Рассмотрим термохимическое уравнение реакции сжигания водорода:
[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + 573,2 \text{ кДж} ]
Это уравнение показывает, что при сжигании 2 молей водорода (H₂) выделяется 573,2 кДж тепла. Нам нужно вычислить, сколько тепла выделится при сжигании 50 литров водорода.
Для начала найдем количество молей водорода в 50 литрах. Используем уравнение состояния идеального газа при стандартных условиях (температура 0°C (273,15 K) и давление 1 атм):
[ PV = nRT ]
где
- ( P ) — давление (1 атм),
- ( V ) — объем (50 литров),
- ( n ) — количество вещества (в молях),
- ( R ) — универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/(моль·К)),
- ( T ) — температура (273,15 K).
Перепишем уравнение для нахождения ( n ):
[ n = \frac{PV}{RT} ]
Подставим известные значения:
[ n = \frac{1 \text{ атм} \times 50 \text{ л}}{0,0821 \text{ л·атм/(моль·К)} \times 273,15 \text{ К}} ]
[ n \approx \frac{50}{22,414} ]
[ n \approx 2,23 \text{ моля} ]
Теперь мы знаем, что у нас 2,23 моля водорода. По термохимическому уравнению, 2 моля водорода выделяют 573,2 кДж тепла. Найдем, сколько тепла выделится при 2,23 молях водорода:
[ Q = \frac{2,23 \text{ моля}}{2 \text{ моля}} \times 573,2 \text{ кДж} ]
[ Q \approx 1,115 \times 573,2 \text{ кДж} ]
[ Q \approx 639,5 \text{ кДж} ]
Таким образом, при сжигании 50 литров водорода выделяется примерно 639,5 кДж тепла.