Какое количество тепла высвободится при окислении 50 граммов бензола в стандартных условиях? Подробно объясните

Чтобы решить задачу о количестве высвобождаемого тепла при окислении бензола, нам необходимо знать соответствующую реакцию и энтальпию образования бензола и продуктов окисления.

Реакция окисления бензола в стандартных условиях (25°C и 1 атм давления) может быть представлена следующим образом:
$$C_6{H}_6+\frac{15}{2}{O}_2\to 6C{O}_2+3H_{2}O$$

Теперь мы можем рассчитать изменение энтальпии $\mathrm{\Delta }H$ для этой реакции, используя известные данные:

$\mathrm{\Delta }{H}_{образование}=-326\text{кДж/моль}$ для образования бензола,
$\mathrm{\Delta }{H}_{образование,C{O}_2}=-393\text{кДж/моль}$ для образования $C{O}_2$,
$\mathrm{\Delta }{H}_{образование,H_{2}O}=-286\text{кДж/моль}$ для образования $H_{2}O$.

Теперь мы можем рассчитать изменение энтальпии реакции с помощью закона Гесса:

$\mathrm{\Delta }{H}_{реакции}=\sum _{\text{продукт}}\nu \mathrm{\Delta }{H}_{образование}-\sum _{\text{реагент}}\nu \mathrm{\Delta }{H}_{образование}$,

где $\nu$ - коэффициенты стехиометрии реакции для каждего вещества.

Для данной реакции:

$\mathrm{\Delta }{H}_{реакции}=6\times \mathrm{\Delta }{H}_{образование,C{O}_2}+3\times \mathrm{\Delta }{H}_{образование,H_{2}O}-\mathrm{\Delta }{H}_{образование,бензола}$.

Подставим значения и рассчитаем:

$\mathrm{\Delta }{H}_{реакции}=6\times (-393)\text{кДж/моль}+3\times (-286)\text{кДж/моль}-(-326)\text{кДж/моль}$.

Вычисляя, получим:

$\mathrm{\Delta }{H}_{реакции}=-3330\text{кДж/моль}$.

Теперь, чтобы найти количество высвобождаемого тепла при окислении 50 граммов бензола, нам необходимо перевести массу из граммов в моли.

Молярная масса бензола ($C_6{H}_6$) равна $78\text{г/моль}$. Используя это значение, мы можем рассчитать количество молей бензола:

$\text{моли}=\frac{\text{масса}}{\text{молярная масса}}=\frac{50\text{г}}{78\text{г/моль}}$.

Вычисляем:

$\text{моли}\approx 0.64\text{моль}$.

Теперь мы можем рассчитать количество тепла, используя общую формулу:

$\text{Количество тепла}=\mathrm{\Delta }{H}_{реакции}\times \text{моли}$.

Подставим значения и рассчитаем:

$\text{Количество тепла}=-3330\text{кДж/моль}\times 0.64\text{моль}$.

Вычисляя, получим:

$\text{Количество тепла}\approx -2131\text{кДж}$.

Таким образом, при окислении 50 граммов бензола в стандартных условиях высвободится примерно 2131 кДж тепла.

Теперь давайте объясним факторы, вызывающие изменение энтропии системы во время протекания прямой реакции.

Энтропия ($S$) является мерой неупорядоченности или хаоса системы. Она может увеличиваться или уменьшаться во время реакций в зависимости от различных факторов.

Рассматривая прямую реакцию, следующие факторы могут вызывать изменение энтропии системы:

1. Коэффициенты стехиометрии: Если количество молекул продуктов больше, чем количество молекул реагентов, то обычно энтропия системы возрастает. Это связано с увеличением числа возможных расположений и взаимодействий между молекулами.

2. Фазовые изменения: Переход из одной фазы в другую может вызвать изменение энтропии системы. Например, при переходе от твердого вещества к жидкости или газу, энтропия обычно увеличивается, поскольку количество возможных состояний увеличивается.

3. Взаимодействия между молекулами: Если формируются более слабые взаимодействия между молекулами, то энтропия системы может увеличиваться. Это связано с возросшим числом различных конформаций и расположений молекул.

Однако, для этих изменений можно рассмотреть и обратные реакции, в которых энтропия будет меняться иначе.

В данном случае окисление бензола приводит к образованию более упорядоченных продуктов $C{O}_2$ и $H_{2}O$, поэтому можно ожидать уменьшение энтропии системы. Отрицательное значение изменения энтропии в данной реакции указывает на эту тенденцию.

Таким образом, факторы, вызывающие изменение энтропии системы во время протекания прямой реакции, включают изменение числа молекул продуктов и реагентов, фазовые изменения и изменение взаимодействий между молекулами. В данной реакции энтропия системы уменьшается.