Решение задач на вычисление энергии связи (binding energy) в молекуле

Рассчитайте энергию связи в оксиде фтора

Задача 136.
Теплота образования F₂O из простых веществ при стандартных условиях составляет 22 КДж/моль. Рассчитайте энергию связи O-F в молекуле фторида кислорода,если энергия связей в молекулах O₂ и F₂ составляет соответственно 498 и 159 КДж/моль.
Решение:
Уравнение реакции образования оксида фтора имеет вид:

2F₂  +  O₂ — 2F₂O

Образование двух молекул F₂O можно представить как последовательный процесс разрыва связей F-F в молекуле F₂ и связей
O-O в молекуле O₂:

2F-F→  4F*  → 2D(F-F)

O-O → 2O*  → D(O-O)

4F* + 2O* → 2F₂O + 4D(O-F), где

D(F-F), D(O-O) и D(O-F) – энергии образования связей F-F, O-O и O-F, соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению:

2F₂(г) + O₂(г) = 2F₂O(г) → 2D(F-F) – D(O-O) + 4D(F-O).

Согласно закону Гесса тепловой эффект этой реакции равен:

2Q = –2D(F-F) – D(O-O) + 4D(F-O),

откуда

D(O-F) = [2Q + 2D(F-F) + D(O-O)]/4 = [44 + (2 ^. 159) + 498]/4 = 215 кДж/моль.

Вычислите энергию связи H-S в молекуле H₂S

Задача 137. 
Вычислите энергию связи H-S в молекуле H₂S по следующим данным: 2H₂ (г) + S₂(г) = 2H₂S (г) – 40,30 кДж; энергии связей D(H-H) и D(S-S) соответственно равны –435,9 кДж/моль и – 417,6 кДж/моль.
Решение. 
Образование двух молекул H₂S можно представить как последовательный процесс разрыва связей H-H в молекуле H₂ и связей S-S в молекуле S₂:

2H-H  4Н  – 2D(H-H)

S-S  2S  – D(S-S)

4Н  + 2S   2H₂S + 4D(S-H),

где D(H-H), D(S-S) и D(S-H) – энергии образования связей H-H, S-S и S-Н, соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению:

2H₂(г) + S₂(г) = 2H₂S(г) –2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H). 

Тепловой эффект этой реакции равен:

2Q = –2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H), откуда

D(S-H) = [2Q + 2D(H-H) + D(S-S)]/4 = [(2 ^. 40,30) + (2 ^. –435,9) +  417,6]/4 = 232,43 кДж/моль.
 

Расчет энергии связи N-H в молекуле аммиака

Задача 138. 
Стандартная энтальпия образования NH₃ составляет 46 кДж/моль. Рассчитайте энергию связи N-H в молекуле аммиака, если энергии связей в молекулах H₂ и N₂ составляют соответственно 436 и 945 кДж/моль.
Решение:
Уравнение реакции образования оксида фтора имеет вид:

3Н₂  +  N₂ — 2NH₃

Образование двух молекул NH₃ можно представить как последовательный процесс разрыва связей H-H в молекуле H₂ и связей N-N в молекуле N₂:

3H-H →  6H* → 3D(H-H)

N-N → 2N*  → D(N-N)

6H* + 2N* → 2NH₃ + 6D(H-N), где

D(H-H), D(N-N) и D(H-N) – энергии образования связей F-F, O-O и O-F, соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению:

3H₂(г) + N₂(г) = 2NH₃(г) → 3D(H-H) – D(N-N) + 6D(H-N).

Согласно закону Гесса тепловой эфaект этой реакции равен:

2Q = –NH₃ – D(N-N) + 6D(H-N),

откуда

D(H-N) = [2Q + 3D(H-H) + D(N-N)]/6 = [(2 ^. 46) + (3 ^. 436) + 945]/6 =  390 кДж/моль.