内容正文:
第一章 化学反应的热效应
整理与复习
人教版·选择性必修一
课标要求
学习目标
情境创设
教学实施
知识建构
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1. 认识化学能与热能的相互转化,了解放热反应和吸热反应,知道恒温恒压下的反应热可用焓变(ΔH)表示。
2. 能从化学键断裂与形成的微观角度、反应物与生成物总能量的宏观角度解释化学反应的热效应。
3. 能用热化学方程式定量表示化学反应的能量变化,掌握燃烧热的概念与限定条件。
4. 了解盖斯定律的内涵,能利用盖斯定律、热化学方程式、键能数据进行反应焓变的简单计算。
5. 能完成中和反应反应热的测定实验,掌握定量实验方法,会分析实验误差,体会定量研究的科学价值。
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宏观辨识与微观探析:辨析吸热、放热反应,理解焓变含义,能从宏观能量、微观化学键两个角度解释反应热。
证据推理与模型认知:熟练书写热化学方程式,准确把握燃烧热概念要点,会辨析常见易错问题。
变化观念与平衡思想:理解盖斯定律 “始态终态” 思想,熟练运用盖斯定律、键能开展焓变相关计算。
科学探究与创新意识:掌握中和热测定实验原理、关键操作,能分析实验误差,建立定量实验思维。
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化学反应中,由于反应物转变为生成物的过程中,经历了旧化学键的断裂和新化学键的形成过程,而断键要吸收能量,成键要释放能量。
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精讲一:焓变与反应热
1.化学反应的实质与特征
2.基本概念
(1)体系、环境
与热量
断裂
形成
物质
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精讲一:焓变与反应热
(2)反应热与焓变
[微点拨] 反应热与焓变的关系:在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,用符号ΔH表示。
H
ΔH
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精讲一:焓变与反应热
3. 吸热反应与放热反应
(1)化学反应中的能量变化(如图)
①a表示断裂旧化学键 的
能量,也可以表示正反应的 ;
b表示逆反应的活化能。
②b表示形成新化学键 的能量,也可以表示活化分子结合成生成物分子所 的能量。
③c表示反应的 ,可通过计算焓变求得。
吸收
活化能
放出
放出
反应热
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精讲一:焓变与反应热
a.从物质所具有的焓角度分析,焓变(ΔH)为生成物的焓与反应物的焓之差:ΔH= 。
b.从化学键角度分析,焓变为反应物的键能和与生成物的键能和之差:ΔH=ΔE( )-ΔE( )= - (用图中的符号填空)。
H(生成物)-H(反应物)
反应物
生成物
a
b
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精讲一:焓变与反应热
(2)常见的吸热反应和放热反应
放热反应(ΔH<0) 吸热反应(ΔH>0)
①可燃物的燃烧;
②酸碱中和反应;
③大多数化合反应;
④金属跟酸的置换反应;
⑤物质的缓慢氧化等 ①大多数分解反应;
②盐类的水解;
③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;
④碳和水蒸气、C和CO2的反应等
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对点演练
(1)放热反应在任何条件下都可以发生,吸热反应不加热就不能发生( )
(2)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同( )
×
[解析]有的放热反应的发生也需要加热,如铝热反应;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
×
[解析]焓变与反应条件无关,所以同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。
[解析]可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与方程式中的化学计量数有关,与反应是否可逆无关。
(3)可逆反应的ΔH表示完全反应时的能量变化,与反应是否可逆无关( )
√
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对点演练
(4)反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和 ( )
(5)H2(g)+Cl2(g) =2HCl(g) ΔH的“每摩尔反应”表示1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g) ( )
(6)物质发生化学变化都伴有能量变化,伴有能量变化的物质变化都是化学变化 ( )
×
√
[解析]任何化学反应都伴随着能量的变化,但物质的状态变化也伴随能量变化,而物质的状态变化属于物理变化。
×
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学科能力提升
正确理解活化能与反应热的关系
①E1为正反应活化能,E2为逆反应活化能,ΔH=E1-E2。
②催化剂能降低反应所需的活化能,但不影响焓变的大小。
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精讲二:热化学方程式
1.概念:表明反应所 的热量的化学方程式。
2.意义:不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的
变化。例如:H2(g)+O2(g) =H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1,
表示在25 ℃和1.01×105 Pa下,
。
释放或吸收
能量
1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量
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精讲二:热化学方程式
3. 热化学方程式的书写方法
一写方程式——写出配平的化学方程式
二标状态 ——用s、l、g、aq标明物质的聚集状态
三标条件 ——标明反应的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注)
四标ΔH ——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“-”
五标数值 ——根据化学计量数计算写出ΔH的值
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精讲二:热化学方程式
4. 注意事项
(1)热化学方程式不标“↑”“↓”,但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。
(2)热化学方程式的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数,其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。
(3)ΔH应包括“+”或“-”、数值和单位(kJ·mol-1)。
(4)正、逆反应ΔH的数值相等、符号相反。
(5)可逆反应的ΔH表示完全反应的热量变化,与反应是否可逆无关。如N2(g)+3H2(g)⇌ 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,表示在101 kPa、25 ℃时,1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ 的热量。
(6)同素异形体之间转化的热化学方程式除了注明物质的聚集状态外,还要注明名称。
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对点演练
1.1 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 。
2.1.7 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,热化学方程式为 。
3.已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和液态水时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧热的热化学方程式为 。
C(石墨,s)+H2O(g) =CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1
NH3(g)+O2(g) =NO(g)+H2O(g) ΔH=-226.7 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g) =N2(g)+2H2O(l) ΔH=-534.4 kJ·mol-1
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学科能力提升
“五审”突破热化学方程式的正误判断
一审ΔH的“+”“-”—放热反应ΔH为“-”,吸热反应ΔH为“+”
二审单位 —单位一定为“kJ·mol-1”,易错写成“kJ”或漏写
三审状态 —物质的聚集状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错
四审数据对应性 —反应热的数值必须与方程式的化学计量数相对应,即化学计量数 与ΔH的绝对值成正比。当反应逆向进行时, 其反应热与正反应的 反应热数值相等,符号相反
五审是否符合概念—如燃烧热、中和热的热化学方程式
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学科能力提升
书写热化学方程式的“四注意”
(1)热化学方程式中需注明各物质的聚集状态,在方程式后面注明热量变化,吸热反应ΔH>0,放热反应ΔH<0。
(2)ΔH是一定温度和压强下的反应热,在 25 ℃、101 kPa下测定的ΔH可不注明温度和压强。
(3)热化学方程式中的化学计量数表示物质的物质的量,可以是整数也可以是分数,化学计量数改变时,ΔH会相应改变。
(4)正反应和逆反应的ΔH数值相等,符号相反。
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
1.燃烧热
1 mol
指定产物
1 mol C(s)
CO2(g)
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
[微点拨1] 理解燃烧热的注意事项
(1)对于燃烧热,由于反应放热是确定的,所以文字描述时可不带“-”,但其焓变为负值。
(2)当用热化学方程式表示燃烧热时,可燃物的物质的量必须为1 mol。
(3)物质完全燃烧生成的指定产物示例:H→H2O(l),C→CO2(g),S→SO2(g),N→N2(g)。
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
2. 中和反应反应热的测定
(1)实验目的
测定在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量。
(2)测定原理
ΔH=
c=4.18 J·g-1·℃-1=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。稀溶液的密度用1 g·mL-1进行计算。
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
2. 中和反应反应热的测定
(3)实验装置
简易量热计示意图
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
2. 中和反应反应热的测定
[微点拨2] 实验中的注意事项
①隔热层及杯盖的作用是保温、隔热,减少热量损失。
②为保证酸、碱完全中和,常采用碱稍稍过量(0.50 mol·L-1 盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合)。
③实验时不能用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器的理由是铜丝导热性好,比用玻璃搅拌器误差大。
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
2. 中和反应反应热的测定
(4)实验结论
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时放出57.3 kJ的热量。
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精讲三:燃烧热 中和反应反应热的测定 能源
3.能源
(1)能源分类
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对点演练
1.下列关于热化学反应的描述正确的是 ( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq) =H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,用含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸反应测出的中和反应反应热为28.65 kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1,则反应2CO2(g) =2CO(g)+O2(g)的ΔH=+(2×283.0) kJ·mol-1
C.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
D.测定中和反应反应热的实验中将玻璃搅拌器改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
B
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学科能力提升
[易错警示] 对燃烧热概念的理解及应用
(1)对燃烧热概念的理解
①纯物质即纯净物,可以是单质,也可以是化合物。
②完全燃烧生成指定产物: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)。
(2)根据燃烧热计算反应放出热量:Q=n(可燃物)×|ΔHc|,ΔHc代表燃烧热。
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
1. 盖斯定律
(1)内容:对于一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应体系的 有关,而与 无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为 。
始态和终态
反应的途径
Δ H=ΔH1+ΔH2
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
转化关系 反应热间的关系
ΔH1=
A B ΔH1=
ΔH=
(2)应用
②根据盖斯定律计算反应热:
aΔH2
-ΔH2
ΔH1+ΔH2
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
(2)应用
①根据盖斯定律书写热化学方程式:根据已知热化学方程式,运用加减运算法转化为目标热化学方程式。
如已知在25 ℃、101 kPa时:
C(s)+O2(g) =CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1,
2C(s)+O2(g) =2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1,
则CO(g)+O2(g) =CO2(g)的ΔH为 。
-283 kJ·mol-1
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
2.反应热大小比较
(1)吸、放热反应过程中,比较吸收或放出热量(Q)的大小时,只比较数值大小,但比较ΔH大小时,必须带上“+”“-”比较,对于放热反应,放热越多,ΔH越 ;对于吸热反应,吸热越多,ΔH越 。
小
大
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
(2)比较化学反应ΔH大小的方法
①吸热反应的ΔH 放热反应的ΔH。
②同一反应,生成物状态不同时
A(g)+B(g) =C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g) =C(l) ΔH2<0
因为C(g) =C(l) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH2 ΔH1。
大于
<
ΔH2-ΔH1
<
2.反应热大小比较
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
2.反应热大小比较
③同一反应,反应物状态不同时
S(g)+O2(g) =SO2(g) ΔH1<0
S(s)+O2(g) =SO2(g) ΔH2<0
因为S(g) =S(s) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH1 ΔH2。
<
ΔH1-ΔH2
<
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
2.反应热大小比较
④两个有联系的不同反应相比
C(s)+O2(g) =CO2(g) ΔH1<0
C(s)+O2(g) =CO(g) ΔH2<0
根据常识可知CO(g)+O2(g) =CO2(g) ΔH3 0,且ΔH3= (用ΔH2、ΔH1表示),所以ΔH2 ΔH1。
<
ΔH1-ΔH2
<
>
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精讲四:盖斯定律 反应热的计算
3.反应热的计算
(1)根据热化学方程式计算:Q放=|ΔH|×n(反应物)=|ΔH|×n(生成物)。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算:ΔH=E(生成物)-E(反应物)。
(3)根据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算:ΔH=Σ(反应物的键能)-Σ(生成物的键能)。
(4)根据盖斯定律进行计算。
(5)根据物质燃烧热(ΔH)数值计算:
Q(放)= 。
n(可燃物)×|ΔH|
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对点演练
1.关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
C(aq)+H+(aq) =HC(aq) ΔH1
C(aq)+H2O(l) ⇌HC(aq)+OH-(aq) ΔH2
OH-(aq)+H+(aq) =H2O(l) ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq) =CH3COO-(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0 ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
B
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学科能力提升
利用盖斯定律书写热化学方程式
(1)运用盖斯定律的技巧——“三调一加”
一调:根据目标热化学方程式,调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置,改写已知的热化学方程式。
二调:根据改写的热化学方程式调整相应ΔH的符号。
三调:调整中间物质的化学计量数。
一加:将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。
(2)运用盖斯定律的三个注意事项
①热化学方程式乘以某一个数时,反应热的数值必须也乘上该数。
②热化学方程式相加减时,物质之间相加减,反应热也必须相加减。
③将一个热化学方程式颠倒时,ΔH的“+”“-”随之改变,但数值不变。
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学科能力提升
1.熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和
2.常见物质中的化学键数目
物质 CO2
(C =O) CH4
(C—H) P4
(P—P) SiO2
(Si—O) 石墨
(单层) 金刚
石 S8
(S—S) Si
键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2
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学科能力提升
反应热大小比较
(1)看物质状态。物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下:
(2)看ΔH的符号。比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)看化学计量数。当反应物与生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)看反应的程度。对于可逆反应,参加反应的物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。
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1.利用含碳化合物合成燃料是解决能源危机的重要方法,已知CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)反应过程中的能量变化情况如图所示,曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。下列判断正确的是( )A.该反应物ΔH=+91 kJ·mol-1B.加入催化剂,该反应的ΔH变小C.反应物的总能量大于生成物的总能量D.如果该反应生成液态CH3OH,则ΔH增大
C
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2.下列热化学方程式或叙述正确的是( )A.1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气,放出642 kJ的热量:
N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=+642 kJ·mol-1B.12 g石墨转化为CO时,放出110.5 kJ的热量:
2C(石墨,s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-110.5 kJ·mol-1C.已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1,则:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) 的ΔH=+572 kJ·mol-1D.已知N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,则在一定条件下向密闭容器中充入0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)充分反应放出46.2 kJ的热量
C
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3.氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol-13SiH2Cl2(g)=SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·mol-1则反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为_____kJ·mol-1。
114
【解析】将题给两个热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①×3+②可得:4SiHCl3(g)=SiH4(g)+3SiCl4(g),则有ΔH=3ΔH1+ΔH2=3×48 kJ·mol-1+(-30 kJ·mol-1)=114 kJ·mol-1
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4.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: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:
。
3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254kJ·mol-1
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5.下列表述中正确的是( )A.根据图甲可知合成甲醇的热化学方程式为
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH1=(b-a)kJ·mol-1B.图乙表示2 mol H2(g)所具有的能量比
2 mol气态水所具有的能量多483.6 kJC.1 mol NaOH分别和1 mol CH3COOH、
1 mol HNO3反应,后者比前者ΔH小D.汽油燃烧时将全部的化学能转化为热能
C
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6.已知:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=a kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-220 kJ·mol-1 H—H、O=O和O—H键的键能分别为436、496和462 kJ·mol-1,则a为( )A.+350 B.+130 C.-332 D.-118
B
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7. 已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
则2O(g) =O2(g)的ΔH为 ( )
A.428 kJ·mol-1 B.-428 kJ·mol-1
C.498 kJ·mol-1 D.-498 kJ·mol-1
D
共价键 H—H H—O
键能/(kJ·mol-1) 436 463
热化学方程式 2H2(g)+O2(g) =2H2O(g) ΔH=-482 kJ·mol-1
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8.[2021·广东卷节选] 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g) ΔH2
c)CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g) ΔH3
d)2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s) ΔH4
e)CO(g)+H2(g) ⇌ H2O(g)+C(s) ΔH5
根据盖斯定律,反应a的ΔH1= (写出一个代数式即可)。
ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4
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