Сколько теплоты выделяется при сгорании 31 г фосфора — подробный расчет и физико-химические свойства

Фосфор (P) – химический элемент группы азота, расположенный в третьем периоде периодической системы, обладает атомным номером 15. В природе фосфор встречается в виде многочисленных минералов, а также в организмах живых организмов.

Сгорание фосфора – это реакция, в результате которой происходит выделение тепловой энергии. При сгорании 31 г фосфора выделяется значительное количество тепла. Данная реакция можно описать уравнением:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

Это значит, что для полного сгорания 31 г фосфора необходимо 155 г кислорода. При этом в результате реакции образуется 62 г оксида фосфора (P₂O₅). Выделяемое количество теплоты при сгорании 31 г фосфора составляет 333 кДж.

Фосфор как химический элемент

Фосфор был открыт в 1669 году немецким алхимиком Г. Брандтом. Он получил его из мочи. Изначально фосфор использовался в медицине для лечения различных заболеваний, но позже нашел широкое применение в разных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство, производство удобрений, производство стекла и лаков, а также в спичечной промышленности.

Фосфор имеет несколько изотопов, наиболее стабильными из которых являются фосфор-31 и фосфор-33. Однако наиболее распространенным и широко используемым является фосфор-31. Фосфор-31 сгорает при нагревании, выделяя значительное количество теплоты.

Вещественные свойства фосфора

• Физическое состояние: Фосфор существует в нескольких аллотропных формах, включая белый, красный и черный фосфор. Белый фосфор представляет собой мягкую и восковидную форму, красный фосфор — более плотную и не растворимую в воде, а черный фосфор — твердое вещество с металлическим блеском.
• Точка плавления и кипения: Точка плавления белого фосфора составляет около 44 градусов по Цельсию, красного фосфора — около 590 градусов, а черного фосфора — около 600 градусов. Фосфор не кипит при стандартных условиях.
• Состояние окисления: Фосфор может образовывать соединения с различными степенями окисления, включая -3, +3 и +5.
• Воспламеняемость: Белый фосфор является высоко воспламеняемым веществом и может гореть при контакте с воздухом. Красный фосфор не горит при нормальных условиях.
• Теплота сгорания: При сгорании 31 г фосфора выделяется определенное количество теплоты, которое может быть рассчитано с использованием соответствующих реакционных уравнений и данных.

Эти вещественные свойства фосфора определяют его химическую активность и применение в различных областях, включая производство удобрений, фармакологию, пиротехнику и электронику.

Процесс сгорания фосфора

При сгорании 31 г фосфора происходит следующая реакция:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

Таким образом, для полного сгорания 31 г фосфора требуется 5 моль кислорода. При этом образуется 2 моля оксида фосфора (V) (P₂O₅).

Выделение теплоты при сгорании фосфора может быть рассчитано с использованием химического уравнения реакции и соответствующих тепловых эффектов. Рассчитанный тепловой эффект для данной реакции составляет 4258 кДж/моль.

Таким образом, при сгорании 31 г фосфора выделяется приблизительно:

(4258 кДж/моль) * (2 моля) = 8516 кДж теплоты.

Такое количество теплоты может быть использовано для нагрева окружающей среды или применено в других процессах.

Выделение теплоты при сгорании фосфора

Для рассчета количества выделяющейся теплоты при сгорании фосфора необходимо знать энтальпию образования конечного продукта сгорания. Например, при полном сгорании фосфора формируется оксид фосфора V (P₂O₅). Этот процесс обладает высокой энергетической эффективностью.

Энтальпия образования оксида фосфора V составляет -1641,1 кДж/моль. Для рассчета количества выделяющейся теплоты необходимо знать количество сгоревшего фосфора и умножить его на энтальпию образования. Например, при сгорании 31 г фосфора:

(31 г / 30,97 г/моль) * (-1641,1 кДж/моль) ≈ -1666 кДж

Таким образом, при сгорании 31 г фосфора выделяется примерно 1666 кДж теплоты.

Значение выделенной теплоты при сгорании фосфора

Окисление фосфора происходит по следующей реакции:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

Выделение теплоты происходит в результате экзоэнергонической реакции, при которой энергия связей в реагентах оказывается больше, чем энергия связей в продуктах.

Теплота сгорания фосфора, также известная как теплота образования фосфорной кислоты, составляет -1994 кДж/моль.

Таким образом, при сгорании 31 г фосфора выделяется энергия, равная:

31 г * (1 моль / 31 г) * (-1994 кДж/моль) ≈ -1994 кДж

Таким образом, при сгорании 31 г фосфора выделяется примерно 1994 кДж теплоты.