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2022高考化学专题复习 专题六 化学反应与能量 第1讲 化学反应与热能学案
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这是一份2022高考化学专题复习 专题六 化学反应与能量 第1讲 化学反应与热能学案，共33页。学案主要包含了焓变 反应热，热化学方程式，盖斯定律 反应热的计算等内容，欢迎下载使用。
专题六 化学反应与能量
第1讲 化学反应与热能
考试要点
核心素养
1.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
2.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
4.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
6.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
1.变化观念与平衡思想:认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析热化学方程式,运用热化学反应原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:通过分析、推理等方法认识研究反应热的本质,建立盖斯定律模型。
3.科学态度与社会责任:赞赏化学对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
一、焓变 反应热
1.化学反应中的变化和守恒
(1)化学反应中的两大变化:① 物质 变化和② 能量 变化。
(2)化学反应中的两大守恒:质量守恒定律和③ 能量 守恒。
(3)化学反应中能量的转化形式:化学能转化为热能、光能、电能等。
2.焓变、反应热
(1)反应热:化学反应过程中吸收或放出的能量。
(2)焓变:生成物与反应物的内能差称为焓变,符号为④ ΔH ,单位是⑤ kJ·mol-1。
(3)关系:恒压条件下,焓变等于反应热。
3.放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
概念
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
常见
反应
a.可燃物的燃烧
b.酸碱中和反应
c.金属与酸的置换反应
d.物质的缓慢氧化
e.铝热反应
f.大多数化合反应
a.盐类的水解反应
b.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
c.C和H2O(g)、C和CO2的反应
d.大多数的分解反应
(2)吸热反应与放热反应的判断
a.从能量高低角度理解
b.从化学键角度理解
4.燃烧热、中和热
(1)燃烧热
(2)中和热
a.概念及表示方法
b.中和热的测定
ⅰ.实验装置
ⅱ.实验药品:0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。
ⅲ.计算公式:ΔH=-(m碱+m酸)·c·(t2-t1)nkJ·mol-1
t1——起始温度,t2——终止温度,n——生成水的物质的量,c——中和后生成的溶液的比热容,一般为4.18J/(g·℃)。
c.注意事项
ⅰ.碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是 隔热,减少热量散失 。
ⅱ.为保证酸完全被中和,常使 碱 稍稍过量。
ⅲ.实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得的数值偏 小 。
二、热化学方程式
1.概念
表示参加反应的 物质的量 和 反应热 的关系的化学方程式。
2.意义
表明了化学反应中的 物质 变化和 能量 变化。
例如:2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1,表示在101kPa时2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。
3.书写要求
(1)注明反应的 温度 和 压强 (25℃、101kPa下进行的反应可不注明)。
(2)注意反应物和生成物的聚集状态:固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。
(3)热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的 物质的量 ,而不表示分子个数(或原子个数),因此可以写成整数,也可以写成分数。
(4)热化学方程式中不用标注“↑”“↓”。
(5)热化学方程式能反映反应已完成时的能量变化。因为ΔH与反应物的物质的量有关,所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
三、盖斯定律 反应热的计算
1.盖斯定律及其应用
(1)内容:对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的,即化学反应的反应热只与反应体系的 始态、终态 有关,与反应的途径无关。
(2)应用
关系式
反应热间的关系
aAB、A1aB
ΔH1= aΔH2
AB
ΔH1= -ΔH2
ΔH= ΔH1+ΔH2
2.反应热的计算
计算依据
计算方法
热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似,可以左右颠倒同时改变ΔH的正、负号,各项的化学计量数及ΔH的数值可以同时扩大或缩小
盖斯定律
方法一:热化学方程式相加或相减,如由 a.C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1;b.C(s)+12O2(g)CO(g) ΔH2;a-b可得 CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
方法二:合理设计反应途径,如ΔH= ΔH1+ΔH2
燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×可燃物的燃烧热
化学键的变化
ΔH=反应物的化学键断裂所吸收的能量和-生成物的化学键形成所放出的能量和
反应物和生
成物的总能量
ΔH= E(生成物)-E(反应物)
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)化学反应在物质变化的同时,伴随着能量变化,其表现形式只有吸热和放热两种 ( )
(2)由反应物X转化为Y和Z的能量变化(如图所示)可知,X→Z反应的ΔH<0 ( )
(3)1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 ( )
(4)放热反应不需要加热就能发生,吸热反应不加热就不能发生( )
(5)物质发生化学变化都伴有能量的变化 ( )
(6)活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高 ( )
(7)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同 ( )
(8)甲烷完全燃烧的ΔH=-890kJ·mol-1,则甲烷完全燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890kJ·mol-1 ( )
(9)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1,2SO2(s)+O2(g)2SO3(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2 ( )
(10)H—H键、键和O—H键的键能分别为436kJ·mol-1、496kJ·mol-1和463kJ·mol-1,则反应H2(g)+12O2(g)H2O(g)的ΔH=-916kJ·mol-1 ( )
答案 (1)✕ (2)√ (3)✕ (4)✕ (5)√ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)✕ (10)✕
2.已知反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),反应过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。该反应的ΔH= (用含E1、E2的代数式表示),相同条件下,1mol气体A和 1mol气体B具有的总能量比1mol气体C和1mol 气体D具有的总能量 (填“一定高”“一定低”或“高低不一定”)。
(2)若在反应体系中加入催化剂使反应速率增大,则E1、E2和ΔH的变化是E1 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)、E2 、ΔH 。
答案 (1)吸热 E1-E2 一定低
(2)减小 减小 不变
3.(1)已知:
①I2(g)+H2(g)2HI(g) ΔH=-9.48kJ·mol-1
②I2(g)I2(s) ΔH=-35.96kJ·mol-1
则I2(s)+H2(g)2HI(g)的ΔH= 。
(2)已知:
C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
C(金刚石,s)+O2(g)CO2(g) ΔH2
则C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH= 。
答案 (1)+26.48kJ·mol-1 (2)ΔH1-ΔH2
考点一 焓变 反应热
◆典例探究
例 C(s)+O2(g)CO2(g)反应过程中的能量变化如图所示。下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的活化能为E1
B.该反应的ΔH=E1-E2
C.该反应为放热反应
D.图中T1所示曲线代表有催化剂时的能量变化
答案 D 题图中虚线、实线分别表示的是有催化剂和无催化剂时反应过程中的能量变化,故D错误。
名师点拨
图解反应热与活化能的关系
(1)在无催化剂的情况,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。
(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
◆题组训练
题组一 考查反应热与能量变化的关系
1.(2020黑龙江顶级名校摸底考)下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化,下列说法中正确的是 ( )
A.1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ
B.1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量
C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
答案 B 题给反应的ΔH=946kJ·mol-1+498kJ·mol-1-2×632kJ·mol-1=+180kJ·mol-1,该反应是吸热反应,A错误,B正确;氮气和氧气反应需要一定条件,C错误;NO不是酸性氧化物,与氢氧化钠溶液不反应,D错误。
2.(2020北京师大附中模拟)科研人员在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题,该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为吸热过程
B.过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.H2O没有参与过程Ⅲ中的反应过程
答案 A 根据反应过程示意图可知,过程Ⅰ、过程Ⅱ为水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,故A正确;过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,故B错误;催化剂不能改变反应的ΔH,故C错误;过程Ⅰ、过程Ⅱ是水分子中的化学键断裂的过程,过程Ⅲ中形成了水分子,因此H2O参与了过程Ⅲ中的反应过程,故D错误。
题组二 反应热的图像分析
3.(2020山西晋中月考)某反应由两步反应ABC构成,它的反应能量曲线如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.三种化合物中C最稳定
B.两步反应均为吸热反应
C.A与C的能量差为E4
D.AB反应,反应条件一定要加热
答案 A 能量越低越稳定,三种化合物中C的能量最低,所以C最稳定,故A正确;由题图可知,第一步反应为吸热反应,第二步反应为放热反应,故B错误;A与C的能量差=(E1-E2)+(E3-E4)=E1+E3-E2-E4,故C错误;AB的反应是吸热反应,与反应发生的条件无关,即吸热反应不一定要加热,故D错误。
4.(2020河南洛阳月考)CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质的能量变化关系如图所示(Ea表示活化能),下列说法正确的是 ( )
A.Cl·可由Cl2在高温条件下生成,是CH4与Cl2反应的催化剂
B.升高温度,Ea1、Ea2均减小,反应速率加快
C.增大Cl2的浓度,可提高反应速率,但不影响ΔH的大小
D.第一步反应的速率大于第二步反应
答案 C Cl·可由Cl2在光照条件下生成,是CH4与Cl2反应的“中间体”,而不是反应的催化剂,A错误;Ea1、Ea2分别为第一步反应、第二步反应所需活化能,升高温度,反应所需活化能不变,即Ea1、Ea2不变,B错误;Cl2是该反应的反应物,增大反应物的浓度,反应速率增大,而反应的ΔH和反应的途径无关,只与反应的始态和终态有关,即增大Cl2的浓度不影响ΔH的大小,C正确;第一步反应所需活化能Ea1大于第二步反应所需活化能Ea2,第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反应,故第二步反应速率更大,D错误。
题组三 燃烧热、中和热的判断
5.下列热化学方程式正确的是 ( )
A.表示硫的燃烧热的热化学方程式:S(s)+32O2(g)SO3(g) ΔH=-315kJ·mol-1
B.表示中和热的热化学方程式:NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1
C.表示H2的燃烧热的热化学方程式:H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1
D.表示CO的燃烧热的热化学方程式:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1
答案 B 表示燃烧热的热化学方程式时,可燃物的物质的量为1mol,反应生成稳定的氧化物。A中应生成SO2;C中应生成H2O(l);D中CO的物质的量应为1mol。
6.已知反应:
①101kPa时,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221kJ/mol
②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol
下列结论中正确的是 ( )
A.碳的燃烧热ΔH>-110.5kJ/mol
B.①的反应热ΔH=221kJ/mol
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ/mol
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量
答案 C 使用燃烧热时要注意两个关键点:一是反应物用量,可燃物为1mol;二是充分燃烧生成稳定氧化物[H→H2O(l)、C→CO2(g)、S→SO2(g)等]。反应①没有生成稳定的氧化物,因此碳的燃烧热ΔH<-110.5kJ/mol,故A错误;①的反应热ΔH=-221kJ/mol,故B错误;稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ/mol,故C正确;CH3COOH为弱电解质,电离过程要吸热,则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出的热量小于57.3kJ,故D错误。
考点二 热化学方程式
◆典例探究
例 已知H—H键、H—O键和键的键能分别为436kJ·mol-1、463kJ·mol-1和496kJ·mol-1。下列热化学方程式正确的是 ( )
A.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=-484kJ·mol-1
B.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=+484kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=+484kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484kJ·mol-1
答案 D 化学反应的焓变等于反应物的总键能与生成物的总键能之差,由此可确定D项正确。
名师点拨
判断热化学方程式正误的“五审”
◆题组训练
题组一 热化学方程式的书写
1.一定条件下,在水溶液中1molClOx-(x=0,1,2,3,4)的相对能量(kJ)如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.上述离子中结合H+能力最强的是E
B.上述离子中最稳定的是A
C.反应CB+D的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1
D.BA+D的反应物的键能之和小于生成物的键能之和
答案 A A项,酸根离子对应的酸越弱,结合氢离子的能力越强,E对应的是ClO4-,HClO4是最强的无机酸,酸根离子结合氢离子能力最弱,错误;B项,据能量越低越稳定原理知,A最稳定,正确;C项,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(64+60-2×100)kJ·mol-1=-76kJ·mol-1,所以CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1,正确;D项,3ClO-(aq)2Cl-(aq)+ClO3-(aq)的ΔH=(0+64-3×60)kJ·mol-1=-116kJ·mol-1,所以反应物的键能之和小于生成物的键能之和,正确。
2.写出下列反应的热化学方程式。
(1)0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为 。
(2)Si与Cl两元素的单质反应生成1molSi的最高价化合物,恢复至室温,放热687kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69℃和58℃。写出该反应的热化学方程式: 。
(3)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。已知AX3的熔点和沸点分别为
-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃。室温时AX3与气体X2反应生成1molAX5,放出热量123.8kJ。该反应的热化学方程式为 。
(4)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是 。
答案 (1)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6kJ·mol-1
(2)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687kJ·mol-1
(3)AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8kJ·mol-1
(4)4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s)
ΔH=-177.6kJ·mol-1
解析 (1)题给还原性气体为CO,易水解生成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4,反应的化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g),ΔH=-4.28kJ0.1mol×2=-85.6kJ·mol-1。(2)Si与Cl2反应生成SiCl4,因其熔、沸点分别为-69℃和58℃,故室温下SiCl4的状态为液态,反应的热化学方程式为Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687kJ·mol-1。(3)由AX3和AX5的熔、沸点可知室温下AX3为液态,AX5为固态,反应的热化学方程式为AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8kJ·mol-1。(4)CuCl(s)与O2反应生成的黑色固体为CuO,每消耗1molCuCl(s)放出44.4kJ热量,则消耗4molCuCl(s)放出177.6kJ热量,反应的热化学方程式为4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6kJ·mol-1。
题组二 热化学方程式的正误判断
3.(2020吉林延边摸底考)已知:101kPa时1mol辛烷完全燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1mol液态H2O时放出的热量为57.3kJ,则下列热化学方程式书写正确的是 ( )
①2C8H18(l)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(g) ΔH=-5518kJ·mol-1
②2C8H18(l)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11036kJ·mol-1
③H++OH-H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1
A.①③ B.②③ C.②④ D.只有②
答案 C 判断热化学方程式的书写正误时,要注意状态,ΔH的单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。①中水的状态应为液态,且焓变数值与化学方程式的化学计量数不对应,故错误;③没有标出是在水溶液中的反应,正确的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
4.(2020吉林长春检测)根据能量变化示意图,下列热化学方程式正确的是 ( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-(b-a)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-(a-b)kJ·mol-1
C.2NH3(l)N2(g)+3H2(g) ΔH=2(a+b-c)kJ·mol-1
D.2NH3(l)N2(g)+3H2(g) ΔH=2(b+c-a)kJ·mol-1
答案 D 由题图可知12N2(g)+32H2(g)NH3(g)
ΔH=(a-b)kJ·mol-1,12N2(g)+32H2(g)NH3(l)
ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1,分析各选项可知D正确。
考点三 反应热的计算
◆典例探究
例 室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1;将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是 ( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1>ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2<ΔH3
例 D 由题意可知,CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l) ΔH1>0;CuSO4(s)CuSO4(aq) ΔH2<0; CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3。由盖斯定律:ΔH3=ΔH1-ΔH2,ΔH3>0,则ΔH3>ΔH2,A项错误;ΔH3>ΔH1,B项错误;ΔH2=ΔH1-ΔH3,C项错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D项正确。
名师点拨
反应热大小比较的注意要点
(1)反应物和生成物的状态
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系:
(2)ΔH的符号
比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)化学计量数
当反应物、生成物及其状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)可逆反应与反应热(ΔH)
正确理解可逆反应的反应热(ΔH),如:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1中的92.4kJ是1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出的热量。
◆题组训练
题组一 依据键能计算焓变
1.已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。其他相关数据如下表,则表中x为 ( )
化学键
OO(g)
H—H(g)
H—O(g)
1mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
496
x
463
A.920 B.557 C.436 D.188
答案 C 1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,故2mol 氢气完全燃烧生成2mol 液态水时放出热量为2mol×2g/mol1g×143kJ=572kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量,2mol 液态水变为气态水吸收的热量为2mol×18g/mol18g×44kJ=88kJ,故2mol 氢气完全燃烧生成2mol 气态水时放出热量为572kJ-88kJ=484kJ,热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484kJ/mol,则2xkJ/mol+496kJ/mol-4×463kJ/mol=-484kJ/mol,解得x=436,故选C。
2.(2015课标Ⅱ,27节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
CO
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
413
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。
答案 -99 +41
解析 由反应热与键能的关系可得,ΔH1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-3×413kJ·mol-1-343kJ·mol-1-465kJ·mol-1=-99kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应③=反应②-反应①,则ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58kJ·mol-1-(-99kJ·mol-1)=+41kJ·mol-1。
题组二 利用相对能量计算ΔH
3.(2020湖南长沙名校联考)根据如下能量关系示意图,下列说法正确的是 ( )
A.1molC(s)与1molO2(g)的能量之和为393.5kJ
B.反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)中,生成物的总能量大于反应物的总能量
C.由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.2kJ·mol-1
D.若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值为10.1kJ·mol-1
答案 C 由题图可知1molC(s)与1molO2(g)的能量之和比1molCO2(g)的能量高393.5kJ,A项错误;2CO(g)+O2(g)2CO2(g)为放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,B项错误;由题图可知1molC(s)与0.5molO2(g)生成1molCO(g)放出的热量为393.5kJ-282.9kJ=110.6kJ,则热化学方程式为2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.2kJ·mol-1,C项正确;若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值为282.9kJ28g≈10.1kJ·g-1,D项错误。
4.(2020浙江7月选考,29节选)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有:
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1=136kJ·mol-1
Ⅱ C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=177kJ·mol-1
Ⅲ C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH4=41kJ·mol-1
已知:298K时,相关物质的相对能量(如下图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。
例如:H2O(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3= kJ·mol-1。
答案 (1)①430
解析 (1)①ΔH3=生成物总能量-反应物总能量=(-110kJ·mol-1×4+0kJ·mol-1×3)-[-84kJ·mol-1+(-393kJ·mol-1×2)]=430kJ·mol-1。
题组三 利用盖斯定律计算ΔH
5.(2020湖南岳阳月考)已知碳、一氧化碳、晶体硅的燃烧热分别是ΔH1=-akJ·mol-1、ΔH2=-bkJ·mol-1和ΔH3=-ckJ·mol-1,则工业冶炼晶体硅反应2C(s)+SiO2(s)Si(s)+2CO(g)的ΔH为 ( )
A.(a+2b-c)kJ·mol-1
B.(2a-2b-c)kJ·mol-1
C.(2b+c-2a)kJ·mol-1
D.(b+c-2a)kJ·mol-1
答案 C 根据题给信息,可得到热化学方程式:①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-akJ·mol-1,②CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1,③Si(s)+O2(g)SiO2(s) ΔH3=-ckJ·mol-1。根据盖斯定律,①×2-②×2-③,可得到目标反应,则ΔH=(2b+c-2a)kJ·mol-1。
6.(2020贵州黔西南月考)2mol金属钠和1mol氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.原子失电子为吸热过程,相同条件下,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')
C.ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=-(ΔH6+ΔH7)
D.2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)在较低温度下自发进行
答案 C 原子失电子为吸热过程,相同条件下,K与Na同一主族,同主族元素从上到下电离能逐渐减小,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')
1.(2020天津,10,3分)理论研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1
C.正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.使用催化剂,可以改变反应的反应热
答案 D 由题图可知,1molHCN的能量比HNC的能量低59.3kJ,则HCN更稳定,该异构化反应是吸热反应,反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1,A、B项正确;由题图可知,正反应的活化能是186.5kJ·mol-1,逆反应的活化能为127.2kJ·mol-1,C项正确;催化剂不改变反应热,D项错误。
2.(2020北京,12,3分)依据图示关系,下列说法不正确的是 ( )
A.石墨燃烧是放热反应
B.1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
答案 C A项,燃烧都属于放热反应,正确;B项,由题图可知,1mol石墨完全燃烧放出393.5kJ热量,1molCO完全燃烧放出283.0kJ热量,正确;C项,①C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1,②CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2,由盖斯定律①-2×②得C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,错误;D项,由盖斯定律可知反应的ΔH与反应途径无关,正确。
3.(2020山东,14,4分)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0℃和40℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是 ( )
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B.与0℃相比,40℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小
D.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案 AD 根据题给反应进程中的能量关系,1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,两种温度下,1,4-加成产物比1,2-加成产物的能量低,所以1,4-加成产物更稳定,A项正确;1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,升温,平衡向逆反应方向移动,1,3-丁二烯的转化率降低,且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,B项错误,D项正确;升温时,1,2-加成正反应速率和1,4-加成正反应速率都增大,C项错误。
4.(2020课标Ⅰ,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+12O2(g)SO3(g) ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 。
答案 (1)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351kJ·mol-1
解析 (1)V2O5和SO2反应生成VOSO4和V2O4的化学方程式为2V2O5+2SO22VOSO4+V2O4。由题图可得以下两个热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s) ΔH1=-399kJ·mol-1,②V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24kJ·mol-1,将①-2×②可得:2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351kJ·mol-1。
5.(2020课标Ⅱ,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/(kJ·mol-1)
-1560
-1411
-286
①ΔH1= kJ·mol-1。
答案 (1)①137
解析 (1)①根据题意可知:
ⅰ.C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1
ⅱ.C2H6(g)+72O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) DH2=-1560kJ·mol-1
ⅲ.C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) DH3=-1411kJ·mol-1
ⅳ.H2(g)+12O2(g)H2O(l) DH4=-286kJ·mol-1
根据盖斯定律,反应ⅰ=ⅱ-ⅲ-ⅳ,则DH1=DH2-DH3-DH4=137kJ·mol-1。
6.(2020山东,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3= kJ·mol-1。
答案 (1)+40.9
解析 (1)由盖斯定律知,反应Ⅲ=反应Ⅰ-反应Ⅱ,则ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.5kJ·mol-1-(-90.4kJ·mol-1)=+40.9kJ·mol-1。
A组 基础达标
1.(2020云南大理月考)下列变化过程,属于放热反应的是 ( )
①NH4Cl固体溶于水 ②炸药爆炸 ③食物因氧化而腐败 ④铝热反应 ⑤酸碱中和反应 ⑥煅烧石灰石制生石灰 ⑦溴蒸气液化
A.②③④⑤⑦ B.①②④⑤
C.②③④⑤ D.①②③⑥⑦
答案 C NH4Cl固体溶于水,NH4+水解吸热,①不符合题意;炸药爆炸属于放热反应,②符合题意;食物因氧化而腐败,缓慢氧化属于放热反应,③符合题意;铝热反应放出大量的热,属于放热反应,④符合题意;酸碱中和反应属于放热反应,⑤符合题意;煅烧石灰石制生石灰为分解反应,属于吸热反应,⑥不符合题意;溴蒸气液化为物理变化,不是化学反应,⑦不符合题意。因此②③④⑤属于放热反应,答案选C。
2.(2020安徽黄山月考)能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。下列做法不利于能源“开源节流”的是 ( )
A.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
B.大力开采煤、石油和天然气,以满足人们日益增长的能源需求
C.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少煤、石油等化石燃料的使用
D.减少资源消耗,增加资源的重复使用,注重资源的循环再生
答案 B 煤、石油和天然气是不可再生的能源,大力开采煤、石油和天然气,不利于能源“开源节流”,B项符合题意。
3.肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。8gN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时,放出133.5kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是 ( )
A.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1
B.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=+534kJ·mol-1
C.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+H2O(l) ΔH=-267kJ·mol-1
D.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+H2O(g) ΔH=+267kJ·mol-1
答案 A 由题意知,0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5kJ热量,因此1molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5kJ×4=534kJ热量,热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1,故A正确。
4.(2020新疆乌鲁木齐模拟)下列热化学方程式正确的是 ( )
A.CH4的燃烧热为ΔH=-890kJ·mol-1:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890kJ·mol-1
B.中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)H2O(l)+CH3COONa(aq) ΔH=-57.3kJ·mol-1
C.一定条件下,0.5molN2与1.5molH2充分反应后放出35.5kJ的热量:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-71kJ·mol-1
D.96gO2的能量比96gO3的能量低bkJ:3O2(g)2O3(g) ΔH=+bkJ·mol-1
答案 D 表示燃烧热时,生成物为稳定的氧化物,水应为液态,A错误;计算中和热时的酸和碱为强酸和强碱,醋酸为弱酸,B错误;0.5molN2与1.5molH2完全反应后放出35.5kJ的热量,则1molN2与3molH2完全反应后放出的热量比71kJ要大,C错误。
5.(2020山东淄博调研)下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,则含40.0gNaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和,放出57.3kJ的热量
B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1
C.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
D.在101kPa时,2.0gH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH=-285.8kJ·mol-1
答案 B 醋酸为弱酸,电离时要吸热,放出的热量应小于57.3kJ,A项错误;甲烷的燃烧热指的是1molCH4燃烧生成液态H2O所放出的热量,C项错误;生成的水应为液态水,D项错误。
6.(2020山东青岛模拟)一定条件下,由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.反应生成1molN2时转移4mole-
B.反应物的总能量大于生成物的总能量
C.N2O(g)+NO(g)N2(g)+NO2(g) ΔH=-139kJ·mol-1
D.反应中断裂化学键吸收的能量小于形成化学键释放的能量
答案 A 发生反应的化学方程式为N2O+NON2+NO2,反应生成1molN2时转移2mole-,A不正确;根据题图,反应物的总能量大于生成物的总能量,B正确;该反应的ΔH=(209-348)kJ·mol-1=-139kJ·mol-1,C正确;该反应是放热反应,所以反应中断裂化学键吸收的总能量小于形成化学键释放的总能量,D正确。
7.(2020山东枣庄模拟)由金红石TiO2制取单质Ti,涉及的步骤为TiO2TiCl4Ti。已知:
①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2
③TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(s)+O2(g) ΔH3
则反应TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH为 ( )
A.ΔH3+2ΔH1-2ΔH2 B.ΔH3+ΔH1-ΔH2
C.ΔH3+2ΔH1-ΔH2 D.ΔH3+ΔH1-2ΔH2
答案 C 根据盖斯定律,由2×①-②+③,可得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2+ΔH3,故C项正确。
8.(2020北京平谷模拟改编)科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C A项,CO和O生成CO2是放热反应,错误;B项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO中的化学键没有断裂形成C和O,错误;C项,题图中CO和O生成的CO2分子中含有极性共价键,正确;D项,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,错误。
9.(2020山东临沂模拟)Li/Li2O体系的能量循环图如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH3<0
B.ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH6
C.ΔH6>ΔH5
D.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
答案 C O2由气态分子变为气态原子,需要断裂分子中的化学键,因此要吸收能量,ΔH3>0,A项错误;根据盖斯定律可知,化学反应的反应热只与物质的始态和终态有关,与反应途径无关,根据题图可知,ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH6,B项、D项错误;根据题图可知,ΔH1>0,ΔH2>0,ΔH3>0,ΔH4>0,结合B项分析可知,ΔH6>ΔH5,C项正确。
10.(2019辽宁六校协作体期初联考)下图是金属镁和卤素单质(X2)反应的能量变化示意图。下列说法正确的是( )
A.工业上可电解MgCl2溶液冶炼金属镁,该过程放出热量
B.热稳定性:MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2
C.金属镁和卤素单质(X2)的反应都是放热反应
D.由图可知此温度下MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为MgBr2(s)+Cl2(g)MgCl2(s)+Br2(g) ΔH=+117kJ·mol-1
答案 C 依据题图可知,Mg与Cl2的能量高于MgCl2,故由MgCl2制取金属镁是吸热反应,故A错误;物质的能量越低越稳定,因此化合物的热稳定性:MgI2
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol-1
②C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
标准状况下,22.4LH2和甲烷的混合气体在足量的O2中充分燃烧反应放出588.05kJ的热量,原混合气体中氢气的质量是 。根据以上三个热化学方程式,计算C(s,石墨)+2H2(g)CH4(g)的反应热ΔH为 。
答案 1.0g -74.8kJ·mol-1
解析 根据题意,设混合气体中CH4的物质的量为a,H2的物质的量为b,a+b=1mol,890.3kJ·
mol-1×a+571.6kJ·mol-1×12×b=588.05kJ,解得a=0.5mol,b=0.5mol,所以H2的质量为0.5mol×2g·mol-1=1.0g。根据盖斯定律,由②+③-①,可得反应C(s,石墨)+2H2(g)CH4(g) ΔH=
-74.8kJ·mol-1。
B组 综合提升
12.(2020四川成都顶级名校零诊)已知分解1molH2O2放出热量98kJ,在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
反应Ⅰ:H2O2(aq)+I-(aq)H2O(l)+IO-(aq) ΔH1 慢反应
反应Ⅱ:H2O2(aq)+IO-(aq)H2O(l)+O2(g)+I-(aq) ΔH2 快反应
下列有关该反应的说法正确的是 ( )
A.H2O2分解产生O2的速率反应Ⅱ决定
B.I-和IO-在反应过程中充当催化剂
C.ΔH1+ΔH2=-196kJ·mol-1
D.反应Ⅰ的活化能Ea1与反应Ⅱ的活化能Ea2数值上相差98kJ·mol-1
答案 C H2O2分解产生O2的速率由慢反应决定,即由反应Ⅰ决定,故A错误;I-是在反应过程中充当催化剂,IO-仅是催化剂在反应中的中间产物,故B错误;分解1molH2O2放出热量98kJ,根据盖斯定律,由反应Ⅰ+反应Ⅱ得到2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2=-196kJ·mol-1,故C正确;反应Ⅰ是慢反应,只说明活化能Ea1比反应Ⅱ的活化能Ea2数值大,但具体大多少不能算出,故D错误。
13.请参考题中图表,根据要求回答问题:
图Ⅰ
(1)图Ⅰ是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是 。
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0kJ·mol-1
②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9kJ·mol-1
③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1
则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为 。
(3)下表是部分化学键的键能参数:
化学键
P—P
P—O
OO
PO
键能/(kJ·mol-1)
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为dkJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示,则表中x= kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。
图Ⅱ
答案 (1)减小 不变
(2)CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7kJ·mol-1
(3)14(d+6a+5c-12b)
解析 (1)观察图像,E1应为反应的活化能,加入催化剂反应的活化能减小,但是ΔH不变。
(2)观察方程式,利用盖斯定律,将所给热化学方程式做如下运算:②×3-①×2+③×2,即可求出甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式。
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构,根据“反应热=反应物键能总和-生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式:6a+5c-(4x+12b)=-d,据此可得x=14(d+6a+5c-12b)。
14.(2020河北石家庄模拟)碳是形成化合物种类最多的元素,其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题:
(1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,转化过程如下:
该反应的ΔH=+88.6kJ·mol-1。则M、N相比,较稳定的是 。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5kJ·mol-1,CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-akJ·mol-1,则a (填“>”“<”或“=”)726.5。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的碳层,生成HCl和CO2,当有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可用作耐高温材料。4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176kJ·mol-1,反应过程中,每转移1mol电子放出的热量为 。
答案 (1)M (2)< (3)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290kJ·mol-1 (4)98kJ
解析 (1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,该反应的ΔH=+88.6kJ·mol-1,是吸热反应,N在暗处转化为M,是放热反应,物质的能量越低越稳定,说明M较稳定。(2)燃烧热是指101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量,甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧,放出的热量少。(3)已知有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量,则2mol氯气参与反应放热290kJ,故Cl2和H2O(g)通过灼热的碳层发生反应的热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290kJ·mol-1。(4)由4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176kJ·mol-1,可知反应过程中转移12mol电子放热1176kJ,则每转移1mol电子放热98kJ。
专题六 化学反应与能量
第1讲 化学反应与热能
考试要点
核心素养
1.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
2.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
4.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
6.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
1.变化观念与平衡思想:认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析热化学方程式,运用热化学反应原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:通过分析、推理等方法认识研究反应热的本质,建立盖斯定律模型。
3.科学态度与社会责任:赞赏化学对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
一、焓变 反应热
1.化学反应中的变化和守恒
(1)化学反应中的两大变化:① 物质 变化和② 能量 变化。
(2)化学反应中的两大守恒:质量守恒定律和③ 能量 守恒。
(3)化学反应中能量的转化形式:化学能转化为热能、光能、电能等。
2.焓变、反应热
(1)反应热:化学反应过程中吸收或放出的能量。
(2)焓变:生成物与反应物的内能差称为焓变,符号为④ ΔH ,单位是⑤ kJ·mol-1。
(3)关系:恒压条件下,焓变等于反应热。
3.放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
概念
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
常见
反应
a.可燃物的燃烧
b.酸碱中和反应
c.金属与酸的置换反应
d.物质的缓慢氧化
e.铝热反应
f.大多数化合反应
a.盐类的水解反应
b.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
c.C和H2O(g)、C和CO2的反应
d.大多数的分解反应
(2)吸热反应与放热反应的判断
a.从能量高低角度理解
b.从化学键角度理解
4.燃烧热、中和热
(1)燃烧热
(2)中和热
a.概念及表示方法
b.中和热的测定
ⅰ.实验装置
ⅱ.实验药品:0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。
ⅲ.计算公式:ΔH=-(m碱+m酸)·c·(t2-t1)nkJ·mol-1
t1——起始温度,t2——终止温度,n——生成水的物质的量,c——中和后生成的溶液的比热容,一般为4.18J/(g·℃)。
c.注意事项
ⅰ.碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是 隔热,减少热量散失 。
ⅱ.为保证酸完全被中和,常使 碱 稍稍过量。
ⅲ.实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得的数值偏 小 。
二、热化学方程式
1.概念
表示参加反应的 物质的量 和 反应热 的关系的化学方程式。
2.意义
表明了化学反应中的 物质 变化和 能量 变化。
例如:2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1,表示在101kPa时2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol液态水时放出571.6kJ的热量。
3.书写要求
(1)注明反应的 温度 和 压强 (25℃、101kPa下进行的反应可不注明)。
(2)注意反应物和生成物的聚集状态:固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。
(3)热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的 物质的量 ,而不表示分子个数(或原子个数),因此可以写成整数,也可以写成分数。
(4)热化学方程式中不用标注“↑”“↓”。
(5)热化学方程式能反映反应已完成时的能量变化。因为ΔH与反应物的物质的量有关,所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
三、盖斯定律 反应热的计算
1.盖斯定律及其应用
(1)内容:对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的,即化学反应的反应热只与反应体系的 始态、终态 有关,与反应的途径无关。
(2)应用
关系式
反应热间的关系
aAB、A1aB
ΔH1= aΔH2
AB
ΔH1= -ΔH2
ΔH= ΔH1+ΔH2
2.反应热的计算
计算依据
计算方法
热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似,可以左右颠倒同时改变ΔH的正、负号,各项的化学计量数及ΔH的数值可以同时扩大或缩小
盖斯定律
方法一:热化学方程式相加或相减,如由 a.C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1;b.C(s)+12O2(g)CO(g) ΔH2;a-b可得 CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
方法二:合理设计反应途径,如ΔH= ΔH1+ΔH2
燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×可燃物的燃烧热
化学键的变化
ΔH=反应物的化学键断裂所吸收的能量和-生成物的化学键形成所放出的能量和
反应物和生
成物的总能量
ΔH= E(生成物)-E(反应物)
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)化学反应在物质变化的同时,伴随着能量变化,其表现形式只有吸热和放热两种 ( )
(2)由反应物X转化为Y和Z的能量变化(如图所示)可知,X→Z反应的ΔH<0 ( )
(3)1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 ( )
(4)放热反应不需要加热就能发生,吸热反应不加热就不能发生( )
(5)物质发生化学变化都伴有能量的变化 ( )
(6)活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高 ( )
(7)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同 ( )
(8)甲烷完全燃烧的ΔH=-890kJ·mol-1,则甲烷完全燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890kJ·mol-1 ( )
(9)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1,2SO2(s)+O2(g)2SO3(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2 ( )
(10)H—H键、键和O—H键的键能分别为436kJ·mol-1、496kJ·mol-1和463kJ·mol-1,则反应H2(g)+12O2(g)H2O(g)的ΔH=-916kJ·mol-1 ( )
答案 (1)✕ (2)√ (3)✕ (4)✕ (5)√ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)✕ (10)✕
2.已知反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),反应过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。该反应的ΔH= (用含E1、E2的代数式表示),相同条件下,1mol气体A和 1mol气体B具有的总能量比1mol气体C和1mol 气体D具有的总能量 (填“一定高”“一定低”或“高低不一定”)。
(2)若在反应体系中加入催化剂使反应速率增大,则E1、E2和ΔH的变化是E1 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)、E2 、ΔH 。
答案 (1)吸热 E1-E2 一定低
(2)减小 减小 不变
3.(1)已知:
①I2(g)+H2(g)2HI(g) ΔH=-9.48kJ·mol-1
②I2(g)I2(s) ΔH=-35.96kJ·mol-1
则I2(s)+H2(g)2HI(g)的ΔH= 。
(2)已知:
C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
C(金刚石,s)+O2(g)CO2(g) ΔH2
则C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH= 。
答案 (1)+26.48kJ·mol-1 (2)ΔH1-ΔH2
考点一 焓变 反应热
◆典例探究
例 C(s)+O2(g)CO2(g)反应过程中的能量变化如图所示。下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的活化能为E1
B.该反应的ΔH=E1-E2
C.该反应为放热反应
D.图中T1所示曲线代表有催化剂时的能量变化
答案 D 题图中虚线、实线分别表示的是有催化剂和无催化剂时反应过程中的能量变化,故D错误。
名师点拨
图解反应热与活化能的关系
(1)在无催化剂的情况,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。
(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
◆题组训练
题组一 考查反应热与能量变化的关系
1.(2020黑龙江顶级名校摸底考)下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化,下列说法中正确的是 ( )
A.1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ
B.1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量
C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
答案 B 题给反应的ΔH=946kJ·mol-1+498kJ·mol-1-2×632kJ·mol-1=+180kJ·mol-1,该反应是吸热反应,A错误,B正确;氮气和氧气反应需要一定条件,C错误;NO不是酸性氧化物,与氢氧化钠溶液不反应,D错误。
2.(2020北京师大附中模拟)科研人员在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题,该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为吸热过程
B.过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.H2O没有参与过程Ⅲ中的反应过程
答案 A 根据反应过程示意图可知,过程Ⅰ、过程Ⅱ为水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,故A正确;过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,故B错误;催化剂不能改变反应的ΔH,故C错误;过程Ⅰ、过程Ⅱ是水分子中的化学键断裂的过程,过程Ⅲ中形成了水分子,因此H2O参与了过程Ⅲ中的反应过程,故D错误。
题组二 反应热的图像分析
3.(2020山西晋中月考)某反应由两步反应ABC构成,它的反应能量曲线如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.三种化合物中C最稳定
B.两步反应均为吸热反应
C.A与C的能量差为E4
D.AB反应,反应条件一定要加热
答案 A 能量越低越稳定,三种化合物中C的能量最低,所以C最稳定,故A正确;由题图可知,第一步反应为吸热反应,第二步反应为放热反应,故B错误;A与C的能量差=(E1-E2)+(E3-E4)=E1+E3-E2-E4,故C错误;AB的反应是吸热反应,与反应发生的条件无关,即吸热反应不一定要加热,故D错误。
4.(2020河南洛阳月考)CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质的能量变化关系如图所示(Ea表示活化能),下列说法正确的是 ( )
A.Cl·可由Cl2在高温条件下生成,是CH4与Cl2反应的催化剂
B.升高温度,Ea1、Ea2均减小,反应速率加快
C.增大Cl2的浓度,可提高反应速率,但不影响ΔH的大小
D.第一步反应的速率大于第二步反应
答案 C Cl·可由Cl2在光照条件下生成,是CH4与Cl2反应的“中间体”,而不是反应的催化剂,A错误;Ea1、Ea2分别为第一步反应、第二步反应所需活化能,升高温度,反应所需活化能不变,即Ea1、Ea2不变,B错误;Cl2是该反应的反应物,增大反应物的浓度,反应速率增大,而反应的ΔH和反应的途径无关,只与反应的始态和终态有关,即增大Cl2的浓度不影响ΔH的大小,C正确;第一步反应所需活化能Ea1大于第二步反应所需活化能Ea2,第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反应,故第二步反应速率更大,D错误。
题组三 燃烧热、中和热的判断
5.下列热化学方程式正确的是 ( )
A.表示硫的燃烧热的热化学方程式:S(s)+32O2(g)SO3(g) ΔH=-315kJ·mol-1
B.表示中和热的热化学方程式:NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1
C.表示H2的燃烧热的热化学方程式:H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1
D.表示CO的燃烧热的热化学方程式:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1
答案 B 表示燃烧热的热化学方程式时,可燃物的物质的量为1mol,反应生成稳定的氧化物。A中应生成SO2;C中应生成H2O(l);D中CO的物质的量应为1mol。
6.已知反应:
①101kPa时,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221kJ/mol
②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol
下列结论中正确的是 ( )
A.碳的燃烧热ΔH>-110.5kJ/mol
B.①的反应热ΔH=221kJ/mol
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ/mol
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量
答案 C 使用燃烧热时要注意两个关键点:一是反应物用量,可燃物为1mol;二是充分燃烧生成稳定氧化物[H→H2O(l)、C→CO2(g)、S→SO2(g)等]。反应①没有生成稳定的氧化物,因此碳的燃烧热ΔH<-110.5kJ/mol,故A错误;①的反应热ΔH=-221kJ/mol,故B错误;稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ/mol,故C正确;CH3COOH为弱电解质,电离过程要吸热,则稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出的热量小于57.3kJ,故D错误。
考点二 热化学方程式
◆典例探究
例 已知H—H键、H—O键和键的键能分别为436kJ·mol-1、463kJ·mol-1和496kJ·mol-1。下列热化学方程式正确的是 ( )
A.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=-484kJ·mol-1
B.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=+484kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=+484kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484kJ·mol-1
答案 D 化学反应的焓变等于反应物的总键能与生成物的总键能之差,由此可确定D项正确。
名师点拨
判断热化学方程式正误的“五审”
◆题组训练
题组一 热化学方程式的书写
1.一定条件下,在水溶液中1molClOx-(x=0,1,2,3,4)的相对能量(kJ)如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.上述离子中结合H+能力最强的是E
B.上述离子中最稳定的是A
C.反应CB+D的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1
D.BA+D的反应物的键能之和小于生成物的键能之和
答案 A A项,酸根离子对应的酸越弱,结合氢离子的能力越强,E对应的是ClO4-,HClO4是最强的无机酸,酸根离子结合氢离子能力最弱,错误;B项,据能量越低越稳定原理知,A最稳定,正确;C项,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(64+60-2×100)kJ·mol-1=-76kJ·mol-1,所以CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1,正确;D项,3ClO-(aq)2Cl-(aq)+ClO3-(aq)的ΔH=(0+64-3×60)kJ·mol-1=-116kJ·mol-1,所以反应物的键能之和小于生成物的键能之和,正确。
2.写出下列反应的热化学方程式。
(1)0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为 。
(2)Si与Cl两元素的单质反应生成1molSi的最高价化合物,恢复至室温,放热687kJ,已知该化合物的熔、沸点分别为-69℃和58℃。写出该反应的热化学方程式: 。
(3)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。已知AX3的熔点和沸点分别为
-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃。室温时AX3与气体X2反应生成1molAX5,放出热量123.8kJ。该反应的热化学方程式为 。
(4)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是 。
答案 (1)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6kJ·mol-1
(2)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687kJ·mol-1
(3)AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8kJ·mol-1
(4)4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s)
ΔH=-177.6kJ·mol-1
解析 (1)题给还原性气体为CO,易水解生成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4,反应的化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g),ΔH=-4.28kJ0.1mol×2=-85.6kJ·mol-1。(2)Si与Cl2反应生成SiCl4,因其熔、沸点分别为-69℃和58℃,故室温下SiCl4的状态为液态,反应的热化学方程式为Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687kJ·mol-1。(3)由AX3和AX5的熔、沸点可知室温下AX3为液态,AX5为固态,反应的热化学方程式为AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8kJ·mol-1。(4)CuCl(s)与O2反应生成的黑色固体为CuO,每消耗1molCuCl(s)放出44.4kJ热量,则消耗4molCuCl(s)放出177.6kJ热量,反应的热化学方程式为4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6kJ·mol-1。
题组二 热化学方程式的正误判断
3.(2020吉林延边摸底考)已知:101kPa时1mol辛烷完全燃烧生成液态水时放出热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1mol液态H2O时放出的热量为57.3kJ,则下列热化学方程式书写正确的是 ( )
①2C8H18(l)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(g) ΔH=-5518kJ·mol-1
②2C8H18(l)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11036kJ·mol-1
③H++OH-H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1
A.①③ B.②③ C.②④ D.只有②
答案 C 判断热化学方程式的书写正误时,要注意状态,ΔH的单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。①中水的状态应为液态,且焓变数值与化学方程式的化学计量数不对应,故错误;③没有标出是在水溶液中的反应,正确的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
4.(2020吉林长春检测)根据能量变化示意图,下列热化学方程式正确的是 ( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-(b-a)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-(a-b)kJ·mol-1
C.2NH3(l)N2(g)+3H2(g) ΔH=2(a+b-c)kJ·mol-1
D.2NH3(l)N2(g)+3H2(g) ΔH=2(b+c-a)kJ·mol-1
答案 D 由题图可知12N2(g)+32H2(g)NH3(g)
ΔH=(a-b)kJ·mol-1,12N2(g)+32H2(g)NH3(l)
ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1,分析各选项可知D正确。
考点三 反应热的计算
◆典例探究
例 室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1;将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是 ( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1>ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2<ΔH3
例 D 由题意可知,CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l) ΔH1>0;CuSO4(s)CuSO4(aq) ΔH2<0; CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3。由盖斯定律:ΔH3=ΔH1-ΔH2,ΔH3>0,则ΔH3>ΔH2,A项错误;ΔH3>ΔH1,B项错误;ΔH2=ΔH1-ΔH3,C项错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D项正确。
名师点拨
反应热大小比较的注意要点
(1)反应物和生成物的状态
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系:
(2)ΔH的符号
比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)化学计量数
当反应物、生成物及其状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)可逆反应与反应热(ΔH)
正确理解可逆反应的反应热(ΔH),如:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1中的92.4kJ是1molN2(g)与3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)时放出的热量。
◆题组训练
题组一 依据键能计算焓变
1.已知1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量。其他相关数据如下表,则表中x为 ( )
化学键
OO(g)
H—H(g)
H—O(g)
1mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
496
x
463
A.920 B.557 C.436 D.188
答案 C 1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ,故2mol 氢气完全燃烧生成2mol 液态水时放出热量为2mol×2g/mol1g×143kJ=572kJ,18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量,2mol 液态水变为气态水吸收的热量为2mol×18g/mol18g×44kJ=88kJ,故2mol 氢气完全燃烧生成2mol 气态水时放出热量为572kJ-88kJ=484kJ,热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-484kJ/mol,则2xkJ/mol+496kJ/mol-4×463kJ/mol=-484kJ/mol,解得x=436,故选C。
2.(2015课标Ⅱ,27节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
CO
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
413
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。
答案 -99 +41
解析 由反应热与键能的关系可得,ΔH1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-3×413kJ·mol-1-343kJ·mol-1-465kJ·mol-1=-99kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应③=反应②-反应①,则ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58kJ·mol-1-(-99kJ·mol-1)=+41kJ·mol-1。
题组二 利用相对能量计算ΔH
3.(2020湖南长沙名校联考)根据如下能量关系示意图,下列说法正确的是 ( )
A.1molC(s)与1molO2(g)的能量之和为393.5kJ
B.反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)中,生成物的总能量大于反应物的总能量
C.由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.2kJ·mol-1
D.若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值为10.1kJ·mol-1
答案 C 由题图可知1molC(s)与1molO2(g)的能量之和比1molCO2(g)的能量高393.5kJ,A项错误;2CO(g)+O2(g)2CO2(g)为放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,B项错误;由题图可知1molC(s)与0.5molO2(g)生成1molCO(g)放出的热量为393.5kJ-282.9kJ=110.6kJ,则热化学方程式为2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.2kJ·mol-1,C项正确;若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量,则CO的热值为282.9kJ28g≈10.1kJ·g-1,D项错误。
4.(2020浙江7月选考,29节选)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有:
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1=136kJ·mol-1
Ⅱ C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=177kJ·mol-1
Ⅲ C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH4=41kJ·mol-1
已知:298K时,相关物质的相对能量(如下图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。
例如:H2O(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3= kJ·mol-1。
答案 (1)①430
解析 (1)①ΔH3=生成物总能量-反应物总能量=(-110kJ·mol-1×4+0kJ·mol-1×3)-[-84kJ·mol-1+(-393kJ·mol-1×2)]=430kJ·mol-1。
题组三 利用盖斯定律计算ΔH
5.(2020湖南岳阳月考)已知碳、一氧化碳、晶体硅的燃烧热分别是ΔH1=-akJ·mol-1、ΔH2=-bkJ·mol-1和ΔH3=-ckJ·mol-1,则工业冶炼晶体硅反应2C(s)+SiO2(s)Si(s)+2CO(g)的ΔH为 ( )
A.(a+2b-c)kJ·mol-1
B.(2a-2b-c)kJ·mol-1
C.(2b+c-2a)kJ·mol-1
D.(b+c-2a)kJ·mol-1
答案 C 根据题给信息,可得到热化学方程式:①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-akJ·mol-1,②CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1,③Si(s)+O2(g)SiO2(s) ΔH3=-ckJ·mol-1。根据盖斯定律,①×2-②×2-③,可得到目标反应,则ΔH=(2b+c-2a)kJ·mol-1。
6.(2020贵州黔西南月考)2mol金属钠和1mol氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.原子失电子为吸热过程,相同条件下,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')
C.ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=-(ΔH6+ΔH7)
D.2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)在较低温度下自发进行
答案 C 原子失电子为吸热过程,相同条件下,K与Na同一主族,同主族元素从上到下电离能逐渐减小,K(s)的(ΔH2'+ΔH3')
1.(2020天津,10,3分)理论研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1
C.正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.使用催化剂,可以改变反应的反应热
答案 D 由题图可知,1molHCN的能量比HNC的能量低59.3kJ,则HCN更稳定,该异构化反应是吸热反应,反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1,A、B项正确;由题图可知,正反应的活化能是186.5kJ·mol-1,逆反应的活化能为127.2kJ·mol-1,C项正确;催化剂不改变反应热,D项错误。
2.(2020北京,12,3分)依据图示关系,下列说法不正确的是 ( )
A.石墨燃烧是放热反应
B.1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
答案 C A项,燃烧都属于放热反应,正确;B项,由题图可知,1mol石墨完全燃烧放出393.5kJ热量,1molCO完全燃烧放出283.0kJ热量,正确;C项,①C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1,②CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2,由盖斯定律①-2×②得C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,错误;D项,由盖斯定律可知反应的ΔH与反应途径无关,正确。
3.(2020山东,14,4分)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0℃和40℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是 ( )
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B.与0℃相比,40℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小
D.从0℃升至40℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案 AD 根据题给反应进程中的能量关系,1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,两种温度下,1,4-加成产物比1,2-加成产物的能量低,所以1,4-加成产物更稳定,A项正确;1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,升温,平衡向逆反应方向移动,1,3-丁二烯的转化率降低,且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,B项错误,D项正确;升温时,1,2-加成正反应速率和1,4-加成正反应速率都增大,C项错误。
4.(2020课标Ⅰ,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+12O2(g)SO3(g) ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 。
答案 (1)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351kJ·mol-1
解析 (1)V2O5和SO2反应生成VOSO4和V2O4的化学方程式为2V2O5+2SO22VOSO4+V2O4。由题图可得以下两个热化学方程式:①V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s) ΔH1=-399kJ·mol-1,②V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24kJ·mol-1,将①-2×②可得:2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351kJ·mol-1。
5.(2020课标Ⅱ,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/(kJ·mol-1)
-1560
-1411
-286
①ΔH1= kJ·mol-1。
答案 (1)①137
解析 (1)①根据题意可知:
ⅰ.C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1
ⅱ.C2H6(g)+72O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) DH2=-1560kJ·mol-1
ⅲ.C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) DH3=-1411kJ·mol-1
ⅳ.H2(g)+12O2(g)H2O(l) DH4=-286kJ·mol-1
根据盖斯定律,反应ⅰ=ⅱ-ⅲ-ⅳ,则DH1=DH2-DH3-DH4=137kJ·mol-1。
6.(2020山东,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3= kJ·mol-1。
答案 (1)+40.9
解析 (1)由盖斯定律知,反应Ⅲ=反应Ⅰ-反应Ⅱ,则ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.5kJ·mol-1-(-90.4kJ·mol-1)=+40.9kJ·mol-1。
A组 基础达标
1.(2020云南大理月考)下列变化过程,属于放热反应的是 ( )
①NH4Cl固体溶于水 ②炸药爆炸 ③食物因氧化而腐败 ④铝热反应 ⑤酸碱中和反应 ⑥煅烧石灰石制生石灰 ⑦溴蒸气液化
A.②③④⑤⑦ B.①②④⑤
C.②③④⑤ D.①②③⑥⑦
答案 C NH4Cl固体溶于水,NH4+水解吸热,①不符合题意;炸药爆炸属于放热反应,②符合题意;食物因氧化而腐败,缓慢氧化属于放热反应,③符合题意;铝热反应放出大量的热,属于放热反应,④符合题意;酸碱中和反应属于放热反应,⑤符合题意;煅烧石灰石制生石灰为分解反应,属于吸热反应,⑥不符合题意;溴蒸气液化为物理变化,不是化学反应,⑦不符合题意。因此②③④⑤属于放热反应,答案选C。
2.(2020安徽黄山月考)能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。下列做法不利于能源“开源节流”的是 ( )
A.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
B.大力开采煤、石油和天然气,以满足人们日益增长的能源需求
C.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少煤、石油等化石燃料的使用
D.减少资源消耗,增加资源的重复使用,注重资源的循环再生
答案 B 煤、石油和天然气是不可再生的能源,大力开采煤、石油和天然气,不利于能源“开源节流”,B项符合题意。
3.肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。8gN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时,放出133.5kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是 ( )
A.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1
B.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=+534kJ·mol-1
C.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+H2O(l) ΔH=-267kJ·mol-1
D.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+H2O(g) ΔH=+267kJ·mol-1
答案 A 由题意知,0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5kJ热量,因此1molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5kJ×4=534kJ热量,热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1,故A正确。
4.(2020新疆乌鲁木齐模拟)下列热化学方程式正确的是 ( )
A.CH4的燃烧热为ΔH=-890kJ·mol-1:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890kJ·mol-1
B.中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)H2O(l)+CH3COONa(aq) ΔH=-57.3kJ·mol-1
C.一定条件下,0.5molN2与1.5molH2充分反应后放出35.5kJ的热量:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-71kJ·mol-1
D.96gO2的能量比96gO3的能量低bkJ:3O2(g)2O3(g) ΔH=+bkJ·mol-1
答案 D 表示燃烧热时,生成物为稳定的氧化物,水应为液态,A错误;计算中和热时的酸和碱为强酸和强碱,醋酸为弱酸,B错误;0.5molN2与1.5molH2完全反应后放出35.5kJ的热量,则1molN2与3molH2完全反应后放出的热量比71kJ要大,C错误。
5.(2020山东淄博调研)下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,则含40.0gNaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和,放出57.3kJ的热量
B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1
C.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
D.在101kPa时,2.0gH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为H2(g)+12O2(g)H2O(g) ΔH=-285.8kJ·mol-1
答案 B 醋酸为弱酸,电离时要吸热,放出的热量应小于57.3kJ,A项错误;甲烷的燃烧热指的是1molCH4燃烧生成液态H2O所放出的热量,C项错误;生成的水应为液态水,D项错误。
6.(2020山东青岛模拟)一定条件下,由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.反应生成1molN2时转移4mole-
B.反应物的总能量大于生成物的总能量
C.N2O(g)+NO(g)N2(g)+NO2(g) ΔH=-139kJ·mol-1
D.反应中断裂化学键吸收的能量小于形成化学键释放的能量
答案 A 发生反应的化学方程式为N2O+NON2+NO2,反应生成1molN2时转移2mole-,A不正确;根据题图,反应物的总能量大于生成物的总能量,B正确;该反应的ΔH=(209-348)kJ·mol-1=-139kJ·mol-1,C正确;该反应是放热反应,所以反应中断裂化学键吸收的总能量小于形成化学键释放的总能量,D正确。
7.(2020山东枣庄模拟)由金红石TiO2制取单质Ti,涉及的步骤为TiO2TiCl4Ti。已知:
①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2
③TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(s)+O2(g) ΔH3
则反应TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH为 ( )
A.ΔH3+2ΔH1-2ΔH2 B.ΔH3+ΔH1-ΔH2
C.ΔH3+2ΔH1-ΔH2 D.ΔH3+ΔH1-2ΔH2
答案 C 根据盖斯定律,由2×①-②+③,可得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(s)+2CO(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2+ΔH3,故C项正确。
8.(2020北京平谷模拟改编)科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C A项,CO和O生成CO2是放热反应,错误;B项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO中的化学键没有断裂形成C和O,错误;C项,题图中CO和O生成的CO2分子中含有极性共价键,正确;D项,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,错误。
9.(2020山东临沂模拟)Li/Li2O体系的能量循环图如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH3<0
B.ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH6
C.ΔH6>ΔH5
D.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
答案 C O2由气态分子变为气态原子,需要断裂分子中的化学键,因此要吸收能量,ΔH3>0,A项错误;根据盖斯定律可知,化学反应的反应热只与物质的始态和终态有关,与反应途径无关,根据题图可知,ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=ΔH6,B项、D项错误;根据题图可知,ΔH1>0,ΔH2>0,ΔH3>0,ΔH4>0,结合B项分析可知,ΔH6>ΔH5,C项正确。
10.(2019辽宁六校协作体期初联考)下图是金属镁和卤素单质(X2)反应的能量变化示意图。下列说法正确的是( )
A.工业上可电解MgCl2溶液冶炼金属镁,该过程放出热量
B.热稳定性:MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2
C.金属镁和卤素单质(X2)的反应都是放热反应
D.由图可知此温度下MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为MgBr2(s)+Cl2(g)MgCl2(s)+Br2(g) ΔH=+117kJ·mol-1
答案 C 依据题图可知,Mg与Cl2的能量高于MgCl2,故由MgCl2制取金属镁是吸热反应,故A错误;物质的能量越低越稳定,因此化合物的热稳定性:MgI2
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol-1
②C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
标准状况下,22.4LH2和甲烷的混合气体在足量的O2中充分燃烧反应放出588.05kJ的热量,原混合气体中氢气的质量是 。根据以上三个热化学方程式,计算C(s,石墨)+2H2(g)CH4(g)的反应热ΔH为 。
答案 1.0g -74.8kJ·mol-1
解析 根据题意,设混合气体中CH4的物质的量为a,H2的物质的量为b,a+b=1mol,890.3kJ·
mol-1×a+571.6kJ·mol-1×12×b=588.05kJ,解得a=0.5mol,b=0.5mol,所以H2的质量为0.5mol×2g·mol-1=1.0g。根据盖斯定律,由②+③-①,可得反应C(s,石墨)+2H2(g)CH4(g) ΔH=
-74.8kJ·mol-1。
B组 综合提升
12.(2020四川成都顶级名校零诊)已知分解1molH2O2放出热量98kJ,在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
反应Ⅰ:H2O2(aq)+I-(aq)H2O(l)+IO-(aq) ΔH1 慢反应
反应Ⅱ:H2O2(aq)+IO-(aq)H2O(l)+O2(g)+I-(aq) ΔH2 快反应
下列有关该反应的说法正确的是 ( )
A.H2O2分解产生O2的速率反应Ⅱ决定
B.I-和IO-在反应过程中充当催化剂
C.ΔH1+ΔH2=-196kJ·mol-1
D.反应Ⅰ的活化能Ea1与反应Ⅱ的活化能Ea2数值上相差98kJ·mol-1
答案 C H2O2分解产生O2的速率由慢反应决定,即由反应Ⅰ决定,故A错误;I-是在反应过程中充当催化剂,IO-仅是催化剂在反应中的中间产物,故B错误;分解1molH2O2放出热量98kJ,根据盖斯定律,由反应Ⅰ+反应Ⅱ得到2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2=-196kJ·mol-1,故C正确;反应Ⅰ是慢反应,只说明活化能Ea1比反应Ⅱ的活化能Ea2数值大,但具体大多少不能算出,故D错误。
13.请参考题中图表,根据要求回答问题:
图Ⅰ
(1)图Ⅰ是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是 。
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0kJ·mol-1
②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9kJ·mol-1
③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1
则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为 。
(3)下表是部分化学键的键能参数:
化学键
P—P
P—O
OO
PO
键能/(kJ·mol-1)
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为dkJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示,则表中x= kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。
图Ⅱ
答案 (1)减小 不变
(2)CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7kJ·mol-1
(3)14(d+6a+5c-12b)
解析 (1)观察图像,E1应为反应的活化能,加入催化剂反应的活化能减小,但是ΔH不变。
(2)观察方程式,利用盖斯定律,将所给热化学方程式做如下运算:②×3-①×2+③×2,即可求出甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式。
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构,根据“反应热=反应物键能总和-生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式:6a+5c-(4x+12b)=-d,据此可得x=14(d+6a+5c-12b)。
14.(2020河北石家庄模拟)碳是形成化合物种类最多的元素,其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题:
(1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,转化过程如下:
该反应的ΔH=+88.6kJ·mol-1。则M、N相比,较稳定的是 。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-726.5kJ·mol-1,CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-akJ·mol-1,则a (填“>”“<”或“=”)726.5。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的碳层,生成HCl和CO2,当有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可用作耐高温材料。4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176kJ·mol-1,反应过程中,每转移1mol电子放出的热量为 。
答案 (1)M (2)< (3)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290kJ·mol-1 (4)98kJ
解析 (1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,该反应的ΔH=+88.6kJ·mol-1,是吸热反应,N在暗处转化为M,是放热反应,物质的能量越低越稳定,说明M较稳定。(2)燃烧热是指101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量,甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧,放出的热量少。(3)已知有1molCl2参与反应时释放出145kJ热量,则2mol氯气参与反应放热290kJ,故Cl2和H2O(g)通过灼热的碳层发生反应的热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290kJ·mol-1。(4)由4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1176kJ·mol-1,可知反应过程中转移12mol电子放热1176kJ,则每转移1mol电子放热98kJ。
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