Теплоты сгорания и энергии связи

Химия Физическая химия
2

В этом ответе я показал, как можно выразить теплоту сгорания углеводорода от количества атомов углерода, n, в нем. Аналогичным образом можно выразить теплоту сгорания насыщенного углеводорода.

\begin{gathered} \ce{C_\textit{n}H_{2\textit{n}+2} + \frac{3\textit{n}+1}{2} O2 -> n CO2 + (\textit{n}+1) H2O} \\ Q = 2 (n+1) \cdot E (\ce{O-H}) + 2n \cdot E(\ce{C=O}) - (n-1) \cdot E(\ce{C-C}) - (2n+2) \cdot E(\ce{C-H}) - \frac{3n+1}{2} \cdot E(\ce{O=O}) \\ Q = 604.5 n + 201.5 \quad (\pu{kJ mol-1}) \end{gathered}

\pu{7.17 L} это \pu{0.320 mol}. Значит, \displaystyle\frac{644.8}{0.320} = 604.5 n + 201.5. Отсюда выходит n=3. Если бы не получилось целое число, это указывало бы на то, что в углеводороде есть двойные или тройные связи. В таком случае мы бы просто в зависимости Q(n) добавили слагаемые, зависящие от количества двойных/тройных связей k, и потом смогли бы найти нужный углеводород. Если не понятны коэффициенты в выражении для Q или в уравнении реакции, могу объяснить.

Второй пункт. Здесь нам говорят, что температура комнатная, поэтому в этом случае вода будет не в газообразном, а жидком состоянии. Тогда изменится изначальное выражение для теплоты сгорания — к нему добавится тепловой эффект этой реакции:

\ce{H2O_{(g)} -> H2O_{(l)}}.

Ее тепловой эффект по значению совпадает с энтальпией испарения. Поэтому

\begin{gathered} Q^\prime(n) = Q(n) + (n+1) \cdot \Delta H_\text{vap}(\ce{H2O}) \\ Q^\prime (n) = 648.5 n +245.5 \end{gathered}

Соседние члены ряда отличаются только на \ce{CH2}-группу. Из последней зависимости, \Delta Q^\prime = 648.5 \Delta n. При добавлении \ce{CH2}-группы, количество атомов углерода увеличивается на 1, значит теплота сгорания увеличивается на \pu{648.5 kJ mol-1}.

Третий пункт. Здесь надо правильно написать уравнение реакции, знать структуру \ce{SiO2} и посчитать теплоту сгорания так же, как и в последнем пункте.

Уравнение реакции:

\ce{SiH4_{(g)} + 2O2_{(g)} -> SiO2_{(s)} + 2H2O_{(l)}}

Две вещи:

  1. В \ce{SiO2} каждый атом кремния связан с 4 атомами кислорода в форме тетраэдра, поэтому там не две, а 4 связи.
  2. Надо учитывать конденсацию воды.

Ответ получится таким же, как и в книге.

8 лайков