4: ΔHrxn = -3068 кДж / 14,88 моль ≈ -206 кДж/моль.

Ответ

• Тепловой эффект реакции ≈ -206 кДж на 1 моль CH4 (то есть энергия выделяется примерно 206 кДж на каждый моль метана, если считать по данному условию).
• При этом суммарная энергия при реакции с 14,88 моль CH4 равна примерно -3068 кДж.

Замечание

• В стандартных энталпиях образование CH4 + H2O → 3 H2 + CO известно как эндотермическая реакция с ΔH° ≈ +206 кДж/моль. Разница знаков здесь обусловлена тем, что в задаче дано количество тепла, выделяемого как отрицательное значение (эту величину можно трактовать как отрицательное ΔHrxn, то есть выделение тепла). Если принять стандартную физическую трактовку, то при этой же реакции ΔHrxn ≈ +206 кДж/моль, и тепло, поглощаемое, было бы +3068 кДж для 1 м³ H2.