课时训练2 热化学方程式 反应焓变的计算
基础夯实
1.今有如下三个热化学方程式: H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1 H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=b kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=c kJ·mol-1下列关于它们的表述正确的是( ) A.它们都是吸热反应 B.a、b和c均为正值 C.a=b D.2b=c
解析：根据热化学方程式书写中反应热表示方法的规定即ΔH为“-”表示放热,ΔH为“+”表示吸热,可判断H2燃烧放出的热量应为负值,因为燃烧反应为放热反应,故A、B错;根据相同物质的反应,聚集状态不同,反应热不同可判断a≠b,故C错;根据相同反应,反应热与可燃物的物质的量成正比可判断2b=c。 答案：D
2.已知:H2(g)+F2(g)2HF(g) ΔH=-270 kJ·mol-1,下列说法不正确的是( ) A.44.8 L氟化氢气体分解成22.4 L的氢气和22.4 L的氟气吸收270 kJ热量 B.1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量大于270 kJ C.相同条件下,1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和高于2 mol氟化氢气体的能量 D.2 mol H—F键的键能比1 mol H—H键和1 mol F—F键的键能之和大270 kJ
解析：A项44.8 L HF未指明所处的状态,其物质的量不一定为2 mol,错误;因HF(g)的能量较HF(l)的高,故B项正确;由题意知生成HF的反应是放热反应,故可知C、D项正确。 答案：A
3.已知下列数据:
Fe(s)+O2(g)FeO(s) ΔH1=-272 kJ·mol-1 2Al(s)+O2(g)Al2O3(s) ΔH2=-1 675 kJ·mol-1 则2Al(s)+3FeO(s)Al2O3(s)+3Fe(s)的ΔH是( )(导学号52160104) A.+859 kJ·mol-1 B.-859 kJ·mol-1 C.-1 403 kJ·mol-1 D.-2 491 kJ·mol-1
解析：据盖斯定律知:ΔH=ΔH2-3ΔH1=-1 675 kJ·mol-1+3×272 kJ·mol-1=-859 kJ·mol-1,B正确。 答案：B
4.气体打火机以丁烷 (C4H10)为燃料。已知:CH3CH2CH2CH3(g)+6.5O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 878 kJ·mol-1 (CH3)2CHCH3(g)+6.5O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 869 kJ·mol-1 下列说法正确的是( )
A.正丁烷分子储存的能量大于异丁烷分子 B.正丁烷的稳定性大于异丁烷
C.异丁烷转化为正丁烷的过程是一个放热过程 D.异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多
解析：从反应的热化学方程式可以看出,在同样的条件下,正丁烷放热比异丁烷多,故A正确;物质的能量越高越不稳定,因此稳定性异丁烷大于正丁烷,故B错;异丁烷转化为正丁烷能量增多,因此是一个吸热过程,故C错;由烃的结构特点可知氢原子数相同,两者碳氢键个数必相
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等,故D错。 答案：A
5.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)+3H2(g)B.N2(g)+3H2(g)C.N2(g)+H2(g)D.N2(g)+H2(g)
2NH3(l)
ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1
2NH3(g)
ΔH=2(b-a) kJ·mol-1
NH3(l)
ΔH=(b+c-a) kJ·mol-1
NH3(g)
ΔH=(a+b) kJ·mol-1
解析：由图可以看出, mol N2(g)+ mol H2(g)的能量为a kJ,1 mol NH3(g)的能量为b kJ,所以N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a-b) kJ·mol-1,而1 mol的NH3(g)转化为1 mol的NH3(l)放出的热量为c kJ,所以H2(g)+N2(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
6.已知:①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
则制备水煤气的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH为( ) A.+262.6 kJ·mol-1 B.-131.3 kJ·mol-1 C.-352.3 kJ·mol-1 D.+131.3 kJ·mol-1
解析：据盖斯定律,把已知两个反应相加减,可求得制备水煤气反应的ΔH。由①-②得2C(s)+O2(g)-2H2(g)-O2(g)2CO(g)-2H2O(g) ΔH=-221.0 kJ·mol-1-(-483.6 kJ·mol-1),即2C(s)+2H2O(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=+262.6 kJ·mol-1,则C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的ΔH为+262.6 kJ·mol-1÷2=+131.3 kJ·mol-1。 答案：D
7.下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是( ) (导学号52160105) 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 ④CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH7 CaO(s)+H2O(l)A.①
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Ca(OH)2(s) ΔH8 B.④ C.②③④ D.①②③
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解析：①中前式减后式整理得:CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2;②中前式减后式得S(s)S(g) ΔH=ΔH3-ΔH4>0,故ΔH3>ΔH4;③中ΔH6=2ΔH5,且ΔH6、ΔH5均小于零,故ΔH5>ΔH6;④中ΔH7>0,ΔH8<0,故ΔH7>ΔH8。 答案：C
8.如图所示是298 K时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图,下列叙述正确的是( ) A.该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1 B.a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线 C.加入催化剂,该化学反应的反应热改变 D.该反应为吸热反应
解析：热化学方程式中,必须注明各物质的状态,该反应是放热反应,A正确、D错误;b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线,B错误;加入催化剂不能改变反应的反应热,C错误。 答案：A
9.依据叙述,写出下列反应的热化学方程式。
(1)若适量的N2和O2完全反应,每生成23 g NO2需要吸收16.95 kJ热量。其热化学方程式为
。
(2)用NA表示阿伏加德罗常数的值,在C2H2(气态)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。其热化学方程式为
。
(3)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol NN键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为
。
解析：根据反应热的定义计算出吸放热的数值,同时注意物质的状态,再书写相应的热化学方程式即可。
答案：(1)N2(g)+2O2(g)2NO2(g)
ΔH=+67.8 kJ·mol-1
(2)C2H2(g)+O2(g)
2CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-1 300 kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
10.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的ΔH1和ΔH2表示生成1 mol产物的数据)。 (导学号52160106)
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根据上图完成下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式
。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式
。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3= ,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4 ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析：(1)由图可以看出,1 mol P在Cl2中完全燃烧生成PCl3时放出的热量为306 kJ·mol-1,所以P与Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为P(s)+Cl2(g)PCl3(g) ΔH1=-306 kJ·mol-1。
(2)中间产物PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量,其ΔH2=-93 kJ·mol-1,所以PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。
(3)由盖斯定律可知,一步反应生成PCl5和两步反应生成PCl5的总热效应相等,即ΔH3=-399 kJ·mol-1。 答案：(1)P(s)+Cl2(g)PCl3(g)
-1
ΔH1=-306 kJ·mol (2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
11.将0.3 mol的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,该反应的热化学方程式为
。
又已知:H2O(g)H2O(l) ΔH1=-44.0 kJ·mol-1,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是 kJ。
解析：0.3 mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5 kJ热量,则1 mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为1 mol×=2 165 kJ,因此乙硼烷燃烧的热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1。由于1 mol水汽化需吸热44 kJ,则3 mol液态水全部汽化吸热为3 mol×44 kJ·mol-1=132 kJ,所以1 mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热为2 165 kJ-132 kJ=2 033 kJ,则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是0.5 mol×2 033 kJ·mol-1=1 016.5 kJ。 答案：B2H6(g)+3O2(g)B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1 1 016.5
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12.(1)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和水蒸气。已知室温下1 g甲硅烷自燃放出热量44.6 kJ,其热化学方程式是:
。
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(2)使Cl2(g)和H2O(g)通过灼热的炭层,生成HCl(g)和CO2(g)是放热反应,当1 mol Cl2(g)参与反应时释放145 kJ的热量,写出此反应的热化学方程式:
。
(3)家用液化气中的主要成分之一是丁烷,当10 kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出的热量是5×105 kJ,试写出丁烷燃烧的热化学方程式:
。
解析：(1)1 mol SiH4完全燃烧生成SiO2(s)和H2O(g)时,放出热量为32×44.6 kJ=1 427.2 kJ,故其热化学方程式为:SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1。
(2)由题意可知Cl2、H2O和C发生反应的化学方程式为2Cl2+2H2O+C4HCl+CO2,2 mol Cl2参加反应释放出的热量为2×145 kJ=290 kJ,故其热化学方程式为:2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1。
(3)1 mol丁烷完全燃烧生成CO2(g)和液态水时,放出的热量为58 g×=2 900 kJ,故其热化学方程式为:C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 900 kJ·mol-1。 答案：(1)SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(g) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1
(2)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1 (3)C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 900 kJ·mol-1
13.为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。 (导学号52160107) (1)实验测得5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式:
。
(2)由气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键被破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
化学键 键) 能H—N—H H N≡N /(kJ·mol-1436 391 946
已知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol-1。 试根据表中所列键能数据估算a的数值: 。
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知: C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ·mol-1 2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-2 599 kJ·mol-1
根据盖斯定律,计算298 K时由C(s,石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反应的焓变 。 解析：(1)设2 mol CH3OH(l)完全燃烧生成CO2气体和液态水放出的热量为Q。
则有,解得Q=1 452.8 kJ,所以甲醇燃烧的热化学方程式为2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 452.8 kJ·mol-1。
(2)反应热ΔH=a=E(反应物的键能之和)-E(生成物的键能之和)=3×436 kJ·mol-1+946 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
(3)ΔH=
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= -
=+226.7 kJ·mol-1。 答案：(1)2CH3OH(l)+3O2(g)
(2)-92
(3)+226.7 kJ·mol-1
2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 452.8 kJ·mol-1
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