Для определения теплового эффекта данной реакции при постоянном давлении и при той же температуре мы можем использовать уравнение нагревания (теплового баланса) реакции. Это уравнение имеет вид:
ΔH(p) = ΔH(v) + ΔnRT
где ΔH(p) - тепловой эффект при постоянном давлении,
ΔH(v) - тепловой эффект при постоянном объеме,
Δn - изменение количества газовых молекул в реакции,
R - универсальная газовая постоянная,
T - температура в Кельвинах.
Для вычисления теплового эффекта при постоянном давлении, нам необходимо знать ΔH(v) и Δn и подставить значения в уравнение.
Для начала раскроем выражение реакции:
C(тв) + 1/2O2(г) → CO(г)
Из данного выражения видно, что протекает реакция образования одного моля газа (CO) при постоянном объеме и температуре 200 °C. Таким образом, Δn = 1 моль.
Теперь нам нужно найти значениe ΔH(v). По условию задачи, тепловой эффект реакции при постоянном объеме и температуре 200 °C равен -108,9 кДж/моль. Это и есть значение ΔH(v).
Заметим, что единицы измерения должны быть одинаковыми, поэтому переведем -108,9 кДж/моль в Дж/моль. Один килоджоуль равен 1000 Дж, поэтому:
Для вычисления эдс (электродной разности потенциалов) гальванического элемента, образованного мг/мг2+ и цн/цн2+, нам понадобятся значение стандартного потенциала восстановления для каждого электрода.
Стандартный потенциал восстановления (E°) - это потенциал электрода, измеренный относительно стандартной водородной электродной (СЭВ), при определенных стандартных условиях (1 атм давления газов и 25 °C температуры).
Стандартный потенциал восстановления для магниевого электрода (Mg/Mg2+) равен -2,37 В, а для цинкого электрода (Zn/Zn2+) - 0,76 В.
Формула для вычисления эдс гальванического элемента:
Ecell = E°кат - E°ан
где Ecell - эдс гальванического элемента,
E°кат - стандартный потенциал восстановления катодного электрода,
E°ан - стандартный потенциал восстановления анодного электрода.
Для данного гальванического элемента:
E°кат = E°Zn/Zn2+ = 0,76 В
E°ан = E°Mg/Mg2+ = -2,37 В
Подставим значения в формулу:
Ecell = 0,76 В - (-2,37 В)
Ecell = 3,13 В
Таким образом, эдс гальванического элемента, образованного Mg/Mg2+ и Zn/Zn2+ при СMg2+ = 0,1 моль/л и СZn2+ = 2 моль/л, равна 3,13 В.
Обоснование ответа:
Мы использовали стандартные потенциалы восстановления для магниевого и цинкового электродов, которые являются стандартными значениями, определенными в литературе. Затем мы применили формулу для вычисления эдс гальванического элемента. Расчеты проведены с учетом значений концентрации ионов Mg2+ и Zn2+ в растворе.
Пошаговое решение:
Шаг 1: Определить стандартные потенциалы восстановления для магниевого (Mg/Mg2+) и цинкового (Zn/Zn2+) электродов.
Шаг 2: Подставить значения стандартных потенциалов в формулу для вычисления эдс гальванического элемента.
Шаг 3: Выполнить арифметические операции, чтобы получить окончательный ответ.
Шаг 4: Объяснить полученный результат и обосновать с использованием физических принципов и описания шагов решения.
Шаг 5: Проверить и убедиться, что расчеты правильно выполнены и ответ имеет смысл с учетом данных о концентрации ионов в растворе.
ΔH(p) = ΔH(v) + ΔnRT
где ΔH(p) - тепловой эффект при постоянном давлении,
ΔH(v) - тепловой эффект при постоянном объеме,
Δn - изменение количества газовых молекул в реакции,
R - универсальная газовая постоянная,
T - температура в Кельвинах.
Для вычисления теплового эффекта при постоянном давлении, нам необходимо знать ΔH(v) и Δn и подставить значения в уравнение.
Для начала раскроем выражение реакции:
C(тв) + 1/2O2(г) → CO(г)
Из данного выражения видно, что протекает реакция образования одного моля газа (CO) при постоянном объеме и температуре 200 °C. Таким образом, Δn = 1 моль.
Теперь нам нужно найти значениe ΔH(v). По условию задачи, тепловой эффект реакции при постоянном объеме и температуре 200 °C равен -108,9 кДж/моль. Это и есть значение ΔH(v).
Заметим, что единицы измерения должны быть одинаковыми, поэтому переведем -108,9 кДж/моль в Дж/моль. Один килоджоуль равен 1000 Дж, поэтому:
ΔH(v) = -108,9 кДж/моль × 1000 Дж/1 кДж = -108900 Дж/моль
Теперь, подставим полученные значения в уравнение нагревания:
ΔH(p) = ΔH(v) + ΔnRT
ΔH(p) = -108900 Дж/моль + 1 моль × 8,314 Дж/моль·К × 473 К
(здесь используется значение R, равное 8,314 Дж/моль·К)
ΔH(p) = -108900 Дж/моль + 3950 Дж/моль
ΔH(p) = -105950 Дж/моль
Таким образом, тепловой эффект данной реакции при постоянном давлении и при той же температуре (200 °C) равен -105950 Дж/моль.
Стандартный потенциал восстановления (E°) - это потенциал электрода, измеренный относительно стандартной водородной электродной (СЭВ), при определенных стандартных условиях (1 атм давления газов и 25 °C температуры).
Стандартный потенциал восстановления для магниевого электрода (Mg/Mg2+) равен -2,37 В, а для цинкого электрода (Zn/Zn2+) - 0,76 В.
Формула для вычисления эдс гальванического элемента:
Ecell = E°кат - E°ан
где Ecell - эдс гальванического элемента,
E°кат - стандартный потенциал восстановления катодного электрода,
E°ан - стандартный потенциал восстановления анодного электрода.
Для данного гальванического элемента:
E°кат = E°Zn/Zn2+ = 0,76 В
E°ан = E°Mg/Mg2+ = -2,37 В
Подставим значения в формулу:
Ecell = 0,76 В - (-2,37 В)
Ecell = 3,13 В
Таким образом, эдс гальванического элемента, образованного Mg/Mg2+ и Zn/Zn2+ при СMg2+ = 0,1 моль/л и СZn2+ = 2 моль/л, равна 3,13 В.
Обоснование ответа:
Мы использовали стандартные потенциалы восстановления для магниевого и цинкового электродов, которые являются стандартными значениями, определенными в литературе. Затем мы применили формулу для вычисления эдс гальванического элемента. Расчеты проведены с учетом значений концентрации ионов Mg2+ и Zn2+ в растворе.
Пошаговое решение:
Шаг 1: Определить стандартные потенциалы восстановления для магниевого (Mg/Mg2+) и цинкового (Zn/Zn2+) электродов.
Шаг 2: Подставить значения стандартных потенциалов в формулу для вычисления эдс гальванического элемента.
Шаг 3: Выполнить арифметические операции, чтобы получить окончательный ответ.
Шаг 4: Объяснить полученный результат и обосновать с использованием физических принципов и описания шагов решения.
Шаг 5: Проверить и убедиться, что расчеты правильно выполнены и ответ имеет смысл с учетом данных о концентрации ионов в растворе.