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鲁科化学·选择性必修一
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微专题一 盖斯定律的应用
求目标反应的焓变
[典例示范]
1.(1)已知:2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)
ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)+eq \f(1,2)O2(g)的ΔH= ________ kJ·mol-1。
(2)CH4—CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)。还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
CH4—CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
已知:
C(s)+2H2(g)===CH4(g)
ΔH=-75 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-394 kJ·mol-1
C(s)+eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)
ΔH=-111 kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH= ________ kJ·mol-1。
解析:(1)ⅰ.2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)
ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
ⅱ.2NO2(g)===N2O4(g)
ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
根据盖斯定律可知ⅰ÷2-ⅱ即得到N2O5(g)===2NO2(g)+1/2O2(g) ΔH1=+53.1 kJ·mol-1。
(2)将已知(2)中3个反应依次记为①、②、③,根据盖斯定律③×2-①-②得该催化重整反应的ΔH=(-111×2+75+394) kJ·mol-1=+247 kJ·mol-1。
答案:(1)+53.1 (2)+247
对点训练
1.(1)已知
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(g)===(g)+H2(g)
ΔH1=100.3 kJ·mol-1 ①
H2(g)+I2(g)===2HI(g)
ΔH2=-11.0 kJ·mol-1 ②
对于反应:(g)+I2(g)===(g)+2HI(g) ΔH3= ________ kJ·mol-1。 ③
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)===CuCl(s)+eq \f(1,2)Cl2(g)
ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+eq \f(1,2)O2(g)===CuO(s)+eq \f(1,2)Cl2(g)
ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)===CuCl2(s)+H2O(g)
ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)===2Cl2+2H2O(g)的ΔH= ________ kJ·mol-1。
答案:(1)89.3 (2)-116
比较焓变大小关系
[典例示范]
2.同温同压下,下列各组热化学方程式中ΔH1<ΔH2的是( )
A.C(s)+eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH1;
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2
B.eq \f(1,2)H2(g)+eq \f(1,2)Cl2(g)===HCl(g) ΔH1;
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH2
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1;
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2
D.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1;
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
解析:D [A项,前者为碳的不完全燃烧,放热相对较少,则ΔH1>ΔH2,A项错误;B项,前者放出的热量是后者的一半,则ΔH1>ΔH2,B项错误;C项,前者生成能量高的气态水,放出的热量少,则ΔH1>ΔH2,C项错误;D项,前者反应物的能量高,放热多,则ΔH1<ΔH2,D项正确。]
[归纳总结]
确定反应热关系的三大注意点
(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的关系:
(2)ΔH的符号:比较反应热的大小时,不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)参加反应物质的量:当反应物和反应产物的状态相同时,参加反应物质的量越多,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
对点训练
2.已知1 mol红磷完全转化为白磷,吸收18.39 kJ热量。
①4P(红,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH1
②P4(白,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH2
则ΔH1与ΔH2的关系正确的是( )
A.ΔH1=ΔH2
B.ΔH1>ΔH2
C.ΔH1<ΔH2
D.无法确定
解析:B [根据题给信息,由反应①减去反应②可得,4P(红,s)===P4(白,s) ΔH=ΔH1-ΔH2=+18.39 kJ·mol-1×4=+73.56 kJ·mol-1>0,故ΔH1>ΔH2,B正确。]
书写热化学方程式
[典例示范]
3.(1)(2020·全国卷Ⅰ)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)+eq \f(1,2)O2(g)钒催化剂,SO3(g)
ΔH=-98 kJ·mol-1。
其中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_____________。
(2)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)===2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)
ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: _______________________________
__________________________________________________。
解析:(1)由题中信息可知:
①SO2(g)+eq \f(1,2)O2(g) SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1
②V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·mol-1
③V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·mol-1
根据盖斯定律可知,③-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s),则ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-(-24 kJ·mol-1)×2= -351 kJ·mol-1,所以该反应的热化学方程式为2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1。
(2)根据过程,反应Ⅱ为SO2催化歧化生成H2SO4和S,反应为3SO2+2H2O===2H2SO4+S。应用盖斯定律,反应Ⅰ+反应Ⅲ得,2H2SO4(l)+S(s)===3SO2(g)+2H2O(g) ΔH=ΔH1+ΔH3=(+551 kJ/mol)+(-297 kJ/mol)=+254 kJ/mol,反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。
答案:(1)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1
(2)3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。
对点训练
3.下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为
______________________________________________________、
___________________________________________________,
制得等量H2所需能量较少的是 ________ 。
解析:根据盖斯定律,把系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)的三个热化学方程式分别相加,可以得到制氢的热化学方程式,分别为H2O(l)===H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)
ΔH=+286 kJ·mol-1、H2S(g)===H2(g)+S(s)
ΔH=+20 kJ·mol-1,
制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。
答案:H2O(l)===H2(g)+eq \f(1,2)O2(g) ΔH=+286kJ·mol-1
H2S(g)===H2(g)+S(s) ΔH=+20 kJ·mol-1 系统(Ⅱ)
$$