第一章 化学反应的热效应
第二节 反应热的计算
第1课时 盖斯定律
基础过关练
题组一 对盖斯定律的理解
1.PCl3和PCl5都是重要的化工产品,白磷与氯气反应有如图所示转化关系,下列叙述正确的是 ( )
已知:在绝热恒容密闭容器中发生反应(1)、反应(2),反应体系的温度均升高。
A.ΔH3=ΔH1+ΔH2
B.4PCl3(g)+4Cl2(g) 4PCl5(s) ΔH>ΔH2
C.ΔH1、ΔH2、ΔH3中,ΔH3最大
D.PCl5分子中每个原子最外层都达到8电子结构
2.在一定温度、压强下,依据图示关系,下列说法不正确的是 ( )
A.C(石墨,s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
B.1 mol C(石墨,s)和1 mol C(金刚石,s)分别与足量O2反应全部转化为CO2(g),前者放出的热量多
C.ΔH5=ΔH1-ΔH3
D.化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
题组二 盖斯定律的应用
3.(经典题)已知:①2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH1=a kJ·mol-1
②3H2(g)+Fe2O3(s) 2Fe(s)+3H2O(l) ΔH2=b kJ·mol-1
③2Fe(s)+O2(g) Fe2O3(s) ΔH3
则ΔH3为 ( )
A.(a-b) kJ·mol-1
C.(b-a) kJ·mol-1
4.工业上乙烯催化氧化制乙醛的某一反应原理为2CH2CH2(g)+O2(g) 2CH3CHO(aq),其反应热为ΔH,该反应原理可以拆解为如下三步反应:
Ⅰ.CH2CH2(g)+PdCl2(aq)+H2O(l) CH3CHO(aq)+Pd(s)+2HCl(aq) ΔH1
Ⅱ.……
Ⅲ.4CuCl(s)+O2(g)+4HCl(aq) 4CuCl2(aq)+2H2O(l) ΔH3
若第Ⅱ步反应的反应热为ΔH2,且ΔH=2ΔH1+2ΔH2+ΔH3,则第Ⅱ步反应的热化学方程式为 ( )
A.PdCl2(aq)+2CuCl(s) Pd(s)+2CuCl2(aq) ΔH2
B.2Pd(s)+4CuCl2(aq) 2PdCl2(aq)+4CuCl(s) ΔH2
C.Pd(s)+2CuCl2(aq) PdCl2(aq)+2CuCl(s) ΔH2
D.2PdCl2(aq)+4CuCl(s) 2Pd(s)+4CuCl2(aq) ΔH2
能力提升练
题组一 利用盖斯定律计算ΔH
1.已知:
①3C(s)+Al2O3(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) ΔH1=+1 026 kJ·mol-1;②2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2=-221 kJ·mol-1;③2Al(s)+N2(g) 2AlN(s) ΔH3=-318 kJ·mol-1。则反应2Al2O3(s) 4Al(s)+3O2(g)的ΔH等于 ( )
A.+753 kJ·mol-1 B.-753 kJ·mol-1
C.+3 351 kJ·mol-1 D.-3 351 kJ·mol-1
2.已知涉及氢气燃烧反应的物质的汽化热(1 mol纯净物由液态变为气态所需要的热量)如下:
物质 H2 O2 H2O
汽化热/(kJ·mol-1) a b c
若H2(g)+O2(l) H2O(g)的反应热ΔH为 ( )
A.- kJ·mol-1
B.- kJ·mol-1
C.- kJ·mol-1
D.- kJ·mol-1
题组二 利用盖斯定律构造目标热化学方程式
3.利用CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体,此技术在能源和环境上具有双重意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。
已知:ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.2 kJ·mol-1
ⅱ.CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH2=+165 kJ·mol-1
过程Ⅰ反应的热化学方程式为 。
4.(1)氮的氧化物是造成大气污染的物质,研究氮氧化物的反应机理对于减少环境污染有重要意义。
已知:Ⅰ.N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1
Ⅱ.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
Ⅲ.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
写出NH3发生催化氧化反应生成NO和气态水的热化学方程式: 。
(2)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃、101 kPa时:
CaO(s)+H2SO4(l) CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-271 kJ·mol-1 ①
5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g) Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=-937 kJ·mol-1 ②
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式为 。
(3)已知:Al2O3(s)+3C(s) 2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·mol-1 ①
2AlCl3(g) 2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·mol-1 ②
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.B 3.A 4.C
1.A 根据盖斯定律可知,ΔH3=ΔH1+ΔH2,A正确;液态PCl3变为气态时吸收热量(破题关键),故ΔH<ΔH2,B错误;反应(1)和反应(2)均是放热反应,故反应(3)也是放热反应,结合盖斯定律,ΔH3最小,C错误;PCl5分子中P原子最外层有10个电子,D错误。
2.B 由题中信息可知,反应Ⅰ:C(石墨,s)+O2(g) CO(g) ΔH1,反应Ⅱ:CO(g)+O2(g) CO2(g) ΔH2,则反应Ⅰ-反应Ⅱ得C(石墨,s)+CO2(g) 2CO(g),可知ΔH=ΔH1-ΔH2,A正确;C(石墨,s) C(金刚石,s) ΔH5>0,即1 mol C(石墨,s)具有的总能量低于1 mol C(金刚石,s),则1 mol C(石墨,s)和1 mol C(金刚石,s)分别与足量O2反应全部转化为CO2(g),后者放热多,B错误;反应Ⅰ:C(石墨,s)+O2(g) CO(g) ΔH1,反应Ⅲ:C(金刚石,s)+O2(g) CO(g) ΔH3,则反应Ⅰ-反应Ⅲ得C(石墨,s) C(金刚石,s) ΔH1-ΔH3,则ΔH5=ΔH1-ΔH3,C正确;化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,D正确。
名师点津 ΔH由反应物、生成物的总能量之差来决定,所以ΔH与反应途径、反应条件无关。
3.A 观察③化学方程式的反应物和生成物,利用①、②方程式进行简单运算消去③方程式中没有出现的物质(解题技法);焓变要跟方程式做相应运算。根据盖斯定律可知反应③=×①-②,ΔH3=ΔH1-ΔH2=(a-b) kJ·mol-1。
4.C 根据ΔH=2ΔH1+2ΔH2+ΔH3,可得2ΔH2=ΔH-2ΔH1-ΔH3,运用盖斯定律,(总反应-2×Ⅰ-Ⅲ)得第Ⅱ步反应:Pd(s)+2CuCl2(aq) PdCl2(aq)+2CuCl(s) ΔH2。
能力提升练
1.C 由盖斯定律可知,将2×①-3×②-2×③得2Al2O3(s) 4Al(s)+3O2(g) ΔH=+1 026 kJ·mol-1×2-(-221 kJ·mol-1)×3-(-318 kJ·mol-1)×2=+3 351 kJ·mol-1。
2.B 根据已知信息和表格数据可写出:
①H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH1=-Q kJ·mol-1
②H2(g) H2(l) ΔH2=-a kJ·mol-1
③O2(g) O2(l) ΔH3=-b kJ·mol-1
④H2O(g) H2O(l) ΔH4=-c kJ·mol-1
根据盖斯定律,将①-②-③×-④可得H2(l)+O2(l) H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3×-ΔH4=- kJ·mol-1,B正确。
3.答案 CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1
解析 由题图可知,过程Ⅰ发生反应CH4+CO2 2CO+2H2,根据盖斯定律,ⅰ×2-ⅱ得CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2=2×206.2 kJ·mol-1-165 kJ·mol-1=+247.4 kJ·mol-1。
4.答案 (1)4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-906 kJ·mol-1 (2)Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l) 5CaSO4(s)+HF(g)+3H3PO4(l) ΔH=-418 kJ·mol-1 (3)Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g) 2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·mol-1
解析 (1)根据盖斯定律,Ⅰ×2+Ⅲ×3-Ⅱ×2得4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-906 kJ·mol-1。(2)根据盖斯定律可知,①×5-②即得到Ca5(PO4)3F和H2SO4反应生成H3PO4的热化学方程式。(3)根据盖斯定律可知,①-②即得到由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式。
8(共25张PPT)
第二节 反应热的计算
知识点 1 盖斯定律
必备知识 清单破
1.从反应途径的角度理解盖斯定律
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。换句话说,在
一定条件下,化学反应的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。例
如,下图(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)途径中,始态到终态的反应热ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。
注意:求总反应的反应热时,不能不假思索地将各步反应的反应热简单相加,只关注消去
不需要的物质,而忽视涉及物质的状态是否一致。不管反应是一步还是分步进行,始态和终 态需完全一致,盖斯定律才能成立。
2.从能量守恒角度理解盖斯定律
3.盖斯定律的意义:应用盖斯定律可以间接计算出反应很慢的、不容易直接发生的或者伴有
副反应发生的反应的反应热。
知识点 2 反应热的计算
1.反应热的计算
(1)根据热化学方程式计算
根据热化学方程式计算焓变时常用的方法有关系式法、方程组法等,在列比例式时,一
定要做到两个量的单位“上下一致,左右相当”。例如对于反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD
(g) ΔH=-q kJ·mol-1,有: = = = = (Δn为物质的量变化量的数值,Q指反
应过程中能量变化的数值,Q的单位为kJ)。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
(3)根据反应物和生成物的键能计算
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能
(4)根据盖斯定律计算反应热【详见定点1】
2.ΔH的大小比较方法【详见定点2】
知识辨析
1.相同条件下,甲烷细菌使1 mol CH4(g)生成CO2气体和液态水放出的热量与1 mol CH4(g)完
全燃烧生成CO2气体和液态水放出的热量不同,这种说法对吗
2.控制碳燃烧程度,先燃烧生成CO,再将CO燃烧生成CO2,能够放出更多热量,这种说法对吗
3.对于放热反应,放出的热量越多,ΔH就越大,这种说法对吗
一语破的
1.不对。反应热取决于反应物、生成物能量的相对大小,与反应方式、反应条件等无关。
2.不对。依据盖斯定律,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。
3.不对。放热反应的ΔH为负值,放出热量越多,ΔH就越小。
关键能力 定点破
定点 1 利用盖斯定律计算反应热的方法
1.虚拟途径法:先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求反应的
反应热。如:求C(s)+ O2(g) CO(g)的ΔH,可根据如图所示转化过程,ΔH=ΔH1-ΔH2。
2.加和法:将所给热化学方程式进行简单运算得到所求的热化学方程式,反应热也做相应的运
算。流程如下:
典例 已知反应Ⅰ:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
反应Ⅱ:2NO2(g) N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1。则反应N2O5(g) 2NO2(g)+ O2(g)的ΔH
= kJ·mol-1。
解析 目标热化学方程式为N2O5(g) 2NO2(g)+ O2(g)。
答案 +53.1
定点 2 反应热大小的比较
1.根据反应物用量的多少比较反应焓变的大小
①H2(g)+ O2(g) H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH2
反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2。
2.根据等物质的量的可燃物燃烧的程度大小比较反应焓变的大小
③C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH3
④C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH4
反应④中,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3>ΔH4。
3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小
⑤S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH5
⑥S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH6
方法一:图像法,画出上述两反应能量随反应过程的变化曲线。
由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式。
由反应⑤-反应⑥可得S(g) S(s) ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小
⑦2Al(s)+ O2(g) Al2O3(s) ΔH7
⑧2Fe(s)+ O2(g) Fe2O3(s) ΔH8
由反应⑦-反应⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s) 2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=ΔH7-ΔH8,已知铝热反应为放
热反应,故ΔH<0,ΔH7<ΔH8。
典例 关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
①C (aq)+H+(aq) HC (aq) ΔH1
②C (aq)+H2O(l) HC (aq)+OH-(aq) ΔH2
③OH-(aq)+H+(aq) H2O(l) ΔH3
④OH-(aq)+CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2<0 B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0 ΔH4>0 D.ΔH3>ΔH4
思路点拨
B
解析 ①:HC (aq) C (aq)+H+(aq)为HC 的电离,电离吸热,C (aq)+H+(aq) HC
(aq)是其逆过程,则ΔH1<0;②:C (aq)+H2O(l) HC (aq)+OH-(aq)属于水解过程,水解
一般吸热,ΔH2>0,A错误、B正确。④:OH-(aq)+CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H2O(l)属于
中和反应,则ΔH4<0,C错误;④-③得⑤:CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H+(aq) ΔH5,电离吸
热,ΔH4-ΔH3=ΔH5>0,故ΔH4>ΔH3,D错误。
学科素养 情境破
某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环,其中涉及反应为CO2(g)+4H2(g)
2H2O(g)+CH4(g) ΔH<0。该反应中涉及的H2和CH4都是重要的化工原料和燃料,其中CH4-CO2
发生催化重整还可以获得合成气(CO、H2)。(情境选自2022年海南卷16题)
情境探究
素养 证据推理与模型认知——正确理解化学反应中的热效应
提示 根据题中信息可写出电解水时的热化学方程式:2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+572
kJ·mol-1。据此可得H2(g)+ O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1,即H2的燃烧热ΔH=-286 kJ·mol-1。
问题1 已知:电解液态水制备1 mol O2(g)时,电解反应的ΔH=+572 kJ·mol-1。由此计算H2的燃
烧热ΔH。
问题2 已知:CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完
成该反应过程的能量变化示意图。
提示 该反应为放热反应,生成物总能量小于反应物总能量,结合|ΔH|>Ea,可在图像中画出反
应过程中的能量变化示意图。
问题3 CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气,还对温室气体的减排具有重要意义。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)+ O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1
请写出CH4-CO2催化重整反应的热化学方程式,结合该热化学方程式的书写简要阐述做题的
依据。
提示 将题给3个热化学方程式依次记作①、②、③,根据盖斯定律,由③×2-①-②可得:
CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247 kJ·mol-1。
书写该热化学方程式的依据是盖斯定律,一个化学反应不管是一步完成还是分多步完成,反
应的热效应是相同的;化学反应的反应热只和反应体系的始态和终态有关,与反应途径无
关。根据盖斯定律不仅可以计算ΔH和书写热化学方程式,还可以比较ΔH的大小等。
例题 一定条件下,用甲烷可以减少氮氧化物(NOx)的污染。
已知:①CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
②CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2
现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体,用16 g甲烷气体催化还
原该混合气体,恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气,共放出1 042.8 kJ热量。
(1)该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为 。
(2)已知上述热化学方程式中ΔH1=-1 160 kJ/mol,则ΔH2= 。
(3)结合反应①、②写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式,若
求其ΔH,还需知道 的ΔH。
(4)在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体,写出该反应的热化学方程式:
。
典例呈现
素养解读 本题是以用CH4减少NOx的污染为载体,考查盖斯定律的应用与反应热的计算等
知识。体现了证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取 根据在相同条件下对H2的相对密度为17,可求出混合气体中NO和NO2的物质的
量关系;利用盖斯定律可写出反应CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)的热化学方程
式,据此可完成ΔH2的计算;同理,根据盖斯定律也可以写出NO分解反应的热化学方程式。
解题思路 (1)设混合气体中NO、NO2的物质的量分别为x mol和y mol,则 g/mol=2
g/mol×17,解得x∶y=3∶1。(2)16 g CH4的物质的量为1 mol,根据盖斯定律, (①+②)得CH4(g)
+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH= (ΔH1+ΔH2),NO和NO2的物质的量之比为3∶1,
当其完全转化为N2时,分别和NO、NO2反应的CH4的物质的量之比为 ∶ =3∶2,即和NO、
NO2反应的CH4分别为0.6 mol和0.4 mol,和NO反应放出0.6 mol×1 160 kJ/mol=696 kJ热量,和
NO2反应放出1 042.8 kJ-696 kJ=346.8 kJ热量;0.4 mol CH4和NO2反应放出热量为0.5
×0.4 mol=0.2 mol× =346.8 kJ,ΔH2<0,解得ΔH2=-574 kJ/mol。
(3)结合上小题CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH= (ΔH1+ΔH2),要求CH4(g)+
2NO2(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)的ΔH,还缺少H2O(l) H2O(g)[或H2O(g) H2O(l)]的ΔH。
(4)NO分解为NO2和N2的化学方程式为4NO(g) 2NO2(g)+N2(g),根据盖斯定律, (①-②)得
4NO(g) 2NO2(g)+N2(g),ΔH= = kJ/mol=-293 kJ/mol。
答案 (1)3∶1 (2)-574 kJ/mol (3)H2O(l) H2O(g)[或H2O(g) H2O(l)]
(4)4NO(g) 2NO2(g)+N2(g) ΔH=-293 kJ/mol
反应热是中学化学的重要内容,是高考试题中考查的重点和热点,该题型能够很好地考
查学生综合分析问题的能力。题目命题角度灵活,但形式比较稳定,大都是与其他化学反应
原理相互融合,以一定的工业生产为背景,在几个已知热化学方程式的基础上运用盖斯定律
进行反应焓变的计算以及热化学方程式的书写。解答此类题目的关键是充分理解盖斯定律
的本质,建立科学的思维模型,掌握解题的技巧方法。
思维升华第一章 化学反应的热效应
第二节 反应热的计算
第2课时 反应热的计算
基础过关练
题组一 反应热的相关计算
1.工业上PCl3可通过下列反应制取:P4(g)+6Cl2(g) 4PCl3(g)(已知P4为正四面体结构,如图),断裂1 mol P—P、1 mol Cl—Cl、1 mol P—Cl需要吸收的能量分别为a kJ、b kJ、c kJ,该反应的ΔH为( )
A.(12c-6a-6b) kJ·mol-1
B.(4a+6b-12c) kJ·mol-1
C.(a+6b-12c) kJ·mol-1
D.(6a+6b-12c) kJ·mol-1
2.合成氨工业中的氢气可由天然气和水反应制备,其主要反应为CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+162 kJ·mol-1,断裂化学键所需能量如表,则断裂1 mol C—H所需吸收的能量为 ( )
化学键 H—O C O H—H
断裂1mol化学键 需要吸收的能量/kJ 464 803 436
A.207 kJ B.414 kJ C.632 kJ D.828 kJ
3.(教材习题改编)已知:①2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH1=-571.6 kJ/mol
②H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH2=-241.8 kJ/mol
③CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-890.3 kJ/mol
请回答下列问题:
(1)H2的燃烧热为 kJ/mol;等质量的H2和CH4完全燃烧生成H2O(l),放出热量较多的是 。
(2)112.0 L(标准状况)H2和CH4的混合气体充分燃烧生成H2O(l),放出3 242.5 kJ热量,则混合气体中CH4的体积分数为 。
(3)写出CH4燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式: 。
题组二 反应热的判断与大小比较
4.下列各组热化学方程式中,ΔH的比较正确的是 ( )
①C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1
C(s)+O2(g) CO(g) ΔH2
②S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH3
S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH4
③H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH5
2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH6
④CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s) ΔH7
CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH8
A.ΔH1<ΔH2 B.ΔH3<ΔH4
C.ΔH5<ΔH6 D.ΔH7>ΔH8
5.(经典题)已知:①2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH1
②3H2(g)+Fe2O3(s) 2Fe(s)+3H2O(g) ΔH2
③2Fe(s)+O2(g) Fe2O3(s) ΔH3
④2Al(s)+O2(g) Al2O3(s) ΔH4
⑤2Al(s)+Fe2O3(s) Al2O3(s)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0 B.ΔH5>0
C.ΔH4<ΔH3 D.ΔH1=ΔH2+ΔH3
能力提升练
题组 反应热知识的综合应用
1.以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水制氢流程如图。
已知氢气燃烧热ΔH=-286 kJ·mol-1,ΔH3为 ( )
A.+172 kJ·mol-1 B.+400 kJ·mol-1
C.+29 kJ·mol-1 D.+254 kJ·mol-1
2.(经典题)(2024河南濮阳月考)回答下列问题:
(1)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合并在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料:4Al(s)+3TiO2(s)+3C(石墨,s) 2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1 176 kJ·mol-1,则反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为 。
(2)下表是断裂部分化学键所需吸收的能量数据。
化学键 P—P P—O O O P O
断裂1mol化学键 需吸收的能量/kJ 198 360 498 x
①已知1 mol白磷完全燃烧生成固态P4O10的ΔH=-2 982 kJ·mol-1,白磷(P4)、P4O6、P4O10的结构如图所示,则表中x= 。
②0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6,放出的热量为
kJ。
3.25 ℃、101 kPa下,磷与氯气反应时各状态间的能量(单位为kJ·mol-1)变化如图所示。已知:E1=E2-274.4 kJ·mol-1=E3-495.2 kJ·mol-1=E4-626 kJ·mol-1=E5-1 703.6 kJ·mol-1=E6-1 774 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)依据图示写出各反应的焓变:
6Cl2(g)+P4(白磷,s) 4PCl3(g) ΔH1= ;
5Cl2(g)+2P(红磷,s) 2PCl5(g) ΔH2= ;
Cl2(g)+PCl3(l) PCl5(s) ΔH3= 。
(2)已知25 ℃、101 kPa下:
①P4(白磷,s)+5O2(g) 2P2O5(s) ΔH4
②4P(红磷,s)+5O2(g) 2P2O5(s) ΔH5
则ΔH4 (填“>”“=”或“<”)ΔH5。
(3)黑磷与白磷、红磷互为同素异形体,已知P4(白磷,s) 4P(黑磷,s) ΔH=-157.2 kJ·mol-1,则红磷、白磷、黑磷的稳定性从高到低的顺序
为 (填名称)。
(4)25 ℃、101 kPa下 ,将1.86 g红磷在2.24 L(已换算成标准状况)Cl2中引燃,生成了大量的白色烟雾,完全反应后,若红磷和Cl2均无剩余且生成的每种产物均只有一种状态,此时放出的热量为 kJ。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.B 4.A 5.C
1.D P4为正四面体结构,含有6个P—P(破题关键),ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量=(6a+6b-12c) kJ·mol-1。
2.B 在化学反应中,旧键断开吸收能量,新键形成释放能量,ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量,设断裂1 mol C—H需要吸收的能量为a kJ,则ΔH=(4×a+4×464-2×803-4×436) kJ·mol-1=+162 kJ·mol-1,解得a=414。
3.答案 (1)285.8 H2 (2)60% (3)CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802.3 kJ/mol
解析 (1)根据反应①可知2 mol H2完全燃烧生成H2O(l)时放热571.6 kJ,则H2的燃烧热为285.8 kJ/mol;根据反应①、③可分别求出1 g H2、CH4完全燃烧生成H2O(l)放出的热量分别为=142.9 kJ、≈55.6 kJ,故等质量的H2和CH4完全燃烧,H2放出的热量较多。(2)设混合气体中H2和CH4的物质的量分别为x mol和y mol,依据题意得x+y=和285.8x+890.3y=3 242.5,解得x=2、y=3,故混合气体中CH4的体积分数为×100%=60%。(3)根据盖斯定律,②×2-①+③得CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH=(-241.8×2+571.6-890.3)kJ/mol=-802.3 kJ/mol。
4.A 等质量的C完全燃烧放出的热量比不完全燃烧放出的热量多,故有ΔH2>ΔH1,A正确;S(s)具有的总能量比等质量的S(g)小,故等质量S(s)比S(g)完全燃烧放出的热量少,故ΔH3>ΔH4,B错误;根据|ΔH|与热化学方程式化学式前的化学计量数呈正比,可知H2(g)+O2(g) H2O(l),2H2(g)+O2(g) 2H2O(l),2ΔH5=ΔH6<0,则有ΔH5>ΔH6,C错误;CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s)是放热反应,即ΔH7<0,而CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)为吸热反应,即ΔH8>0,则有ΔH7<ΔH8,D错误。
5.C 燃烧反应为放热反应,所以ΔH1<0,A错误;Al与Fe2O3的反应属于铝热反应,铝热反应是放热反应,所以ΔH5<0,B错误;根据盖斯定律,将反应④-③得2Al(s)+Fe2O3(s) Al2O3(s)+2Fe(s) ΔH5=ΔH4-ΔH3<0,则ΔH4<ΔH3,C正确;根据盖斯定律,将反应②+③得3H2(g)+O2(g) 3H2O(g) ΔH2+ΔH3,与反应①进行比较,可得出ΔH1=(ΔH2+ΔH3),D错误。
能力提升练
1.A 读图是解答本题的关键,在题述类流程图中箭头指入物质为反应物,箭头指出物质为生成物(解题技法)。反应①为SO2(g)+I2(g)+2H2O(l) H2SO4(aq)+2HI(g) ΔH1=-213 kJ·mol-1;反应②为H2SO4(aq) SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l) ΔH2=+327 kJ·mol-1;根据盖斯定律可知,反应①+反应②得反应④I2(g)+H2O(l) 2HI(g)+1/2O2(g) ΔH4=+114 kJ·mol-1;氢气燃烧热ΔH=-286 kJ·mol-1,则反应⑤H2(g)+1/2O2(g) H2O(l) ΔH5=-286 kJ·mol-1;反应③为2HI(g) I2(g)+H2(g),根据盖斯定律可知,反应③=-(反应④+反应⑤),则ΔH3=-(+114 kJ·mol-1-286 kJ·mol-1)=+172 kJ·mol-1。
2.答案 (1)98 kJ (2)①585 ②819
解析 (1)由反应4Al(s)+3TiO2(s)+3C(石墨,s) 2Al2O3(s)+3TiC(s)可知,转移12 mol电子放出热量1 176 kJ,则反应过程中每转移1 mol电子放出的热量为 kJ=98 kJ。
(2)①由题意可知,白磷燃烧生成P4O10(s)的热化学方程式为P4(s)+5O2(g) P4O10(s) ΔH=-2 982 kJ·mol-1,由ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量,可得(198×6+498×5-360×12-4x) kJ·mol-1=-2 982 kJ·mol-1,解得x=585。
②由题意可知,白磷燃烧生成P4O6的化学方程式为P4(s)+3O2(g) P4O6(s),由ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量,可得ΔH=(198×6+498×3-360×12) kJ·mol-1=-1 638 kJ·mol-1,则0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6放出的热量为0.5 mol×1 638 kJ·mol-1=819 kJ。
3.答案 (1)-1 148 kJ·mol-1 -714.6 kJ·mol-1 -123.8 kJ·mol-1 (2)< (3)黑磷>红磷>白磷 (4)19.364
解析 (1)由题图可知,ΔH1=E4-E6=(E1+626 kJ·mol-1)-(E1+1 774 kJ·mol-1)=-1 148 kJ·mol-1;ΔH2===-714.6 kJ·mol-1;ΔH3===-123.8 kJ·mol-1。(2)由题图可知,白磷转化为红磷的反应为P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=E5-E6=(E1+1 703.6 kJ·mol-1)-(E1+1 774 kJ·mol-1)=-70.4 kJ·mol-1,由盖斯定律可知,反应①-②得反应P4(白磷,s) 4P(红磷,s),则ΔH=ΔH4-ΔH5<0,ΔH4<ΔH5。(3)根据(2)可知P4(白磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=-70.4 kJ·mol-1 ⅰ,则等质量时含有的能量:白磷>红磷;P4(白磷,s) 4P(黑磷,s) ΔH=-157.2 kJ·mol-1 ⅱ,则等质量时含有的能量:白磷>黑磷;根据盖斯定律,ⅰ-ⅱ可得4P(黑磷,s) 4P(红磷,s) ΔH=+86.8 kJ·mol-1,则等质量时的能量:红磷>黑磷,由于物质的能量越高稳定性越差,故物质的稳定性:黑磷>红磷>白磷。(4)由题图可知,2P(红磷,s)+3Cl2(g) 2PCl3(l) ΔH6===-604.2 kJ·mol-1,2P(红磷,s)+5Cl2(g) 2PCl5(s) ΔH7===-851.8 kJ·mol-1,设Cl2与红磷反应生成PCl3(l)为x mol、生成PCl5(s)为y mol,由题意可得:①(x+y) mol=,②(3x+5y) mol=×2,解得x=0.05、y=0.01,则反应放出的热量为×0.01 mol+×0.05 mol=19.364 kJ。
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