Условие задачи

Сравните количество теплоты, которое выделяется при сгорании навесок магния, алюминия, железа, фосфора и графита массой 1 г на основании термохимических уравнений горения данных веществ:2Mg(тв.) + O2(г.) = 2MgO(тв.) + 1203,6 кДж4Al(тв.) + 3O2(г.) = 2Al2O3(тв.) + 3352 кДж3Fe(тв.) + 2O2(г.) = Fe3O4(тв.) + 1117,1 кДж4P(тв.) + 5O2(г.) = 2P2O5(тв.) + 3010 кДжC(тв.) + O2(г.) = CO2(г.) + 393,5 кДжВ каком случае теплоты выделится больше? Ответ подтвердите расчетами.

Решение

Нам необходимо определить, сколько теплоты выделяется при сгорании 1 г каждого вещества (Mg, Al, Fe, P, C) по данным термохимическим уравнениям. Для этого для каждого материала вычислим количество теплоты, выделяемое при горении одного моля, а затем – сколько теплоты выделяется на 1 г вещества.

Поскольку реакции заданы для определённого количества молей вещества, рассчитаем энергию на один моль, а затем разделим её на молярную массу.

1. Магний

Уравнение:
2 Mg(тв.) + O₂(г.) → 2 MgO(тв.) + 1203,6 кДж

Выделенная теплота на 2 моль Mg равна 1203,6 кДж. Значит, на 1 моль Mg выделяется:
Q₍Mg₎ = 1203,6 кДж / 2 = 601,8 кДж/моль

Молярная масса Mg ≈ 24,3 г/моль.
Тогда теплота на 1 г магния:
q₍Mg₎ = 601,8 кДж/моль ÷ 24,3 г/моль ≈ 24,78 кДж/г

2. Алюминий

Уравнение:
4 Al(тв.) + 3 O₂(г.) → 2 Al₂O₃(тв.) + 3352 кДж

Выделенная теплота на 4 моль Al равна 3352 кДж. Тогда на 1 моль Al:
Q₍Al₎ = 3352 кДж / 4 = 838 кДж/моль

Молярная масса Al ≈ 26,98 г/моль.
Теплота на 1 г алюминия:
q₍Al₎ = 838 кДж/моль ÷ 26,98 г/моль ≈ 31,07 кДж/г

3. Железо

Уравнение:
3 Fe(тв.) + 2 O₂(г.) → Fe₃O₄(тв.) + 1117,1 кДж

Выделенная теплота на 3 моль Fe равна 1117,1 кДж. Тогда на 1 моль Fe:
Q₍Fe₎ = 1117,1 кДж / 3 ≈ 372,37 кДж/моль

Молярная масса Fe ≈ 55,85 г/моль.
Теплота на 1 г железа:
q₍Fe₎ = 372,37 кДж/моль ÷ 55,85 г/моль ≈ 6,67 кДж/г

4. Фосфор

Уравнение:
4 P(тв.) + 5 O₂(г.) → 2 P₂O₅(тв.) + 3010 кДж

Выделенная теплота на 4 моль P равна 3010 кДж. На 1 моль P:
Q₍P₎ = 3010 кДж / 4 = 752,5 кДж/моль

Молярная масса фосфора P ≈ 31 г/моль (примем значение для атомного фосфора).
Таким образом, теплота на 1 г фосфора:
q₍P₎ = 752,5 кДж/моль ÷ 31 г/моль ≈ 24,27 кДж/г

5. Графит (углерод)

Уравнение:
C(тв.) + O₂(г.) → CO₂(г.) + 393,5 кДж

Выделенная теплота на 1 моль C равна 393,5 кДж.
Молярная масса C ≈ 12,01 г/моль.
Теплота на 1 г углерода:
q₍C₎ = 393,5 кДж/моль ÷ 12,01 г/моль ≈ 32,76 кДж/г

Сравнивая полученные значения теплоты на 1 г вещества:

• Mg: приблизительно 24,78 кДж/г
• Al: приблизительно 31,07 кДж/г
• Fe: приблизительно 6,67 кДж/г
• P: приблизительно 24,27 кДж/г
• C: приблизительно 32,76 кДж/г

Таким образом, горение 1 г графита (углерода) выделяет наибольшее количество теплоты – примерно 32,76 кДж/г, что немного больше, чем у алюминия (31,07 кДж/г).

Ответ: при сгорании 1 г графита выделяется больше теплоты, чем при сгорании равных масс магния, алюминия, железа или фосфора.