内容正文:
化学 选择性必修1 RJ(单选版)
热化学方程式的书写及反应热的计算
(山东卷节选)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对CH2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)(Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)(Ⅲ) ΔH3<0
回答下列问题:
C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH= (用代数式表示)。
[答案] ΔH1+ΔH2+ΔH3
(新课标卷节选)根据图中数据计算反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1。
[答案] -45
(重庆卷节选)银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。
在银催化下,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根据下图所示,回答下列问题:
(1)中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为 kJ/mol。
(2)由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为 。
[答案] (1)83
(2)EO(g)===AA(g) ΔH=-102 kJ/mol
一、解答有关热化学方程式和反应热计算类题目的一般思路
二、书写热化学方程式的命题角度
1.根据反应释放或吸收的热量书写热化学方程式
这种情况一般考查的是根据化学方程式计算反应热,所以可先写出化学方程式,然后写出相应的热化学方程式。
2.根据化学键键能书写热化学方程式
利用键能书写热化学方程式的方法步骤:
(1)明确每个反应物和生成物分子中的化学键种类和数目。
(2)根据化学方程式中各物质的化学计量数,计算反应物的总键能和生成物的总键能。
(3)依据“ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能”计算反应热。
(4)写出热化学方程式。
3.根据能量图像书写热化学方程式
将化学反应中的能量变化过程通过图像的方式呈现出来是这类题目最大的特点。解答这类题目的关键:
(1)读懂图像,明确图像所提供的信息。
(2)根据图像提供的信息综合运用相关知识,分析、判断、计算。
4.根据盖斯定律书写热化学方程式
该题型主要通过盖斯定律利用加和法进行计算。其步骤如下:
(1)确定目标反应的热化学方程式。
(2)找出目标热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。
(3)利用“同侧相加、异侧相减”的原则进行处理。
(4)根据目标方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数,并消去中间产物。
(5)实施叠加并确定反应热的变化。
1.(1)(安徽卷节选)C2H6氧化脱氢反应:
2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g)===C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=178.1 kJ·mol-1
计算:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3= kJ·mol-1。
(2)(全国甲卷节选)已知如下热化学方程式:
CH4(g)+Br2(g)===CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·mol-1
3CH3Br(g)===C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·mol-1
计算反应3CH4(g)+3Br2(g)===C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= kJ·mol-1。
答案:(1)-566 (2)-67
2.(1)已知:乙炔(C2H2)的燃烧热为1300 kJ/mol,氢气的燃烧热为286 kJ/mol。常温下,将21.2 g由乙炔和氢气组成的混合气体在足量氧气中充分燃烧,共放出1097.2 kJ的热量,则混合气体中乙炔和氢气的物质的量之比为 。
(2)基于CuO/Cu2O载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下:
空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为
①2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s) ΔH1=-227 kJ/mol
②8CuO(s)+CH4(g)===4Cu2O(s)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-348 kJ/mol
则反应CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH= kJ/mol。
答案:(1)4∶1 (2)-802
解析:(1)设乙炔的物质的量为x mol,氢气的物质的量为y mol,则26x+2y=21.2、1300x+286y=1097.2,解得:x=0.8、y=0.2;则混合气体中乙炔和氢气的物质的量之比为4∶1。
(2)根据盖斯定律,①×2+②得反应:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-227 kJ/mol×2+(-348 kJ/mol)=-802 kJ/mol。
3.(1)已知:C(s)与水蒸气反应制取水煤气(一氧化碳和氢气)时,每转移NA个电子吸收65.75 kJ的热量。写出该反应的热化学方程式
。
(2)汽车行驶时,N2和O2在电火花作用下产生NO,各物质所含化学键键能数据如表:
物质
N2
O2
NO
化学键键能/(kJ·mol-1)
946
498
632
相同条件下,N2、O2、NO三种物质中最稳定的是 ;N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH= 。
答案:(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5 kJ·mol-1
(2)N2 +180 kJ·mol-1
课时作业
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.已知反应:
①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1
②N2(g)+O2(g)===NO2(g) ΔH2
③N2(g)+H2(g)===NH3(g) ΔH3
则反应2NH3(g)+O2(g)===2NO2(g)+3H2O(g)的ΔH为( )
A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3 B.ΔH1+ΔH2-ΔH3
C.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3 D.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3
答案:C
2.根据图中的能量关系,可求得C—H的键能为( )
A.414 kJ·mol-1 B.377 kJ·mol-1
C.235 kJ·mol-1 D.197 kJ·mol-1
答案:A
3.已知△(g)+H2(g)―→CH3CH2CH3(g) ΔH=-157 kJ·mol-1。已知环丙烷(g)的燃烧热ΔH=-2092 kJ·mol-1,丙烷(g)的燃烧热ΔH=-2220 kJ·mol-1,1 mol液态水蒸发为气态水的焓变ΔH=+44 kJ·mol-1。则2 mol氢气完全燃烧生成气态水的ΔH(kJ·mol-1)为( )
A.-658 B.-482
C.-329 D.-285
答案:B
4.已知几种化学键的键能数据,N≡O:630 kJ·mol-1;Cl—Cl:243 kJ·mol-1;Cl—N:a kJ·mol-1;N===O:607 kJ·mol-1,则反应2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)的ΔH为(ClNO的结构式为Cl—N===O)( )
A.(289-2a) kJ·mol-1 B.(a-243) kJ·mol-1
C.(2a+341) kJ·mol-1 D.(896-2a) kJ·mol-1
答案:A
解析:2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH=630 kJ·mol-1×2+243 kJ·mol-1-(607 kJ·mol-1+a kJ·mol-1)×2=(289-2a) kJ·mol-1,故选A。
5.已知:
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1,
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-Q2 kJ·mol-1,
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-Q3 kJ·mol-1。
CO与镍反应会造成镍催化剂中毒,为防止镍催化剂中毒,工业上常用SO2将CO氧化,二氧化硫转化为单质硫,则对应反应的热化学方程式为( )
A.S(s)+2CO(g)===SO2(s)+2C(s) ΔH=(2Q1-2Q2+Q3 ) kJ·mol-1
B.S(s)+2CO(g)===SO2(s)+2C(s) ΔH=(Q1-Q3) kJ·mol-1
C.SO2(g)+2CO(g)===S(s)+2CO2(g) ΔH=(Q1-2Q2+Q3) kJ·mol-1
D.SO2(g)+2CO(g)===S(s)+2CO2(g) ΔH=(2Q1-Q2+2Q3) kJ·mol-1
答案:C
解析:CO被SO2氧化后生成CO2和S,对应的化学方程式为SO2+2CO===2CO2+S。将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律可得,2×②-③-①可得SO2(g)+2CO(g)===S(s)+2CO2(g) ΔH=(Q1-2Q2+Q3) kJ·mol-1。
6.NO催化O3分解的反应机理与总反应为
第一步:O3(g)+NO(g)===O2(g)+NO2(g) ΔH1
第二步:NO2(g)===NO(g)+O(g) ΔH2
第三步:O(g)+O3(g)===2O2(g) ΔH3
总反应:2O3(g)===3O2(g) ΔH4
其能量与反应历程的关系如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH2>0
B.ΔH2=ΔH3-ΔH1
C.ΔH2>ΔH1,ΔH1>ΔH3
D.ΔH3=ΔH4-ΔH2-ΔH1
答案:B
解析:第三步反应减去第一步反应得NO2(g)+O(g)===NO(g)+O2(g) ΔH=ΔH3-ΔH1,B错误。
7.已知:①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.31 kJ·mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1452 kJ·mol-1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.CH3OH(l)的燃烧热ΔH=-1452 kJ·mol-1
B.3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(l)===4CH3OH(l) ΔH=-585.07 kJ·mol-1
C.等物质的量的CH4(g)和CH3OH(l)完全燃烧,CH4(g)放出的热量更多
D.在中性溶液中,CH4和O2不能形成燃料电池
答案:C
解析:由②+③×4可得2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)的ΔH=[-1452+(-44)×4] kJ·mol-1=-1628 kJ·mol-1,所以甲醇的燃烧热ΔH=-814 kJ·mol-1,故A错误;根据盖斯定律,①×3-(②+③×4)×2可得3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(l)===4CH3OH(l)的ΔH={-890.31×3-[-1452+(-44)×4]×2} kJ·mol-1=+585.07 kJ·mol-1,故B错误;根据①可知1 mol甲烷完全燃烧放出的热量为890.31 kJ,根据A项分析可知1 mol甲醇完全燃烧放出的热量为814 kJ,所以甲烷放出的热量多,故C正确;只要溶液为电解质溶液形成闭合回路,就可以形成燃料电池,故D错误。
8.已知2 mol金属钾和1 mol氯气反应的能量循环如图所示,下列说法正确的是( )
A.在相同条件下,2Na(g)===2Na+(g) ΔH3′,则ΔH3′>ΔH3
B.在相同条件下,2Br(g)===2Br-(g) ΔH5′,则ΔH5′<ΔH5
C.ΔH7>0
D.ΔH4+ΔH5+ΔH6+ΔH7=ΔH1
答案:A
解析:由于Na原子核外有3个电子层,其失去最外层一个电子所需的能量较大,因此ΔH3′>ΔH3,A正确;溴原子电子层数比氯原子多,非金属性弱于氯,得到电子的能力弱于氯,得到一个电子放出的能量较少,因此ΔH5′>ΔH5,B错误;KCl(g)比KCl(s)能量高,则ΔH7<0,C错误;由盖斯定律,ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6+ΔH7=ΔH1,D错误。
9.工业上,氯化亚砜(SOCl2)可用如下反应制得:
①SO3(g)+SCl2(g)===SOCl2(g)+SO2 (g)
ΔH1=+302 kJ·mol-1
②SO2(g)+PCl5(g)===SOCl2(g)+POCl3(g)
ΔH2=-268 kJ·mol-1
③SO3(g)+SCl2(g)+PCl5(g)===2SOCl2(g)+POCl3(g) ΔH3
已知各分子中化学键的键能如表所示:
分子
SO2(g)
PCl5(g)
POCl3(g)
SOCl2(g)
化学键
S===O
P—Cl
P===O
P—Cl
S—Cl
S===O
键能/(kJ·mol-1)
364
331
585
320
a
382
下列推断正确的是( )
A.ΔH3=+570 kJ·mol-1、a=724
B.ΔH3=+34 kJ·mol-1、a=362
C.ΔH3=+34 kJ·mol-1、a=724
D.ΔH3=-570 kJ·mol-1、a=362
答案:B
10.关于如图所示转化关系(X代表卤素),说法正确的是( )
A.2H(g)+2X(g)===2HX(g) ΔH3>0
B.反应热与反应的途径无关,所以ΔH1+ΔH2=ΔH3
C.Cl—Cl、Br—Br、I—I键能依次减小,所以途径Ⅱ吸收的热量依次增多
D.途径Ⅰ生成HCl放出的热量比生成HBr的多,说明HCl比HBr稳定
答案:D
解析:原子形成化学键放热,焓变小于0,2H(g)+2X(g)===2HX(g) ΔH3<0,A错误;根据过程分析,应是ΔH1=ΔH2+ΔH3,B错误;Cl—Cl、Br—Br、I—I键能依次减小,断裂化学键需要的能量减小,所以途径Ⅱ吸收的热量依次减小,C错误。
11.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程中的能量变化如图所示(图中E1表示无催化剂时正反应的活化能,E2表示无催化剂时逆反应的活化能。)下列有关叙述正确的是( )
A.该反应的逆反应为吸热反应,SO2的能量一定高于SO3的能量
B.500 ℃、101 kPa下,将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热a kJ,其热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-2a kJ·mol-1
C.该反应中,反应物的总键能小于生成物的总键能
D.ΔH=E2-E1,使用催化剂不改变反应热
答案:C
解析:该反应的逆反应为吸热反应,SO2和O2的总能量高于SO3的能量,SO2的能量不一定高于SO3的能量,A错误;500 ℃、101 kPa下,将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应放热a kJ,由于该反应为可逆反应,得不到1 mol SO3(g),所以热化学方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的反应热不等于-2a kJ·mol-1,B错误;该反应为放热反应,其ΔH<0,所以反应物的总键能小于生成物的总键能,C正确;ΔH=E1-E2,D错误。
二、非选择题
12.氮是一种地球上含量丰富的元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)如图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量变化示意图,请写出N2和H2反应的热化学方程式: 。
(2)NO与CO反应的热化学方程式可以表示为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=a kJ·mol-1,但该反应的速率很小,若使用机动车尾气催化转化器,尾气中的NO与CO可以转化成无害物质排出。上述反应在使用“催化转化器”后,a (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:
4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-a kJ·mol-1 ①
N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH2=-b kJ·mol-1 ②
若1 mol NH3还原NO至N2,则该反应过程中的反应热ΔH3= kJ·mol-1(用含a、b的式子表示)。
(4)已知下列热化学方程式
①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH1=-25 kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2=-47 kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH3=+640 kJ·mol-1
请写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式:
。
答案:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
(2)不变 (3)
(4)FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)
ΔH=-218 kJ·mol-1
解析:(3)①-②×3得4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g) ΔH=ΔH1-3ΔH2=(3b-a) kJ·mol-1,若1 mol NH3还原NO至N2,则该反应过程中的反应热ΔH3= kJ·mol-1。
(4)①×-②×-③×得FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式:FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218 kJ·mol-1。
13.(1)研究氮的氧化物的性质对于消除汽车尾气中的有害物质具有重要意义。已知NO2有较强的氧化性,能将SO2氧化成SO3,自身被还原为NO。根据图1、图2,写出NO2(g)氧化SO2(g)生成SO3(g)和NO(g)的热化学方程式: 。
(2)工业上制取硝酸铵的流程如图3所示。
图3
已知:4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)===4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1745.2 kJ·mol-1
6NO(g)+4NH3(g)===5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1925.2 kJ·mol-1
则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为 。
(3)N2O和CO均是有害气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应原理为N2O(g)+CO(g)===CO2(g)+N2(g) ΔH。有关化学反应的能量变化过程如图4所示。
①图中反应是 (填“放热”或“吸热”)反应,该反应的ΔH= 。
②在反应体系中加入Pt2O+作为该反应的催化剂,则Ea (填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH 。
答案:(1)NO2(g)+SO2(g)===SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJ·mol-1
(2)4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1025.2 kJ·mol-1
(3)①放热 -226 kJ·mol-1 ②减小 不变
1.(重庆卷)二氧化碳-甲烷重整是CO2资源化利用的重要研究方向,涉及的主要热化学方程式有:
①CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ/mol
②CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) ΔH2=-131 kJ/mol
③CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH3=-90 kJ/mol
已知H—H键能为a kJ/mol,O—H键能为b kJ/mol,C—H键能为c kJ/mol,则CO(g)中的碳氧键键能(单位: kJ/mol)为( )
A.-206+3a-2b-4c B.-206-3a+2b+4c
C.206+3a-2b-4c D.206-3a+2b+4c
答案:B
2.(甘肃卷)甲烷在某含Mo催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示,下列说法错误的是( )
A.E2=1.41 eV
B.步骤2逆向反应的ΔH=+0.29 eV
C.步骤1的反应比步骤2快
D.该过程实现了甲烷的氧化
答案:C
3.(海南卷)各相关物质的燃烧热数据如下表。下列热化学方程式正确的是( )
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1)
-1559.8
-1411
-285.8
A.C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1411 kJ·mol-1
B.C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH=-137 kJ·mol-1
C.2H2O(l)===O2(g)+2H2(g) ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1559.8 kJ·mol-1
答案:D
4.(重庆高考)“千畦细浪舞晴空”,氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,可得ΔH4/(kJ·mol-1)为( )
A.+533 B.+686
C.+838 D.+1143
答案:C
解析:根据题图可得:①NH4Cl(s)===NH(g)+Cl-(g) ΔH1=+698 kJ·mol-1、②NH4Cl(s)===NH(aq)+Cl-(aq) ΔH2=+15 kJ·mol-1、③Cl-(g)===Cl-(aq) ΔH3=-378 kJ·mol-1、④(NH4 )2SO4(s)===NH(g)+SO(g) ΔH4、⑤(NH4)2SO4(s)===NH(aq)+SO(aq) ΔH5=+3 kJ·mol-1、⑥SO(g)===SO(aq) ΔH6=-530 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由①-②+③,可得NH(aq)===NH(g) ΔH=+305 kJ·mol-1,同理,由④-⑤+⑥,可得NH(aq)===NH(g) ΔH=ΔH4-533 kJ·mol-1,则ΔH4-533 kJ·mol-1=+305 kJ·mol-1,ΔH4=+838 kJ·mol-1,C正确。
5.(浙江1月选考)相关有机物分别与氢气发生加成反应生成1 mol环己烷()的能量变化如图所示:
下列推理不正确的是( )
A.2ΔH1≈ΔH2,说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比
B.ΔH2<ΔH3,说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用,有利于物质稳定
C.3ΔH1<ΔH4,说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键
D.ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,说明苯分子具有特殊稳定性
答案:A
解析:也含有两个碳碳双键,而2ΔH1<ΔH3,说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目不一定成正比,A错误。
6.(1)(全国乙卷节选改编)已知下列热化学方程式,其中x=4,y=1:
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·xH2O(s)===FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·yH2O(s)===FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s)===2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)(北京卷节选)二十世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是 (填序号)。
a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ
b.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应
c.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
答案:(1)(a+c-2b) (2)ab
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