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第二節　反應熱的計算
目 標 素 養
1.了解蓋斯定律的內容,了解其在科學研究中的意義。
2.能用熱化學方程式和蓋斯定律進行有關反應熱的簡單計算。
知 識 概 覽
一、蓋斯定律
1.一個化學反應,不管是　一步　完成的還是　分幾步　完成的,其反應熱是相同的。這就是蓋斯定律。
2.特點。
(1)反應的熱效應只與始態、終態有關,
與途徑無關。
(2)反應熱總值一定,如下圖表示始態到
終態的反應熱。
則ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。
3.應用。
(1)有些化學反應進行得　很慢　,有些化學反應不容易
　直接發生　,有些化學反應往往伴有副反應發生,直接測定這些化學反應的反應熱很困難。利用蓋斯定律,可以間接地計算出其反應熱。
根據蓋斯定律可得ΔH1=　ΔH3+ΔH2　,
則ΔH3= 　ΔH1-ΔH2　。
微判斷 (1)所有反應的反應熱都可以通過實驗直接測定。
(　　)
(2)一個化學反應一步完成比分幾步完成經過的步驟少,放出的熱量也少。(　　)
(3)不同的熱化學方程式,因反應的物質不同,熱化學方程式之間不能相加減。(　　)
(4)對于某可逆反應,其正、逆反應的反應熱的數值相等,符號相反。(　　)
×
×
×
√
(5)利用蓋斯定律可計算出有副反應發生的反應的反應熱。
(　　)
√
微訓練1 已知化學反應的熱效應只與反應物的初始狀態和生成物的最終狀態有關,如圖甲所示: ΔH1=ΔH2+ΔH3。根據上述原理和圖乙所示,
判斷下列各對應的反應熱關系中不正確的是(　　)。
A.A―→F　ΔH=-ΔH6
B.A―→D　ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
C.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
D.ΔH1+ΔH6=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5
答案:D
解析:A―→F與F―→A互為逆反應,則反應熱數值相等,符號相反,A項正確;根據蓋斯定律和能量守恒定律可知,B、C兩項正確;ΔH1+ΔH6=-(ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5),D項錯誤。
二、反應熱的計算
1.依據熱化學方程式:反應熱的絕對值與各物質的物質的量成正比,依據熱化學方程式中的ΔH求反應熱,如
aA(g)+　bB(g)══cC(g)+　dD(g)　 ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) Q
2.依據蓋斯定律:可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其ΔH相加或相減,得到一個新的熱化學方程式,同時反應熱也作相應的改變。
3.依據反應物斷鍵吸收熱量Q吸與生成物成鍵放出熱量Q放進行計算:ΔH= Q吸-Q放 。
4.依據反應物的總能量E反應物和生成物的總能量E生成物進行計算:ΔH= E生成物-E反應物 。
5.依據物質的燃燒熱ΔH計算:Q放= n可燃物×|ΔH| 。
6.依據比熱公式計算:Q= cmΔT 。
微訓練2 1.已知:
①2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)　ΔH1
②3H2(g)+Fe2O3(s)══2Fe(s)+3H2O(g)　ΔH2
③2Fe(s)+ O2(g)══Fe2O3(s)　ΔH3
④2Al(s)+ O2(g)══Al2O3(s)　ΔH4
⑤2Al(s)+Fe2O3(s)══Al2O3(s)+2Fe(s)　ΔH5
下列關于上述反應焓變的判斷正確的是(　　)。
A.ΔH1<0,ΔH3>0 B.ΔH5<0,ΔH4-ΔH3<0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案:B
解析:燃燒反應都是放熱反應,故ΔH3<0,A項錯誤;反應⑤是鋁熱反應,顯然是放熱反應,ΔH5<0,由反應④-反應③可得反應⑤,即ΔH5=ΔH4-ΔH3<0,B項正確,D項錯誤;由反應②+反應③可得反應3H2(g)+ O2(g)══3H2O(g),故ΔH1= (ΔH2+ΔH3),C項錯誤。
2.已知碳的燃燒熱為394 kJ·mol-1,計算完全燃燒3 g碳放出的熱量。
答案:98.5 kJ
解析:3 g碳的物質的量為n(C)= =0.25 mol,完全燃燒放出的熱量為394 kJ·mol-1×0.25 mol=98.5 kJ。
一、反應熱的計算方法
問題探究
已知:
①H2(g)+ O2(g)══H2O(g) 　ΔH1=-241.8 kJ·mol-1
②H2O(g)══H2O(l)　ΔH2=-44 kJ·mol-1
根據①和②,如何求出氫氣的燃燒熱
提示:要計算H2的燃燒熱,即求熱化學方程式H2(g)+ O2(g) ══H2O(l)的反應熱。根據蓋斯定律知:
ΔH=ΔH1+ΔH2=(-241.8 kJ·mol-1)+(-44 kJ·mol-1)
=-285.8 kJ·mol-1。
歸納總結
1.虛擬路徑法。如C(金剛石,s)══C(石墨,s)　ΔH,可設置如圖路徑,根據蓋斯定律可得:ΔH1=ΔH+ΔH2,即ΔH=ΔH1-ΔH2。
2.加合法。運用所給熱化學方程式通過加減的方法得到目標熱化學方程式。
例如,已知①P4(白磷,s)+5O2(g)══ P4O10(s)　ΔH1,
求P4(白磷,s)══4P(紅磷,s)的反應熱ΔH。根據蓋斯定律,由①-②×4得P4(白磷,s)══4P(紅磷,s),其反應熱ΔH=ΔH1-4ΔH2。
典例剖析
【例1】 下圖是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。
通過計算,可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　　　　　。制得等量H2所需能量較少的是　　　　。
答案:H2O(l) ══ H2(g)+ O2(g) ΔH=+286 kJ·mol-1　
H2S(g)══H2(g)+S(s)　ΔH=+20 kJ·mol-1　
系統(Ⅱ)
解析:根據蓋斯定律,由①+②+③可得系統(Ⅰ)的熱化學方程式:
H2O(l)══H2(g)+ O2(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
=+327 kJ·mol-1-151 kJ·mol-1+110 kJ·mol-1=+286 kJ·mol-1
同理,由②+③+④可得系統(Ⅱ)的熱化學方程式:
H2S(g)══H2(g)+S(s)　ΔH=ΔH2+ΔH3+ΔH4=-151 kJ·mol-1 +110 kJ·mol-1+61 kJ·mol-1=+20 kJ·mol-1
由所得兩熱化學方程式可知,制得等量H2所需能量較少的是系統(Ⅱ)。
學以致用
1.已知:①2Zn(s)+O2(g)══2ZnO(s)
ΔH=-701.0 kJ·mol-1;
②2Hg(l)+O2(g)══2HgO(s)
ΔH=-181.6 kJ·mol-1。
反應Zn(s)+HgO(s)══ZnO(s)+Hg(l)的ΔH為(　　)。
A.+519.4 kJ·mol-1 B.-259.7 kJ·mol-1
C.+259.7 kJ·mol-1 D.-519.4 kJ·mol-1
答案:B
2.已知:
2ΔH1-3ΔH2-ΔH3
解析:根據蓋斯定律,由①×2-②×3-③可得: As2O5(s)+3H2O(l)══2H3AsO4(s)　ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。
二、反應熱大小的比較
問題探究
對于下列兩個放熱反應,比較放出熱量(Q)的多少和比較反應熱(ΔH)的大小有什么不同
H2(g)+Cl2(g)══2HCl(g)　ΔH1=-Q1 kJ·mol-1
H2(g)+Br2(g)══2HBr(g)　ΔH2=-Q2 kJ·mol-1
提示:比較放出熱量(Q)的多少是比較數值的大小,其中Q1>Q2;放熱反應的反應熱(ΔH)為負值,數值越大,反應熱越小,反應放出的熱量越多,因此ΔH1<ΔH2。
歸納總結
1.與“符號”相關的反應熱的比較。
對于放熱反應來說,ΔH=-Q kJ·mol-1,雖然“-”僅表示放熱的意思,但在比較大小時要將其看成真正意義上的“負號”,即放熱越多,ΔH反而越小。
2.與“化學計量數”相關的反應熱的比較。
例如,
H2(g)+ O2(g)══H2O(l)　ΔH1=-a kJ·mol-1,
2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)　ΔH2=-b kJ·mol-1,aΔH2。
3.與“物質聚集狀態”相關的反應熱的比較。
(1)反應物相同,生成物狀態不同時。
A(g)+B(g)══C(g)　ΔH1<0,
A(g)+B(g)══C(l)　ΔH2<0。
因為C(g)══C(l)　ΔH3<0,則ΔH3=ΔH2-ΔH1,所以ΔH2<ΔH1。
(2)生成物相同,反應物狀態不同時。
S(g)+O2(g)══SO2(g)　ΔH1<0,
S(s)+O2(g)══SO2(g)　ΔH2<0。
ΔH2+ΔH3=ΔH1,則ΔH3=ΔH1-ΔH2,
因為ΔH2+ΔH3=ΔH1,則ΔH3=ΔH1-ΔH2,
又因ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
典例剖析
【例2】 在同溫同壓下,下列各組熱化學方程式中,Q2>Q1的是(　　)。
A.2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)══2H2O(g) ΔH=-Q2 kJ·mol-1
B.S(g)+O2(g)══SO2(g)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1
S(s)+O2(g)══SO2(g)　ΔH=-Q2 kJ·mol-1
C.C(s)+ O2(g)══CO(g)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)══CO2(g)　ΔH=-Q2 kJ·mol-1
D.H2(g)+Cl2(g)══2HCl(g)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1
H2(g)+ Cl2(g)══HCl(g) ΔH=-Q2 kJ·mol-1
答案:C
解析:A項中的反應可虛擬為
,根據蓋斯定律
Q1=Q2+Q,故Q1>Q2。C項中的反應可虛擬為, 則Q2=Q1+Q,故Q2>Q1。D項中Q1=2Q2,即Q1>Q2。
B項中的反應可虛擬為
,則Q2=Q1-Q,
故Q1>Q2。
C項中的反應可虛擬為
,則Q2=Q1+Q,
故Q2>Q1。D項中Q1=2Q2,即Q1>Q2。
學以致用
3.下列反應的ΔH最大的是(　　)。
A.CH4(g)+2O2(g)══CO2(g)+2H2O(l)
B.CH4(g)+ O2(g)══CO(g)+2H2O(g)
C.2CH4(g)+4O2(g)══2CO2(g)+4H2O(g)
D.CH4(g)+2O2(g)══CO2(g)+2H2O(g)
答案:B
解析:甲烷燃燒是放熱反應,ΔH為負值。H2O(g)―→H2O(l)要放出熱量,ΔH:A項4.已知1 mol紅磷轉化為白磷時,吸收18.39 kJ熱量。
①4P(紅磷,s)+5O2(g)══2P2O5(s)　ΔH1
②P4(白磷,s)+5O2(g)══2P2O5(s)　ΔH2
則ΔH1與ΔH2的關系正確的是(　　)。
A.ΔH1=ΔH2
B.ΔH1>ΔH2
C.ΔH1<ΔH2
D.無法確定
答案:B
解析:根據題目信息,由反應①減去反應②可得,
4P(紅磷,s)══P4(白磷,s),
ΔH=ΔH1-ΔH2=+18.39 kJ·mol-1×4=+73.56 kJ·mol-1>0,
故ΔH1>ΔH2,B項正確。
易錯提醒 (1)比較反應熱的大小時,不能只比較ΔH數值的大小,應帶“+”“-”進行比較。 (2)可逆反應不能進行到底,實際反應放出或吸收的熱量小于熱化學方程式中反應熱的絕對值。 (3)對于放熱反應,可利用狀態不同迅速比較反應熱的大小。當反應物狀態相同,生成物狀態不同時,生成固體放熱最多,生成氣體放熱最少;當反應物狀態不同,生成物狀態相同時,反應物為固體時反應放熱最少,反應物為氣體時反應放熱最多。
1.下列關于蓋斯定律的說法不正確的是(　　)。
A.一個化學反應,不管是一步完成的還是分幾步完成的,其反應熱相同
B.反應熱只與反應體系的始態和終態有關,而與反應的途徑無關
C.有些反應的反應熱不能直接測得,可通過蓋斯定律間接計算得到
D.根據蓋斯定律,熱化學方程式中ΔH直接相加即可得總反應熱
D
解析:利用蓋斯定律,需對熱化學方程式通過“+”“-”“×”“÷”等四則運算,進而計算總反應熱。
2.“世上無難事,九天可攬月”,我國的航空航天事業取得了舉世矚目的成就。碳酰肼類化合物[Mn(L)3](ClO4)2是一種優良的含能材料,可作為火箭推進劑的組分,其相關反應的能量變化如圖所示,已知ΔH2=-299 kJ·mol-1,則ΔH1為(　　)。
A.-1 389 kJ·mol-1
B.-1 334 kJ·mol-1
C.-1 703 kJ·mol-1
D.-1 563 kJ·mol-1
答案:C
解析:由蓋斯定律可知,
ΔH1=2ΔH2+ΔH3-ΔH4=2×(-299 kJ·mol-1)+(-1 018 kJ·mol-1)-(+87 kJ·mol-1)=-1 703 kJ·mol-1。
3.通常人們把拆開1 mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能。鍵能的大小可以用于估算化學反應的反應熱(ΔH),化學反應的ΔH等于反應中斷裂舊化學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和的差。
化學鍵 H—H Cl—Cl H—Cl
形成1 mol化學鍵
時放出的能量 436 kJ 243 kJ 431 kJ
則下列熱化學方程式不正確的是(　　)。
答案:C
解析:ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和。A項反應的反應熱ΔH= (436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)-431 kJ·mol-1=
-91.5 kJ·mol-1,A項正確;B項反應的反應熱ΔH=(436 kJ·mol-1 +243 kJ·mol-1)-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1,B項正確;C項反應的反應熱ΔH=431 kJ·mol-1- ×(436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)=+91.5 kJ·mol-1,C項錯誤;D項反應的反應熱ΔH=2×431 kJ·mol-1-(436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)=+183 kJ·mol-1,D項正確。
4.在同溫、同壓下,下列三個反應放出的熱量分別用a、b、c表示,則a、b、c的關系是(　　)。
①2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)　ΔH=-a kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)　ΔH=-b kJ·mol-1
③H2(g)+ O2(g)══H2O(g)　ΔH=-c kJ·mol-1
A.a>b,b=2c B.a=b=c
C.a答案:C
解析:三個反應雖均表示H2和O2的反應,但由于反應物的用量不同,生成物的聚集狀態不同,三個反應的反應熱各不相同。反應①和②分別表示2 mol H2(g)燃燒生成2 mol H2O(g)、H2O(l)放出的熱量,由于同溫、同壓下,2 mol H2O(g)轉變成2 mol H2O(l)時要放出熱量,故a5.灰錫(通常以粉末狀存在)和白錫是錫的兩種同素異形體,已知:
①Sn(白錫,s)+2HCl(aq)══SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH1
②Sn(灰錫,s)+2HCl(aq)══SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH2
③Sn(灰錫,s) Sn(白錫,s)　ΔH3=+2.1 kJ·mol-1
下列說法正確的是(　　)。
A.ΔH1>ΔH2
B.錫在常溫下以灰錫狀態存在
C.灰錫轉化為白錫的反應是放熱反應
D.錫制器皿長期處于低于13.2 ℃的環境中,會自行毀壞
答案:D
解析:根據③Sn(灰錫,s) Sn(白錫,s)　ΔH3=+2.1 kJ·mol-1,則②-①=③,所以ΔH2-ΔH1=ΔH3>0,所以ΔH1<ΔH2,A項錯誤;根據③Sn(灰錫,s) Sn(白錫,s),當溫度>13.2 ℃時,灰錫轉化為白錫,則錫在常溫下以白錫狀態存在,B項錯誤;根據ΔH3=+2.1 kJ·mol-1,焓變大于0,所以灰錫轉為白錫的反應是吸熱反應,C項錯誤;根據③,當溫度<13.2 ℃時,白錫轉化為灰錫,灰錫通常以粉末狀存在,會自行毀壞,D項正確。
6.甲醇既是重要的化工原料,又可作為燃料。利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇,發生反應如下:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH。(已知CO結構式為C≡O)
已知反應中相關的化學鍵鍵能數據如下:
由此計算ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
答案:-99
化學鍵 H—H C—O C≡O H—O C—H
E/(kJ·mol-1) 436 343 1 076 465 413
解析:根據鍵能與反應熱的關系可知,ΔH=反應物的鍵能之和
-生成物的鍵能之和=(1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1)-(413 kJ·mol-1×3+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1)=-99 kJ·mol-1。第二節　反應熱的計算
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.已知:①H2O(g)H2O(l)　ΔH1=-Q1 kJ·mol-1
②CH3OH(g)CH3OH(l)　ΔH2=-Q2 kJ·mol-1
③2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH3=-Q3 kJ·mol-1
Q1、Q2、Q3 均大于 0。若要使 32 g 液態甲醇完全燃燒,最后恢復到室溫,放出的熱量為(單位:kJ)(　　)。
A.Q1+Q2+Q3
B.0.5Q3-Q2+2Q1
C.0.5Q3+Q2-2Q1
D.0.5(Q1+Q2+Q3)
答案:B
解析:根據③-2×②+4×①得出:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)　ΔH=ΔH3-2ΔH2+4ΔH1=(-Q3+2Q2-4Q1) kJ·mol-1,若32 g液態甲醇完全燃燒,放出熱量為(0.5Q3-Q2+2Q1) kJ,B項正確。
2.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是285.8 kJ·mol-1 、1 411.0 kJ·mol-1和1 366.8 kJ·mol-1,則由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的ΔH為(　　)。
A.-44.2 kJ·mol-1
B.+44.2 kJ·mol-1
C.-330 kJ·mol-1
D.+330 kJ·mol-1
答案:A
解析:已知C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是1 411.0 kJ·mol-1和1 366.8 kJ·mol-1,則有①C2H4(g)+3O2(g)2H2O(l)+2CO2(g)　ΔH=-1 411.0 kJ·mol-1;②C2H5OH(l)+3O2(g)3H2O(l)+2CO2(g)　ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1;根據蓋斯定律 ①-②可得:C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l)　ΔH=-44.2 kJ·mol-1,A項正確。
3.關于如圖所示轉化關系(X代表鹵素),下列說法不正確的是(　　)。
A.2H(g)+2X(g)2HX(g)　ΔH3<0
B.生成HX的反應熱與途徑無關,所以ΔH1=ΔH2+ΔH3
C.Cl、Br、I的非金屬性依次減弱,所以途徑Ⅱ吸收的熱量依次增多
D.生成HCl放出的熱量比生成HBr的多,說明HCl比HBr穩定
答案:C
解析:非金屬性越弱,X2越不穩定,破壞化學鍵吸收的能量越少,C項錯誤。
4.已知:H2SO4(aq)與Ba(OH)2(aq)反應生成1 mol BaSO4時的ΔH1=-1 584.2 kJ·mol-1;HCl(aq)與NaOH(aq)反應生成1 mol H2O(l)時的ΔH2=-57.3 kJ·mol-1。則反應Ba2+(aq)+S(aq)BaSO4(s)的焓變ΔH等于(　　)。
A.-1 526.9 kJ·mol-1
B.-1 469.6 kJ·mol-1
C.+1 469.6 kJ·mol-1
D.+1 526.9 kJ·mol-1
答案:B
解析:根據題意可寫出下列熱化學方程式:
①2H+(aq)+S(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH1=-1 584.2 kJ·mol-1
②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH2=-57.3 kJ·mol-1
①-②×2,得Ba2+(aq)+S(aq)BaSO4(s),其ΔH=ΔH1-2ΔH2=-1 584.2 kJ·mol-1-2×(-57.3 kJ·mol-1)=-1 469.6 kJ·mol-1。
5.已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1
②2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)　ΔH=+196.6 kJ·mol-1
則表示汽車尾氣轉化的熱化學方程式為(　　)。
A.2SO2(g)+2NO(g)N2(g)+2SO3(g)　ΔH=+377.1 kJ·mol-1
B.2SO2(g)+2NO(g)N2(g)+2SO3(g)　ΔH=+16.1 kJ·mol-1
C.2SO2(g)+2NO(g)N2(g)+2SO3(g)　ΔH=-16.1 kJ·mol-1
D.2SO2(g)+2NO(g)N2(g)+2SO3(g)　ΔH=-377.1 kJ·mol-1
答案:D
解析:①+②得熱化學方程式為N2(g)+2SO3(g)2NO(g)+2SO2(g)　ΔH=+(180.5+196.6) kJ·mol-1=+377.1 kJ·mol-1。汽車尾氣轉化的熱化學方程式是該熱化學方程式的逆反應,故ΔH=-377.1 kJ·mol-1,所以D項正確。
6.已知:反應①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH1=+131.5 kJ·mol-1;反應②CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH2=+205.9 kJ·mol-1。在反應CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH中,1 mol C(s)成鍵釋放的熱量為709.6 kJ,C—H的鍵能為414 kJ·mol-1,則H—H的鍵能為(　　)。
A.436 kJ·mol-1 B.436 kJ
C.872 kJ·mol-1 D.872 kJ
答案:A
解析:根據蓋斯定律可知,反應②-反應①可得到CH4(g)C(s)+2H2(g),對應焓變ΔH=ΔH2-ΔH1=+205.9 kJ·mol-1-131.5 kJ·mol-1=+74.4 kJ·mol-1;因為ΔH=4E(C—H)-E(C)-2E(H—H),所以H—H的鍵能E(H—H)==
436 kJ·mol-1。
7.已知一定溫度下的一些熱化學方程式:
N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
則該溫度下H2催化還原22.4 L(標準狀況下)NO達到消除環境污染目的的能量變化為(　　)。
A.放出376.05 kJ B.放出752.1 kJ
C.吸收376.05 kJ D.吸收752.1 kJ
答案:A
解析:①N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ·mol-1,②2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,根據蓋斯定律:②-①得到2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(l)　ΔH=(-571.6 kJ·mol-1)-(+180.5 kJ·mol-1)=-752.1 kJ·mol-1,因此該溫度下H2催化還原1 mol NO放出=376.05 kJ能量,故選A。
8.已知膽礬溶于水時,溶液溫度降低。在室溫下將1 mol無水硫酸銅制成溶液時,放出的熱量為Q1kJ,而膽礬分解的熱化學方程式為CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)　ΔH=+Q2 kJ·mol-1,則Q1與Q2的關系是(　　)。
A.Q1>Q2 B.Q1C.Q1=Q2 D.無法確定
答案:B
解析:由已知得①CuSO4·5H2O(s)Cu2+(aq)+S(aq)+5H2O(l)　ΔH=+Q kJ·mol-1,由溶液溫度降低,可知膽礬溶于水為吸熱過程,則Q>0,②CuSO4(s)Cu2+(aq)+S(aq)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1(Q1>0),③CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)　ΔH=+Q2 kJ·mol-1,根據蓋斯定律:①-②=③,則Q1+Q=Q2,即Q19.在1 200 ℃時,天然氣脫硫工藝中會發生下列反應:
①H2S(g)+O2(g)SO2(g)+H2O(g)　ΔH1
②2H2S(g)+SO2(g)S2(g)+2H2O(g)　ΔH2
③H2S(g)+O2(g)S(g)+H2O(g)　ΔH3
④2S(g)S2(g)　ΔH4
則ΔH4的正確表達式為(　　)。
A.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案:A
解析:根據蓋斯定律,由①×+②×-③×2可得反應④,
則ΔH4=ΔH1×+ΔH2×-ΔH3×2=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)。
10.高爐冶鐵過程中,甲烷在催化反應室中產生水煤氣(CO和H2)還原氧化鐵,有關反應為①CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+260 kJ·mol-1
已知:②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1
寫出CH4與O2反應生成CO和H2的熱化學方程式。
答案:2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g)　
ΔH=-46 kJ·mol-1
解析:反應①×2+②得:2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g)　ΔH=-46 kJ·mol-1。
11.已知:C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1;2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1。現有由炭粉和氫氣組成的懸浮物質0.2 mol,在氧氣中完全燃燒生成CO2(g)和H2O(g),共放出63.53 kJ熱量,求懸浮物質中C與H2的物質的量之比。
答案:1∶1
解析:設懸浮物質中炭粉的物質的量為x,氫氣的物質的量為y,則:
解得:x=0.1 mol,y=0.1 mol,即兩者的物質的量之比為1∶1。
能力提升
1.以下熱化學方程式中,ΔH1和ΔH2的大小比較不正確的是(　　)。
A.4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)　ΔH1;4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)　ΔH2,則ΔH1<ΔH2
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH1;2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2,則ΔH1<ΔH2
C.2H2S(g)+O2(g)2S(g)+2H2O(l)　ΔH1;2H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l)　ΔH2,則ΔH1>ΔH2
D.Br2(g)+H2(g)2HBr(g)　ΔH1;Br2(l)+H2(g)2HBr(g)　ΔH2,則ΔH1<ΔH2
答案:A
解析:將選項中的兩個反應依此編號為①②,根據蓋斯定律②-①得4Al(s)+2Fe2O3(s)2Al2O3(s)+4Fe,則有ΔH3=ΔH2-ΔH1<0,即ΔH1>ΔH2,故A錯誤;氣態水的能量高于液態水的能量,所以生成液態水放出的熱量多,又因為這兩個反應都是放熱反應,所以ΔH1<ΔH2,故B正確;氣態硫的能量高于固態硫的能量,所以產生固態硫放出的熱量多,又因為這兩個反應都是放熱反應,所以ΔH1>ΔH2,故C正確;氣態溴的能量高于液態溴的能量,所以氣態溴與氫氣反應放出的熱量多,又因為這兩個反應都是放熱反應,所以ΔH1<ΔH2,故D正確。
2.煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx,會污染大氣。采用NaClO、Ca(ClO)2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝。下列說法正確的是(　　)。
①SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)　ΔH1=a kJ·mol-1
②ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)　ΔH2=b kJ·mol-1
③CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)　ΔH3=c kJ·mol-1
④SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)　ΔH4=d kJ·mol-1
A.隨著反應的進行,吸收劑溶液的pH逐漸增大
B.反應②和④屬于氧化還原反應
C.反應Ca(OH)2(aq)+H2SO4(aq)CaSO4(s)+2H2O(l)的ΔH=-c kJ·mol-1
D.d=a+b+c
答案:B
解析:由反應①和④可知,隨著反應的進行,不斷消耗OH-,因此吸收劑溶液的pH逐漸減小,A項錯誤;反應②和④中有元素化合價升降,屬于氧化還原反應,B項正確;C項中反應除了生成CaSO4還生成了H2O,故ΔH≠-c kJ·mol-1,C項錯誤;根據蓋斯定律,反應④=①+②-③,所以d=a+b-c,D項錯誤。
3.氫鹵酸的能量關系如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.已知HF氣體溶于水放熱,則HF的ΔH1<0
B.相同條件下,HCl的ΔH2比HBr的小
C.相同條件下,HCl的ΔH3+ΔH4比HI的大
D.一定條件下,氣態原子生成1 mol H—X放出a kJ能量,則該條件下ΔH2=a kJ·mol-1
答案:D
解析:HF氣體溶于水放熱,則HF氣體溶于水的逆過程吸熱,即HF的ΔH1>0,A項錯誤;HCl比HBr穩定,相同條件下HCl的ΔH2比HBr的大,B項錯誤;ΔH3+ΔH4代表H+(aq)H(g)的焓變,與是HCl的還是HI的無關,C項錯誤;一定條件下,氣態原子生成1 mol H—X放出a kJ能量,則斷開1 mol H—X形成氣態原子吸收a kJ的能量,即為ΔH2=a kJ·mol-1,D項正確。
4.環戊二烯廣泛用于農藥、橡膠、塑料等工業合成,是一種重要的有機化工原料。其相關鍵能和能量循環如圖所示,下列說法不正確的是(　　)。
共價鍵 鍵能/(kJ·mol-1)
H—H 436
H—I 299
I—I 151
A.在相同條件下,反應H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH4,則ΔH4<ΔH2
B.表中三種物質,H—H鍵能最大,故相同條件下,H2最穩定
C.ΔH3-ΔH1=ΔH2=+11 kJ·mol-1
D.將H2(g)和I2(g)混合加熱,充分反應后測得相同條件下H2(g)+I2(g)2HI(g)的反應熱與ΔH2相同
答案:C
解析:Cl2比I2更活潑,說明等物質的量的Cl2(g)自身具有的能量大于I2(g)具有的能量,所以Cl2(g)和H2(g)反應生成HCl(g),放出的熱量大于I2(g)與H2(g)反應生成HI(g)放出的熱量,ΔH4<ΔH2,A項正確;鍵能越大越穩定,H—H鍵能最大,故相同條件下,H2最穩定,B項正確;根據蓋斯定律,ΔH3=ΔH1+ΔH2,ΔH3-ΔH1=ΔH2=-11 kJ·mol-1,C項錯誤;將H2(g)和I2(g)混合加熱,發生的反應為H2(g)+I2(g)2HI(g),其反應熱與ΔH2相同,D項正確。
5.已知:
①CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1
②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH2
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH3
室溫下取體積比為4∶1的甲烷和氫氣11.2 L(已折算為標準狀況),經完全燃燒后恢復至室溫,放出的熱量為(　　)。
A.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH3)
B.-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH2)
C.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH3)
D.-(0.4 mol×ΔH1+0.1 mol×ΔH2)
答案:A
解析:先算出甲烷和氫氣各自的體積,再根據熱化學方程式分別求算它們各自完全燃燒放出的熱量,就可求出放出的總熱量。也可以求出甲烷和氫氣按體積比4∶1燃燒的熱化學方程式,列比例式來求反應放出的總熱量。
n(氣體)= =0.5 mol,n(CH4)=0.5 mol×=0.4 mol,n(H2)=0.5 mol×=0.1 mol。燃燒后恢復至室溫,H2O為液態,所以放出熱量:Q=0.4 mol×(-ΔH1)+0.1 mol×(-)=-(0.4 mol×ΔH1+0.05 mol×ΔH3)。
6.(1)下列三個反應在某密閉容器中進行:
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)　ΔH1=a kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH2=b kJ·mol-1
③2Fe(s)+O2(g)2FeO(s)　ΔH3=　　　　 kJ·mol-1(用含a、b的代數式表示)。
(2)焦炭與CO、CO2、H2均是重要的化工原料,由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應如下:
④CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH4=-49.58 kJ·mol-1
⑤CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH5=+41.19 kJ·mol-1
⑥CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH6
則反應⑥的ΔH6=　　　　　　　 kJ·mol-1。
(3)一種煤炭脫硫技術可以把硫元素以CaSO4的形式固定下來,但產生的CO又會與CaSO4發生化學反應,相關的熱化學方程式如下:
⑦CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　ΔH7=+210.5 kJ·mol-1
⑧CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g)　ΔH8=-47.3 kJ·mol-1
反應:CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
答案:(1)(2a+b)　(2)-90.77　(3)-399.7
解析:(1)分析反應①和②,根據蓋斯定律,由①×2+②可得2Fe(s)+O2(g)2FeO(s),則有ΔH3=2ΔH1+ΔH2=2a kJ·mol-1+b kJ·mol-1=(2a+b) kJ·mol-1。
(2)分析反應④、⑤和⑥,根據蓋斯定律,由④-⑤可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),則有ΔH6=ΔH4-ΔH5=(-49.58 kJ·mol-1)-(+41.19 kJ·mol-1)=-90.77 kJ·mol-1。
(3)根據蓋斯定律,由⑧×4-⑦可得CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g),則有ΔH=4ΔH8-ΔH7=(-47.3 kJ·mol-1)×4-(+210.5 kJ·mol-1)=-399.7 kJ·mol-1。
7.氫氣可將CO2還原為甲烷,反應為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。ShyamKattel等結合實驗與計算機模擬結果,研究了在Pt/SiO2催化劑表面上CO2與H2的反應歷程,前三步反應歷程如圖所示,其中吸附在Pt/SiO2催化劑表面用“·”標注,Ts表示過渡態。物質吸附在催化劑表面,形成過渡態的過程會　　　　　　　(填“放出熱量”或“吸收熱量”);物質吸附在催化劑表面形成過渡態的過程中能量變化最小的步驟的化學方程式為　　　　　　　　　　　。
答案:吸收熱量　·OH+·HH2O(g)
解析:據題圖可知物質吸附在催化劑表面,形成過渡態后能量變高,所以該過程中吸收熱量;第三步反應時物質吸附在催化劑表面形成過渡態的過程中能量變化最小,相應的化學方程式為·CO+·OH+·H+3H2(g)·CO+3H2(g)+H2O(g),即·OH+·HH2O(g)。
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