高考化学二轮专题限时集训06《热化学方程式的书写与反应热的计算》（含详解）

专题限时集训(六)　

热化学方程式的书写与反应热的计算

(对应学生用书第123页)

 (限时：40分钟)

1．利用CO2可以制取甲醇，有关化学反应如下：

①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　

ΔH1＝－178 kJ·mol－1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　

ΔH2＝－566 kJ·mol－1

③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　

ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

则断开1 mol C===O需要的能量和CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的ΔH分别为

(　　)

A．吸收750 kJ·mol－1　＋219.2 kJ·mol－1

B．放出750 kJ·mol－1　－143.2 kJ·mol－1

C．吸收1 500 kJ·mol－1　－438.4 kJ·mol－1

D．吸收750 kJ·mol－1　－219.2 kJ·mol－1

D　[依据反应焓变ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)的反应焓变ΔH1＝(2×EC===O＋3×436 kJ·mol－1)－(3×413 kJ·mol－1＋358 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1＋463 kJ·mol－1×2)＝－178 kJ·mol－1；求得：EC===O＝750 kJ·mol－1。将①＋②÷2－③÷2即得所求方程式，ΔH＝－178 kJ·mol－1＋×(－566 kJ·mol－1)－×(－483.6 kJ·mol－1)＝－219.2 kJ·mol－1。]

2．氢气、铝、铁都是重要的还原剂。已知下列反应的热化学方程式：

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1

3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2

2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3

2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4

2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)

A．ΔH1<0，ΔH3>0

B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

B　[燃烧反应是放热反应，故ΔH1<0，ΔH3<0，A错；铝热反应是放热反应，故ΔH5<0，ΔH5＝ΔH4－ΔH3<0，即ΔH4<ΔH3，B正确；ΔH1＝(ΔH2＋ΔH3)×2/3，C错；ΔH3＝ΔH4－ΔH5，D错。]

3．用H2可将工业废气中的NO催化还原为N2，其能量转化关系如图(图中计量单位为mol)，则：NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)的ΔH为(　　)

A.(a＋b－c－d) kJ·mol－1

B.(c＋a－d－b) kJ·mol－1

C.(c＋d－a＋b) kJ·mol－1

D.(c＋d－a－b) kJ·mol－1

A　[由图中转化可知，断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，发生2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJ·mol－1，又因为化学计量数与反应中的能量变化成正比，则NO(g)＋H2(g)===N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝(a＋b－c－d) kJ·mol－1。]

4．运动会中的火炬一般采用丙烷为燃料。丙烷的热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题：                           【97184073】

(1)一定量的丙烷完全燃烧生成CO2(g)和1 mol H2O(l)过程中的能量变化曲线如图所示，请在图中的括号内填“＋”或“－”。

(2)写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：_____________________________

________________________________________________________________。

(3)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时共放出1 645 kJ热量，则混合气体中丙烷和二甲醚的物质的量之比为________。

【解析】　(1)一定量的丙烷完全燃烧生成CO2(g)和1 mol H2O(l)的过程放热，ΔH为负值。(2)燃烧热是1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1。(3)n(二甲醚)×1 455 kJ·mol－1＋[1 mol－n(二甲醚)]×2 215.0 kJ·mol－1＝1 645 kJ，解得n(二甲醚)＝0.75 mol，n(丙烷)＝0.25 mol。

【答案】　(1)－　(2)C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1　(3)1∶3

5．(1)(2017·哈尔滨四模节选)工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、CO、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。          【97184074】

脱硝：已知H2的热值为142.9 kJ/g(热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量)；

N2(g) ＋ 2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋133 kJ/mol；

H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ/mol。

催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为________________________。

(2)(2017·石嘴山四模节选)燃煤排放大量的 CO、CO2、SO2，PM2.5(可入肺颗粒物)对环境有较大影响，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。

已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　

ΔH＝－a kJ/mol；

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－b kJ/mol；

CH3OH(g)=== CH3OH(l)　ΔH＝－c kJ/mol，则表示CH3OH(l)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为________________________________________。

【解析】　(1)由H2的热值为142.9 kJ/g，可得①4H2(g)＋2O2(g)===4H2O(l)　ΔH＝－1 143.2 kJ/mol

②N2(g) ＋ 2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋133 kJ/mol

③H2O(g)===H2O(l)　ΔH ＝－44 kJ/mol

则①－②－③×4可得

4H2(g)＋2NO2(g)===4H2O(g)＋ N2(g)　ΔH＝(－1 143.2 kJ/mol)－133 kJ/mol－(－44 kJ/mol)×4＝－1 100.2 kJ/mol。

(2)根据盖斯定律，由－①－③＋②×可得CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)，则ΔH ＝－(－a kJ/mol)－(－c kJ/mol)＋(－b kJ/mol)×＝－(b－a－c) kJ/mol，故CH3OH(l)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－(b－a－c) kJ/mol 。

【答案】　(1)4H2(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 100.2 kJ/mol

(2)CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　

ΔH＝－(b－a－c) kJ/mol

6．(1)(2017·安庆三模节选)甲醇是重要的化工原料。在催化剂的作用下，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化学反应如下：

 【97184075】

Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1

Ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　

ΔH2＝－58 kJ·mol－1

Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3

请回答下列问题：

化学反应热ΔH＝生成物标准生成热总和－反应物标准生成热总和。已知四种物质的标准生成热如下表：

①计算ΔH1＝________ kJ·mol－1 。

②ΔH3________0 (填“＝”“＞”或“＜”)。

(2)(2017·哈尔滨三模节选)合成氨工业上常用下列方法制备H2：

方法Ⅰ：C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)

方法Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

已知：

①C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　

ΔH1＝－394 kJ·mol－1；

②2C(s，石墨)＋O2(g)===2CO(g)　

ΔH2＝－222 kJ·mol－1；

③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　

ΔH3＝－484 kJ·mol－1。

试计算25 ℃时由方法Ⅱ制备1 000 g H2所放出的能量为________。

(3)(2017·山西省实验中学模拟节选)氮的化合物既是一种资源，也会给环境造成危害。

氨气是一种重要的化工原料。NH3与CO2在120 ℃，催化剂作用下反应生成尿素：CO2(g)＋2NH3(g)(NH2)2CO(s)＋H2O(g)，ΔH＝ －x kJ·mol－1(x>0)，其他相关数据如表：

则表中z(用x、a、b、d表示)的大小为________。

【解析】　(1)①ΔH1＝生成物标准生成热总和－反应物标准生成热总和＝[－201.25－(－110.52)]kJ·mol－1 ＝－90.73 kJ·mol－1 ；②ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝[－58 kJ·mol－1－(－90.73 kJ·mol－1)]＝＋32.73 kJ·mol－1>0。

(2)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝－394 kJ·mol－1－(－222 kJ·mol－1)－(－484 kJ·mol－1)＝－41 kJ·mol－1，所以制备1 000 g H2所放出的能量为20 500 kJ。

(3)CO2(g)＋2NH3(g)(NH2)2CO(s)＋H2O(g)，反应中断裂反应物中的化学键吸收的能量为b＋2a，形成生成物中的化学键放出的能量为z＋d，ΔH＝( b＋2a)－ (z＋d)＝ －x kJ·mol－1，解得z＝ x－d＋b＋2a。

【答案】　(1)－90.73　＞　(2)20 500 kJ 　(3)x－d＋b＋2a

7．通常人们把断开1 mol化学键所吸收的能量看成是该化学键的键能。已知N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。

【97184076】

查阅资料知：

①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJ·mol－1；

②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝－112 kJ·mol－1；

③2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1；

④C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1。

(1)NO分子中化学键的键能为______________________________________。

(2)CO与NO2反应的热化学方程式为4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝________。

【解析】　(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJ·mol－1，断开1 mol反应物的化学键共吸收热量：946 kJ＋497 kJ＝1 443 kJ，则NO分子中化学键的键能为 kJ·mol－1＝631.5 kJ·mol－1。

(2)根据盖斯定律，由4×④－(2×③＋①＋②)可得4CO(g)＋2NO2(g)===4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－1 200 kJ·mol－1。

【答案】　(1)631.5 kJ·mol－1　(2)－1 200 kJ·mol－1

8．(1)(2017·济南二模节选)钒的化合物常用于制作催化剂和新型电池。金属钒可由铝热反应制得。已知25 ℃、101 kPa时，     【97184077】

4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3 (s)　ΔH1＝a kJ·mol－1

4V(s) ＋5O2 (g)===2V2O5(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1

则用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为__________________。

(2)(2017·巴蜀中学三诊断节选)乙二醛(OHC—CHO)是一种重要的精细化工产品。

工业生产乙二醛：乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法

已知：OHC—CHO(g)＋2H2(g)HOCH2CH2OH(g) 　ΔH＝－78 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　　

ΔH＝－484 kJ·mol－1

乙二醇气相氧化反应HOCH2CH2OH(g)＋O2(g)OHC—CHO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。　

(3)(2017·山西大学附属中学5月模拟节选)氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。

已知：

N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1

若某反应的平衡常数表达式为K＝，请写出此反应的热化学方程式____________________。

【解析】　(1)用铝热反应冶炼金属V(s)的方程式为10Al(s)＋3V2O5(s)===5Al2O3(s)＋6V(s)

根据盖斯定律，得ΔH＝(ΔH1×5－ΔH2×3)/2，则用铝热反应冶炼金属V(s)的热化学方程式为10Al(s)＋3V2O5(s)===5Al2O3(s)＋6V(s)　ΔH＝(2.5a－1.5b) kJ·mol－1。

(2)将两个热化学方程式分别标号为Ⅰ、Ⅱ，根据盖斯定律，Ⅱ－Ⅰ可得：HOCH2CH2OH(g)＋O2(g)OHC—CHO(g)＋2H2O(g)，

则ΔH ＝－484 kJ·mol－1－(－78 kJ·mol－1)＝－406 kJ·mol－1。　

(3)根据该反应的平衡常数表达式为K＝，可知，该反应的方程式为2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。根据盖斯定律计算②×2－①－③得到热化学方程式：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 。

【答案】　(1)10Al(s)＋3V2O5(s)===5Al2O3(s)＋6V(s)　ΔH＝(2.5a－1.5b) kJ·mol－1

(2)－406

(3)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1