Вопрос школьника
При реакции эквивалентной смеси порошков алюминия и оксида железа (III) выделилось 300 кДж теплоты. Определите массу термитной смеси, если тепловые эффекты окисления алюминия и железа соответственно равны 3292 кДж и 2174 кДж.
Ответ от учителя
Для реакции эквивалентной смеси порошков алюминия и оксида железа (III) можно записать уравнение реакции:
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3
Тепловой эффект этой реакции можно вычислить по формуле:
ΔH = Σ(продукты) — Σ(реагенты)
где ΔH — тепловой эффект реакции, Σ(продукты) — сумма тепловых эффектов образования продуктов, Σ(реагенты) — сумма тепловых эффектов образования реагентов.
Для данной реакции тепловые эффекты образования продуктов и реагентов можно найти в таблице термохимических данных:
Fe2O3(s) → 2Fe(s) + 3/2O2(g) ΔH = -824 kJ/mol
Al2O3(s) → 2Al(s) + 3/2O2(g) ΔH = -1676 kJ/mol
Al(s) + 3/2O2(g) → Al2O3(s) ΔH = -1676 kJ/mol
Fe(s) + 3/2O2(g) → Fe2O3(s) ΔH = -824 kJ/mol
Подставляя эти значения в формулу для ΔH, получаем:
ΔH = [2(-824) + (-1676)] — [2(3292) + 2174] = -300 kJ
Отрицательный знак означает, что реакция является экзотермической, то есть выделяет теплоту.
Массу термитной смеси можно найти, зная массы реагентов и их соотношение в эквивалентной смеси. Пусть масса порошка алюминия равна m1, масса оксида железа (III) — m2, а масса термитной смеси — m. Тогда:
m1 + m2 = m
m1/m2 = 2/3
Из этих уравнений можно выразить m1 и m2 через m:
m1 = 2m/5
m2 = 3m/5
Подставляя эти значения в уравнение для ΔH, получаем:
ΔH = [2(-824) + (-1676)] — [2(3292) + 2174] = -300 kJ
ΔH = -2m1(3292 kJ/mol) — m2(2174 kJ/mol)
-300 kJ = -2(3292 kJ/mol)(2m/5) — (2174 kJ/mol)(3m/5)
-300 kJ = -2634.4 m
m = 0.114 kg
Таким образом, масса термитной смеси, которая выделила 300 кДж теплоты при реакции, составляет 0,114 кг.
