内容正文:
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第一章 化学反应的
热效应
第二节 反应热的计算
能力作业
02
目录
CONTENTS
基础作业
01
基础作业
(建议用时:15分钟)
考点一 盖斯定律及其应用
1.下列说法不正确的是( )
A.不管反应是一步完成还是分几步完成,其反应热相同
B.反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关
C.有些反应的反应热不能直接测得,可通过盖斯定律间接计算得到
D.根据盖斯定律,热化学方程式中ΔH直接相加即可得总反应热
解析:根据盖斯定律,须由已知的化学反应经过合理的“变形”(如“加减”或“乘除”等),才能得到目标热化学方程式的ΔH。
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基础作业
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基础作业
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3.N2H4可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和H2O。
已知:①N2(g)+2O2(g)===N2O4(l) ΔH=-19.5 kJ·mol-1
②N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.2 kJ·mol-1
写出液体燃料N2H4与液态N2O4反应的热化学方程式:_______________________________________________________________________。
2N2H4(l)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1048.9 kJ·mol-1
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基础作业
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考点二 计算反应热的其他常见类型
4.工业合成氰化氢(H—C≡N)的一种反应原理为CH4+NH3===HCN+3H2。利用下列相关化学键的键能数据,估算该反应的ΔH约为( )
A.+205 kJ·mol-1 B.-205 kJ·mol-1
C.+529 kJ·mol-1 D.-529 kJ·mol-1
化学键 C—H N—H C≡N H—H
键能/(kJ·mol-1) 414 389 896 436
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基础作业
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解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,知该反应的ΔH=4×
414 kJ·mol-1+3×389 kJ·mol-1-414 kJ·mol-1-896 kJ·mol-1-3×436 kJ·mol-1=+205 kJ·mol-1,A正确。
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基础作业
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5.已知热化学方程式2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH1=-571.6 kJ·mol-1,则2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)的ΔH2为_________________。
+571.6 kJ·mol-1
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基础作业
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6.反应CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)的能量变化如图所示:
该反应的ΔH=____________。
-41 kJ·mol-1
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基础作业
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考点三 反应热(ΔH)大小的比较
7.已知:①CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH1 ②C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2 ③CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH3 ④CuO(s)+CO(g)===Cu(s)+CO2(g) ΔH4 ⑤2CuO(s)+C(s)===2Cu(s)+CO2(g) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断不正确的是( )
A.ΔH1>0 B.ΔH2>0
C.ΔH2<ΔH3 D.ΔH5=2ΔH4+ΔH1
解析:由所学知识可知,ΔH1>0,根据盖斯定律②-③=①,即ΔH2-ΔH3=ΔH1>0,则ΔH2>ΔH3,故C错误。
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基础作业
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8.根据以下3个放热反应的热化学方程式:
2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1
2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH2
2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(g) ΔH3
对ΔH1、ΔH2、ΔH3三者大小关系的判断正确的是( )
A.ΔH1<ΔH3<ΔH2 B.ΔH1<ΔH2<ΔH3
C.ΔH3<ΔH2<ΔH1 D.ΔH2<ΔH1<ΔH3
解析:硫化氢与氧气反应转化为二氧化硫时反应充分,释放的热量最多,硫化氢与氧气反应生成S单质,此时S单质能进一步与氧气反应生成二氧化硫放热,因此第2、3两个热化学方程式的ΔH一定大于ΔH1,气态水变为液态水放热,因此ΔH2<ΔH3,故有ΔH1<ΔH2<ΔH3。
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基础作业
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能力作业
(建议用时:40分钟)
一、选择题
1.下列关于盖斯定律描述不正确的是( )
A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关
B.盖斯定律遵守能量守恒定律
C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
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能力作业
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2.已知:2Zn(s)+O2(g)===2ZnO(s) ΔH=-701.0 kJ·mol-1
2Hg(l)+O2(g)===2HgO(s) ΔH=-181.6 kJ·mol-1
则反应Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为( )
A.+519.4 kJ·mol-1 B.+259.7 kJ·mol-1
C.-259.7 kJ·mol-1 D.-519.4 kJ·mol-1
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解析:根据盖斯定律,由-(①+②)得H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJ/mol,所以当1 g液态水变为水蒸气时,吸收约2.44 kJ的热量。
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能力作业
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5.已知在稀溶液中:1 mol弱酸HX与1 mol NaOH反应的反应热ΔH=-12.1 kJ·mol-1;HCl与NaOH反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。则HX在稀溶液中的电离热ΔH(单位:kJ·mol-1)等于( )
A.+45.2 B.-45.2
C.-69.4 D.+69.4
解析:弱酸HX在与NaOH发生中和反应的过程中会发生电离,电离过程吸热,则所求电离热ΔH=(-12.1+57.3) kJ·mol-1=+45.2 kJ·mol-1。
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化学键 H—H C—O C≡O H—O C—H
键能/(kJ·mol-1) 436 343 1076 465 413
+198 kJ·mol-1
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N2H4(l)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g) ΔH=-1126 kJ·mol-1
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B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2165 kJ·mol-1
945.6 kJ·mol-1
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2.已知:①Fe2O3(s)+eq \f(3,2)C(s)===eq \f(3,2)CO2(g)+2Fe(s) ΔH1=+234.1 kJ/mol;②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ/mol;则2Fe(s)+eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是( )
A.-824.35 kJ/mol
B.-627.6 kJ/mol
C.-744.65 kJ/mol
D.-159.4 kJ/mol
解析:由盖斯定律可知,②×eq \f(3,2)-①可得2Fe(s)+eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s),则ΔH=eq \f(3,2)ΔH2-ΔH1=-824.35 kJ/mol。
3.钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”,其制取原料为金红石(TiO2),制取步骤为TiO2―→TiCl4eq \o(――→,\s\up15(镁,Ar),\s\do15(800 ℃))Ti。
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+2ΔH1+ΔH2
C.ΔH3+2ΔH1-ΔH2
D.ΔH3+2ΔH1-2ΔH2
4.已知热化学方程式:
①H2O(g)===H2(g)+eq \f(1,2)O2(g) ΔH=+241.8 kJ/mol
②H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ/mol
当1 g液态水变为水蒸气时,其热量变化是( )
A.吸热88 kJ
B.吸热2.44 kJ
C.放热44 kJ
D.吸热44 kJ
6.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
解析:反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能,则2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)的ΔH=[630×2+243-(a+607)×2] kJ·mol-1=(289-2a) kJ·mol-1。
[重难点拨] 依据键能计算ΔH的方法
7.选择性催化还原烟气脱硝技术是一种成熟的NOx控制处理方法,主要反应如下:①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
②4NH3(g)+2NO2(g)+O2(g) 3N2(g)+6H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
副反应:③4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
根据以上反应,可以计算出反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH为( )
A.eq \f(4b-3a+c,4) kJ·mol-1
B.eq \f(4a-3b+c,4) kJ·mol-1
C.eq \f(3b-4a+c,4) kJ·mol-1
D.eq \f(3a-4b+c,4) kJ·mol-1
解析:根据盖斯定律,由①×eq \f(3,4)-②+③×eq \f(1,4)即得反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH=a kJ·mol-1×eq \f(3,4)-b kJ·mol-1+c kJ·mol-1×eq \f(1,4)=eq \f(3a-4b+c,4) kJ·mol-1,故选D。
8.根据如图所示的物质转化关系,下列说法错误的是( )
A.相同质量的N2H4(g)和N2H4(l),前者具有的能量较高
B.相同质量的NO2(g)和N2O4(g),破坏两种物质中所有的化学键,后者所需的能量高
C.ΔH5=ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4
D.N2H4(l)+NO2(g)===eq \f(3,2)N2(g)+2H2O(l) ΔH,则ΔH>ΔH4
解析:N2H4(l)变为N2H4(g)需要吸收热量,故相同质量的N2H4(g)和N2H4(l),N2H4(g)的能量高于N2H4(l),A正确;NO2(g)===eq \f(1,2)N2O4(g) ΔH3<0,能量越低,物质越稳定,所以破坏1 mol NO2(g)所含的化学键需要吸收的能量比破坏0.5 mol N2O4(g)所含的化学键需要吸收的能量低,B正确;N2H4(l)+NO2(g)===eq \f(3,2)N2(g)+2H2O(l) ΔH,ΔH=ΔH3+ΔH4,因ΔH3<0,故ΔH<ΔH4,D错误。
9.汽车尾气处理是科学家们研究的热点。利用反应2CO(g)+2NO(g)===2CO2(g)+N2(g) ΔH,能很好降低污染物的排放。一定条件下,该反应历程如图所示(TS表示过渡态、IM表示中间产物)。则该反应的ΔH是( )
A.-684.9 kJ·mol-1
B.-620.9 kJ·mol-1
C.-532.7 kJ·mol-1
D.-206.9 kJ·mol-1
解析:由题图可知,反应①的焓变为+199.2 kJ·
mol-1,反应②的焓变为-513.5 kJ·mol-1,反应③的焓变为248.3 kJ·mol-1-554.9 kJ·mol-1=-306.6 kJ·mol-1;由盖斯定律可知,反应①+反应②+反应③得2CO(g)+2NO(g)===2CO2(g)+N2(g) ΔH=(+199.2 kJ·mol-1)+(-513.5 kJ·mol-1)+(-306.6 kJ·mol-1)=
-620.9 kJ·mol-1。
10.已知:①2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1;②Na2O2(s)+CO2(g)===Na2CO3(s)+eq \f(1,2)O2(g) ΔH=-226 kJ·mol-1,根据以上热化学方程式判断,下列说法正确的是( )
A.CO的燃烧热为283 kJ
B.反应①反应物总键能与生成物总键能之差为+566 kJ·mol-1
C.反应2Na2O2(s)+2CO2(s)===2Na2CO3(s)+O2(g) ΔH>-452 kJ·mol-1
D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509 kJ热量时,电子转移数为6.02×1023
解析:CO的燃烧热为283 kJ·mol-1,A错误;反应①反应物总键能与生成物总键能之差为反应热,为-566 kJ·mol-1,B错误;题目中反应②的2倍为2Na2O2(s)+2CO2(g)===2Na2CO3(s)+O2(g) ΔH=-452 kJ·mol-1,CO2(s)变为气体吸热,所以反应放出的热量就少于452 kJ,ΔH>-452 kJ·mol-1,C正确;由盖斯定律可知,eq \f(1,2)×①+②得Na2O2(s)+CO(g)===Na2CO3(s) ΔH=-509 kJ·mol-1,所以反应放热509 kJ时,转移电子数是2×6.02×1023,D错误。
11.已知乙炔与苯蒸气完全燃烧的热化学方程式分别为
①C2H2(g)+eq \f(5,2)O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1300 kJ/mol
②C6H6(g)+eq \f(15,2)O2(g)===6CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-3295 kJ/mol
下列说法正确的是( )
A.1 mol C2H2(g)完全燃烧生成气态水时放热大于1300 kJ
B.1 mol C6H6(l)完全燃烧生成液态水时放热大于3295 kJ
C.相同条件下,等质量的C2H2(g)与C6H6(g)完全燃烧,C6H6(g)放热更多
D.C2H2(g)三聚生成C6H6(g)的过程属于放热反应
解析:A项,水由液态到气态需要吸热,由①知生成气态水放热小于1300 kJ,错误;B项,由②知放热小于3295 kJ,错误;C项,等质量时放热,C2H2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1300,26)))>C6H6eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3295,78))),错误;D项,依据盖斯定律:3×①-②得3C2H2(g)===C6H6(g) ΔH=-605 kJ/mol,正确。
[重难点拨] 比较反应热大小时的注意事项
(1)比较反应热的大小时,不能只比较ΔH数值的大小,应带“+”“-”进行比较。
(2)热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。可逆反应不能进行到底,实际反应放出或吸收的热量小于热化学方程式中反应热的绝对值。
(3)对于放热反应,可利用状态迅速比较反应热的大小。当反应物状态相同,生成物状态不同时,生成固体放热最多,生成气体放热最少;当反应物状态不同,生成物状态相同时,反应物为固体时反应放热最少,反应物为气体时反应放热最多。
二、非选择题
12.(1)CH4-CO2通过催化重整反应转化为合成气(CO和H2),不仅可以达到天然气高效利用的目的,还可有效减少温室气体排放。回答下列问题:
已知:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
则ΔH1=____________,CH4CO2催化重整反应的热化学方程式为____________________________________________________________。
CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+239 kJ·mol-1
(2)用F2代替N2O4和液态肼(N2H4)反应释放的能量更大。
已知:①N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534 kJ·mol-1
②2HF(g)===H2(g)+F2(g) ΔH=+538 kJ·mol-1
③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+484 kJ·mol-1
则液态肼和氟气反应生成氮气和氟化氢气体的热化学方程式为___________________________________________________________________。
13.(1)①工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。
已知:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol-1;
CH3OCH3(g)+H2O(g) 2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·mol-1;
则2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3=________ kJ·mol-1。
②用NA表示阿伏加德罗常数的值,在C2H2(g)完全燃烧生成CO2和液态水的反应中,每有5NA个电子转移时,放出650 kJ的热量。C2H2的热值为_____kJ·g-1。
(2)CO和H2可以合成简单有机物,已知CO、H2合成CH3OH、HCOOCH3的能量变化如图所示,计算2CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g) ΔH=________________。
14.(1)0.3 mol气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水放出649.5 kJ热量,其热化学方程式为______________________________
__________________________________。
(2)已知H—H键能为436 kJ·mol-1,H—N键能为391 kJ·mol-1,根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,则N≡N键能是___________。
(3)1 mol氧气与足量氢气反应生成水蒸气放热483.6 kJ,若1 mol水蒸气转化成液态水放热44 kJ,写出表示氢气燃烧热的热化学方程式:______________________________________________。
H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
(4)下列反应中,属于放热反应的是________,属于吸热反应的是________。
a.盐酸与烧碱溶液反应
b.Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+10H2O+2NH3↑
c.氢气在氧气中燃烧生成水
d.高温煅烧石灰石使其分解
e.铝和盐酸反应
解析:(3)氢气的燃烧热为1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,由1 mol氧气与足量氢气反应生成水蒸气放热483.6 kJ可知,2 mol氢气燃烧生成气态水的ΔH=-483.6 kJ·mol-1,1 mol水蒸气转化成液态水放热44 kJ,则氢气的燃烧热为ΔH=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(483.6 kJ·mol-1,2)+44 kJ·mol-1))=-285.8 kJ·mol-1,所以表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1。
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