内容正文:
第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第2课时 热化学方程式 燃烧热
第一章 化学反应的热效应
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目录
contents
Part 01 知识整合 新知探究
Part 02 等级达标 过关测试
Part 03 课时作业
第一章 化学反应的热效应
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知识整合 新知探究
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释放
吸收
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温度
压强
25 ℃、101 kPa
s、l、g、aq
整数
分数
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物质
能量
1 mol
1 mol
放出
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1 mol
完全
指定
kJ/mol
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1 mol
液态水
285.5
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等级达标 过关测试
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【答案】 B
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课时作业(二)
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学习目标
课程标准
1.能用热化学方程式表示反应中的能量变化。
2.理解燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的计算。
1.能用热化学方程式表示反应中能量的变化。
2.理解燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的计算。
知识点一 热化学方程式
1.概念
表明反应所________或________的热量的化学方程式,叫做热化学方程式。
2.特点(与化学方程式比较)
(1)指明了反应时的________和________,若在___________________时进行的反应,可不注明。
(2)在化学方程式右边注明ΔH的“+”“-”数值和单位。
(3)所有反应物和生成物都用括号标注它们在反应时的状态。常用_______________分别表示固体、液体、气体和溶液。
(4)化学计量数可以是________,也可以是________。
3.意义
不仅表明了化学反应中的________变化,也表明了化学反应中的________变化,还说明了“物质的量”与“能量”之间的数量关系。例如:H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1表示的意义是在 25 ℃、101 kPa下,_________ H2(g)与eq \f(1,2) mol O2(g)反应生成_________ H2O(l)时,________的热量是285.8 kJ。
1.下列说法正确的是( )
A.热化学方程式中,化学式前面的化学计量数既可表示微粒数,又可表示物质的量
B.热化学方程式中,如果没有注明温度和压强,则表示在标准状况下测得的数据
C.书写热化学方程式时,不仅要写明反应热的符号、数值和单位,还要注明各物质的聚集状态
D.凡是化合反应都是放热反应,分解反应都是吸热反应
【答案】 C
2.沼气是一种能源,它的主要成分是CH4,0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水时放出445 kJ的热量,则下列热化学方程式中正确的是( )
A.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=+890 kJ·mol-1
C.CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+H2O(l)ΔH=-890 kJ·mol-1
D.2CH4(g)+4O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=+890 kJ·mol-1
【解析】 0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水时,放出445 kJ热量,可知1 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态水时,放热为890 kJ·mol-1,则热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1,A正确。
【答案】 A
1.已知H2(g)+I2(g)eq \o(,\s\up17(200℃),\s\do15(101 kPa))2HI(g) ΔH=-14.9 kJ·mol-1,把1 mol的H2和1 mol I2在该温度和压强下放入密闭容器中充分反应,最终放出的热量是14.9 kJ吗?
提示 放出的热量小于14.9 kJ,因为H2与I2反应是可逆反应,所以该温度和压强下反应,最终放出的热量小于14.9 kJ。
2.若2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-a kJ·mol-1,2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-b kJ·mol-1,a与b相等吗?书写热化学方程式时,为什么必须标明反应物和生成物的聚集状态?
提示 不相等;因为反应物和生成物的聚集状态不同,反应物和生成物的总能量不同,反应热的数值不同。
3.ΔH的单位中“mol-1”的含义是什么?
提示 对于一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”是指“每摩尔反应”,因此ΔH必须与化学方程式一一对应。
1.书写热化学方程式的五步骤
2.书写热化学方程式的“六注意”
1.将0.1 mol CuSO4、0.1 mol CuSO4·5H2O固体分别溶于足量水时,前者放热6.6 kJ,后者吸热1.1 kJ,则以下热化学方程式正确的是( )
A.CuSO4(s)===CuSO4(l) ΔH=-66 kJ/mol
B.CuSO4(aq)+5H2O(l) ===CuSO4·5H2O (s) ΔH=+11 kJ/mol
C.CuSO4(s)===→CuSO4(aq) ΔH=-66 kJ/mol
D.CuSO4(s)+5H2O(l)===CuSO4·5H2O(s) ΔH=+11kJ/mol
【解析】 将0.1 mol CuSO4、0.1 mol CuSO4·5H2O固体分别溶于足量水时,前者放热6.6 kJ,后者吸热1.1 kJ,热化学方程式为:CuSO4(s)===CuSO4(aq) ΔH=-66 kJ/mol;CuSO4·5H2O(s)===
CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH=+11kJ/mol,则A.固体溶于足量水时形成的是硫酸铜溶液,不是液态,热化学方程式为:CuSO4(s)===CuSO4(aq) ΔH=-66 kJ/mol,故A错误;B.①CuSO4(s)===CuSO4(aq) ΔH=-66 kJ/mol;②CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH=+11 kJ/mol,依据盖斯定律①+②计算得到:CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(aq)+5H2O(l)
ΔH=-55 kJ/mol;CuSO4(aq)+5H2O(l)===CuSO4·5H2O(s) ΔH=+55 kJ/mol,故B错误;C.将0.1 mol CuSO4固体分别溶于足量水时,放热6.6 kJ,热化学方程式为:CuSO4(s)===CuSO4(aq) ΔH=-66 kJ/mol,故C正确;D.0.1 mol CuSO4·5H2O(s)固体溶于足量水时,吸热1.1 kJ,热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH=+11 kJ/mol,故D错误;故选C。
【答案】 C
2.写出下列反应的热化学方程式:
(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出1 366.8 kJ热量:___________。
(2)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量:___________。
(3)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出22.67 kJ的热量:___________。
(4)已知16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量,写出表示硫的燃烧热的热化学方程式:___________。
(5)如图是298 K、101 kPa时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为___________。
【解析】 (1)1 mol液态乙醇完全燃烧生成二氧化碳气体和液体水的热化学方程式为:C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH= -1 366.8 kJ·mol-1。(2)1 mol C(石墨,s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3 kJ热量,热化学方程式为:C(石墨,s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1。(3)1.7 g NH3(g)的物质的量为eq \f(1.7 g,17 g/mol) =0.1 mol,则1 mol NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物,放出226.7 kJ的热量,热化学方程式为:NH3(g)+eq \f(5,4)O2(g)===NO(g)
+eq \f(3,2)H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1。(4)16 g固体硫的物质的量为eq \f(16 g,32 g/mol) =0.5 mol,则1 mol固体硫完全燃烧时放出296.8 kJ的热量,热化学方程式为:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296.8 kJ/mol。(5)由图可知,该反应是放热反应,放出的热量为600 kJ-508 kJ=92 kJ,热化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ/mol。
【答案】 (1)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(2)C(石墨,s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1
(3)NH3(g)+eq \f(5,4)O2(g)===NO(g)+eq \f(3,2)H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1
(4)S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296.8 kJ/mol
(5)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ/mol
知识点二 燃烧热
1.概念
101 kPa时,_________纯物质________燃烧生成________产物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。
2.单位
燃烧热是反应热的一种,单位是_________。
3.含义
H2的燃烧热为285.8 kJ/mol,表示25 ℃、101 kPa下,_________H2完全燃烧生成__________,放出_________kJ的热量。
4.表示
用热化学方程式表示为
_______________________________________________。
H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ/mol
下列关于燃烧热的说法正确的是( )
A.燃烧反应放出的热量就是该反应的燃烧热
B.1 mol可燃物质发生氧化反应所放出的热量就是燃烧热
C.1 mol可燃物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量就是燃烧热
D.在25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量是燃烧热
【答案】 D
1.燃烧热定义中的“指定产物”通常有哪几种?
提示 通常指可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),硫元素变为SO2(g),氮元素变为N2(g)等。
2.书写可燃物燃烧热的热化学方程式时,可燃物的化学计量数有什么要求?
提示 可燃物的化学计量数必须为1,因为燃烧热是指25 ℃ 101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。
1.燃烧热的三要素
(1)条件:25 ℃、101 kPa。
(2)标准:可燃物用量为1 mol。
(3)eq \a\vs4\al(结,果)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(可燃物:完全燃烧,生成物:指定产物\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(C元素→CO2g,H元素→H2Ol,S元素→SO2g,N元素→N2g))))
2.燃烧热的描述
语言表述:H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1;
符号表示:H2的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1。
3.表示燃烧热的热化学方程式的书写
书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1 mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数,故在其热化学方程式中常出现分数。如表示C8H18(l)燃烧热的热化学方程式:C8H18(l)+eq \f(25,2)O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5 518 kJ/mol。
4.燃烧热的计算
由燃烧热定义可知:可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×其燃烧热,即Q放=n(可燃物)×|ΔH|,物质的燃烧热:ΔH=-eq \f(Q放,n可燃物)。
此公式中的ΔH是指物质的燃烧热,而不是指一般反应的反应热。
5.燃烧热与中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
ΔH<0,放热反应
不同点
①限定可燃物(反应物)为1 mol
②1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量(不同的反应物,燃烧热不同)
①限定生成物H2O(l)为1 mol
②生成1 mol H2O(l)时放出的热量(不同的反应物的中和热大致相同)
1.下列有关能量的判断或表示方法正确的是( )
A.从C(s,石墨)=C(s,金刚石) ΔH=+1.9kJ·mol-1,可知石墨比金刚石更稳定
B.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出的热量更多
C.由H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,可知含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液充分混合反应,放出的热量等于57.3 kJ
D.2g H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=+571.6kJ·mol-1
【解析】 A.从C(s,石墨)=C(s,金刚石) ΔH=+1.9kJ·mol-1,可知具有的能量越低物质越稳定,即石墨比金刚石更稳定,正确;B.硫蒸气变为硫固体要放出热量,等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出的热量少,错误;C.1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液充分混合反应,由于CH3COOH为弱酸,电离过程要吸热,因此混合后放出的热量小于57.3 kJ,错误;D.2g H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,错误;故选A。
【答案】 A
2.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1
C.已知2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1,则H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol-1
D.葡萄糖的燃烧热是2800 kJ·mol-1,则eq \f(1,2)C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1 400 kJ·mol-1
【解析】 A项,H2SO4和Ba(OH)2反应时还生成BaSO4沉淀,故其反应热还应包括BaSO4沉淀的生成热,错误;B项,甲醇蒸气的燃烧热是1 mol CH3OH(g)完全燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热量,错误;C项,选项中H2O为气体,则H2燃烧热大于285.8 kJ·mol-1,错误。
【答案】 D
归纳与论证
陌生情境中热化学方程式的书写
CCS技术是将工业和有关能源产业中所产生的CO2进行捕获与封存的技术,被认为是拯救地球、应对全球气候变化最重要的手段之一。其中一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图所示(部分条件及物质未标出)。
(1)CH4在催化剂作用下实现第一步,也叫CH4不完全燃烧,1 g CH4不完全燃烧反应放出2.21 kJ热量,写出该反应的热化学方程式。
提示 流程中第一步CH4不完全燃烧,化学方程式是2CH4+O2===2CO+4H2。1 g CH4不完全燃烧放热2.21 kJ,则2 mol CH4不完全燃烧放热70.72 kJ。故其热化学方程式为2CH4(g)+O2(g)===2CO(g)+4H2(g) ΔH=-70.72 kJ·mol-1。
(2)第二步中涉及的反应为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g),其反应过程中的能量变化如图所示,写出反应CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)的热化学方程式。
提示 CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1。由图示可知当1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时,要吸收41 kJ热量。
(3)100 ℃下,充分燃烧一定量的甲烷放出热量10.25 kJ,经测定完全吸收生成的CO2需消耗0.25 mol·L-1的KOH溶液100 mL,恰好生成正盐,写出此条件下甲烷燃烧的热化学方程式。
提示 CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-820 kJ·mol-1。据题意,放出10.25 kJ热量时生成的CO2的物质的量为0.25 mol·L-1×0.1 L÷2=0.0125 mol,根据碳元素守恒,因此甲烷的物质的量为0.0125 mol,因此燃烧1 mol甲烷放出的热量为10.25÷0.0125=820 kJ。由于反应在100 ℃下进行,水为气态,因此反应的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-820 kJ·mol-1。
【思维建模】
根据已知信息书写热化学方程式的一般思路
(1)根据反应物和生成物写出化学方程式,并标明各物质的状态。
(2)根据题中一定量反应物(或生成物)反应(或生成)时对应的热量变化,求出1 mol反应物(或生成物)反应(或生成)时对应的热量变化。
(3)标明该反应的ΔH。
(4)注意特殊要求。如表示中和热的热化学方程式中生成物H2O(l)的化学计量数必须是1。
1.化学反应N2+3H2===2NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
A.N2(g)+3H3(g)===2NH3(l) ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)===NH3(l) ΔH=(b+c-a) kJ·mol-1
D.eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)===NH3(g) ΔH=(a+b)kJ·mol-1
【解析】 由题图可以看出,eq \f(1,2) mol N2(g)和eq \f(3,2) mol H2(g)的化学键断裂吸收的能量为a kJ,形成1 mol NH3(g)需放出能量b kJ,所以eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)===NH3(g) ΔH=(a-b)kJ·mol-1,而1 mol的NH3(g)转化为1 mol的NH3(l)放出的能量为c kJ,所以有eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)===NH3(l) ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1,即N2(g)+3H2(g)===2NH3(l) ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1。
【答案】 A
2.乙醇汽油是普通汽油与燃料乙醇调和而成的,它可有效改善汽油的性能和质量,降低CO、碳氢化合物等主要污染物的排放。乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol-1。燃烧1 mol这种乙醇汽油生成CO2(g)和液态水,放出的热量为Q kJ。测得该汽油中乙醇与汽油的物质的量之比为1∶9。有关普通汽油(CxHy)燃烧的热化学方程式正确的是( )
A.CxHy(1)+(x+y/4)O2(g)===xCO2(g)+y/2H2O(l) ΔH=(-Q+1 366.8)kJ·mol-1
B.CxHy(l)+(x+y/4)O2(g)===xCO2(g)+y/2H2O(l) ΔH=-eq \f(9,10)Q kJ·mol-1
C.CxHy(l)+(x+y/4)O2(g)===xCO2(g)+y/2H2O(l) ΔH=-eq \f(9,110)Q kJ·mol-1
D.CxHy(l)+(x+y/4)O2(g)===xCO2(g)+y/2H2O(l) ΔH=(-eq \f(10,9)Q+151.9) kJ·mol-1
【解析】 0.9 mol普通汽油完全燃烧放出的热量为Q kJ-1366.8 kJ·mol×0.1 mol=(Q-136.68)kJ,所以1 mol普通汽油完全燃烧放出的热量为eq \f(1,0.9)(Q-136.68)kJ=(eq \f(10,9)Q-151.9)kJ。
【答案】 D
1.(双选)下列说法正确的是( )
A.乙烯完全燃烧时,放出的热量为乙烯的燃烧热
B.在25 ℃、101 kPa时,1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
C.由2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1,可知CO的燃烧热为283 kJ·mol-1
D.乙炔的燃烧热为1 299.6 kJ·mol-1,则2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)反应的ΔH=-2 599.2 kJ·mol-1
【解析】 选项A没有指明乙烯的物质的量为1 mol,且没说明水的聚集状态;选项B中没有指明1 mol碳完全燃烧生成CO2(g)。
【答案】 CD
2.下列热化学方程式中的ΔH能正确表示物质的燃烧热的是( )
A.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ/mol
B.C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ/mol
C.H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJ/mol
D.2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l)
ΔH=-11 036 kJ/mol
【解析】 燃烧热的定义:1 mol可燃物完全燃烧,且生成稳定氧化物时的反应热即为物质的燃烧热。A.CO的系数不是1,该热化学方程式不能表示CO的燃烧热,故A不选;B.C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ/mol符合燃烧热的定义,ΔH能正确表示C(石墨,s)的燃烧热,故B选;C.由热化学方程式可知,1 mol氢气全燃烧生成气态水放出241.8的热量,气态水不是稳定氧化物,ΔH不能正确表示氢气的燃烧热,故C不选;D.由热化学方程式可知,2 mol辛烷全燃烧生成二氧化碳和液态水放出11 036的热量,辛烷的物质的量不是1 mol,ΔH不能正确表示氢气的燃烧热,故D不选;故选B。
3.(1)在101 kPa时,4.0 g硫粉在氧气中完全燃烧生成二氧化硫,放出27 kJ的热量,硫的燃烧热为________,硫燃烧的热化学方程式为___________________________。
(2)在101 kPa时,氢气在1.00 mol氧气中完全燃烧,生成2.00 mol液态水,放出571.6 kJ的热量,氢气的燃烧热为________,表示氢气燃烧热的热化学方程式为_______________________________________。
【解析】 (1)4.0 g硫粉的物质的量为eq \f(1,8) mol,在O2中完全燃烧时放出27 kJ的热量,则1 mol硫在O2中充分燃烧时放出的热量为 27 kJ·mol-1×8 mol=216 kJ,故硫的燃烧热为216 kJ·mol-1,硫燃烧的热化学方程式为S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-216 kJ·mol-1。
(2)1.00 mol H2在O2中完全燃烧时,消耗O2的物质的量为eq \f(1,2) mol,故H2的燃烧热为eq \f(571.6,2) kJ·mol-1=285.8 kJ·mol-1,H2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。
【答案】
(1)216 kJ·mol-1 S(s)+O2(g)===SO2(g)ΔH=-216 kJ·mol-1
(2)285.8 kJ·mol-1 H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)ΔH=-285.8 kJ·mol-1
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