热化学方程式的书写及反应热的计算

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热化学方程式的书写及反应热的计算

热化学方程式的书写及反应热的计算 考点1 热化学方程式的书写 ‎(1)概念:表示参加反应的物质的量和反应热关系的化学方程式。‎ ‎(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能量变化。‎ ‎(3)书写步骤 ‎【针对训练1】‎ ‎1.101 kPa时,1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体,放出890.3 kJ的热量,反应的热化学方程式为_______________________________________________________________________。‎ ‎2.0.3 mol的气态乙硼烷(分子式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的热量,则其热化学方程式为 。‎ ‎3.在25 ℃、101 kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________________________ 。‎ ‎4.下图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:_____________________________________。‎ 考点2 反应热计算的四种方法 ‎★★★★方法一 利用盖斯定律计算反应热并书写热化学反应方程式 11‎ 盖斯定律:对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应焓变都一样。即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。‎ 利用盖斯定律计算反应热(ΔH)的解题流程 ‎【针对训练2】‎ ‎1.【2018年全国卷Ⅰ】已知:2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)  ΔH1=-4.4 kJ·mol-1 ‎ ‎2NO2(g)===N2O4(g)  ΔH2=-55.3 kJ·mol-1‎ 则反应N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。‎ ‎2.【2018年全国卷II】CH4CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。‎ 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 该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1。‎ ‎3.【2018年全国卷III】SiHCl3在催化剂作用下发生反应:‎ ‎2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48 kJ·mol-1‎ ‎3SiH2Cl2(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。‎ ‎4.【2018年北京卷】近年来,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 11‎ 反应Ⅲ:S(s)+O2(g)===SO2(g)  ΔH3=-297 kJ·mol-1‎ 反应Ⅱ的热化学方程式:__________________________________________________。‎ ‎5.【2018年江苏卷】用水吸收NOx的相关热化学方程式如下:‎ ‎2NO2(g) +H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·mol−1‎ ‎3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol−1‎ 反应3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·mol−1。‎ ‎6.【2019全国II卷】已知:(g) ==(g) + H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol −1 ①‎ H2(g) + I2(g) == 2HI(g) ΔH2=−11.0 kJ·mol −1 ②‎ 对于反应:(g) + I2(g)=(g) + 2HI(g) ③ ΔH3=___________kJ·mol −1。‎ ‎7.【2019全国III卷】Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:‎ CuCl2(s)==CuCl(s) + ‎1‎‎2‎Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol −1‎ CuCl(s) + ‎1‎‎2‎O2(g) == CuO(s) + ‎1‎‎2‎Cl2(g) ΔH2=−20 kJ·mol −1‎ CuO(s) + 2HCl(g) == CuCl2(s) + H2O(g) ΔH3=−121 kJ·mol −1‎ 则4HCl(g)+O2(g)==2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。‎ ‎8.【2017年全国I】下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。‎ 通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为____________ _______、______________ ______,制得等量H2所需能量较少的是_____。‎ ‎9.【2017年全国II】正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:‎ ‎①C4H10(g)= C4H8(g) + H2(g) ΔH1‎ 11‎ 已知:②C4H10(g) +1/2O2(g)= C4H8(g) + H2O(g) ΔH2=—119 kJ·mol-1‎ ‎③H2(g) +1/2O2(g)= H2O(g) ΔH3=—242 kJ·mol-1‎ 反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。‎ ‎10.【2017年全国III】已知:As(s) + ‎3‎/2H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) ΔH1‎ H2(g) + ‎1‎/2O2(g)=H2O(l) ΔH2‎ ‎2As(s) +5/2O2(g) =As2O5(s) ΔH3‎ 则反应As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的ΔH = 。‎ ‎11.【2017年海南卷】已知:‎ ‎①2NaOH(s)+CO2(g)═Na2CO3(s)+H2O(g) △H1=﹣127.4kJ•mol﹣1‎ ‎②NaOH(s)+CO2(g)═NaHCO3(s) △H2=﹣131.5kJ•mol﹣1‎ 反应2NaHCO3(s)═Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的△H=    kJ•mol﹣1‎ ‎12.【2016年全国II】①2O2(g)+N2(g)=N2O4(l) ΔH1‎ ‎②N2(g)+2H2(g)=N2H4(l) ΔH2‎ ‎③O2(g)+2H2(g)=2H2O(g) ΔH3‎ ‎④2N2H4(l) + N2O4(l)= 3N2(g)+ 4H2O(g) ΔH4=-1048.9 kJ·mol-1‎ 上述反应热效应之间的关系式为ΔH4=________________________________,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为__________________________________________。‎ ‎13. 【2016.全国III】已知下列反应:‎ SO2(g)+2OH− (aq) =SO32- (aq)+H2O(l) ΔH1‎ ClO− (aq)+SO32- (aq) =SO42-(aq)+Cl− (aq) ΔH2‎ CaSO4(s) =Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3‎ 则反应SO2(g)+ Ca2+(aq)+ ClO− (aq) +2OH− (aq) = CaSO4(s) +H2O(l) +Cl− (aq)的ΔH= 。‎ ‎14.【2017年北京卷】氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。‎ 已知:TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)  ΔH1=+175.4kJ·mol-1‎ ‎2C(s)+O2(g)===2CO(g)  ΔH2=-220.9kJ·mol-1‎ ‎①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式:_________________。‎ 11‎ ‎15.已知:①Al2O3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g) ΔH1=+1 344.1 kJ·mol-1‎ ‎②2AlCl3(g)===2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1 169.2 kJ·mol-1‎ 由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为________________________。‎ ‎★★★方法二 利用键能计算反应热并书写热化学反应方程式 ‎(1)计算公式 ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。‎ ‎(2)计算关键:利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的数目,清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。‎ 物质 ‎(化学键)‎ CO2‎ ‎(C===O)‎ CH4‎ ‎(C—H)‎ P4‎ ‎(P—P)‎ SiO2‎ ‎(Si—O)‎ 石墨 ‎(C—C)‎ 金刚石 ‎(C—C)‎ S8‎ ‎(S—S)‎ Si ‎(Si—Si)‎ CO ‎()‎ 每个微粒所含键数 ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎4‎ ‎1.5‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎【针对训练3】‎ ‎1.【2018年天津】CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)‎ 已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:‎ 化学键 C—H C===O H—H ‎(CO)‎ 键能/kJ·mol-1‎ ‎413‎ ‎745‎ ‎436‎ ‎1 075‎ 则该反应的ΔH=__________________。‎ ‎2.【2015年全国I】已知反应2HI(g)==H2(g) + I2(g)的△H=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为______________kJ。‎ ‎3.【2015年全国II】甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:‎ ‎ ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1‎ ‎ ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H2‎ ‎ ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3‎ 回答下列问题:‎ 化学键 H-H C-O C≡O H-O C-H 11‎ E/(kJ·mol-1)‎ ‎436‎ ‎343‎ ‎1076‎ ‎465‎ ‎413‎ ‎(1)已知反应①中的相关的化学键键能数据如下:‎ 由此计算△H1= kJ·mol-1,已知△H2=—58 kJ·mol-1,则△H3= kJ·mol-1‎ ‎★方法三 利用总能量、活化能计算反应热并书写热化学反应方程式:‎ ΔH=E(生成物能量总和)-E(反应物能量总和)=E(反应物活化能总和)-E(生成物活化能总和)‎ ‎【针对训练4】‎ ‎1.二氧化碳回收利用是环保科学研究的热点课题。已知CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:‎ ‎2CO2(g)+6H2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g) ΔH ‎(1)几种物质的能量(kJ·mol-1)如表所示(在25 ℃、101 kPa条件下,规定单质的能量为0,测得其他物质生成时的反应热为其具有的能量):‎ 物质 CO2(g)‎ H2(g)‎ CH2CH2(g)‎ H2O(g)‎ 能量/(kJ·mol-1)‎ ‎-394‎ ‎0‎ ‎52‎ ‎-242‎ 则该反应的ΔH=________kJ·mol-1。‎ ‎(2)几种化学键的键能(kJ·mol-1)如表所示:‎ 化学键 CO H—H CC H—C H—O 键能/(kJ·mol-1)‎ ‎803‎ ‎436‎ ‎615‎ a ‎463‎ a=________。‎ 考点3 燃烧热、中和热、热值 ‎1.燃烧热 11‎ ‎2.中和热 ‎3.热值指单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量 ‎【针对训练5】‎ ‎1.1.5 g 火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)完全燃烧,放出50 kJ热量,则二甲基肼的燃烧热ΔH为 A.-1 000 kJ·mol-1 B.-1 500 kJ C.-2 000 kJ·mol-1 D.-2 000 kJ ‎2.联氨可用作火箭燃料,回答下列问题:‎ ‎(1)在发射“神舟”十一号的火箭推进器中装有肼(N2H4)和过氧化氢,当两者混合时即产生气体,并放出大量的热。已知:N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.6 kJ·mol-1;‎ H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1‎ 若用6.4 g液态肼与足量过氧化氢反应生成氮气和液态水,则整个过程中放出的热量为________。‎ 11‎ ‎(2)“嫦娥二号”卫星使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g),并放出大量热,已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。‎ ‎(3)火箭的常规燃料是液态四氧化二氮和液态肼(N2H4),N2O4作氧化剂,有人认为若用氟气代替四氧化二氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。已知:‎ ‎①N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534.0 kJ·mol-1‎ ‎②H2(g)+F2(g)===HF(g) ΔH=-269.0 kJ·mol-1‎ ‎③H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-242.0 kJ·mol-1‎ 请写出肼和氟气反应的热化学方程式: ____________________________________。‎ ‎(4)已知:①H2(g)===H2(l) ΔH=-0.92 kJ·mol-1‎ ‎②O2(g)===O2(l) ΔH=-6.84 kJ·mol-1‎ ‎③H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1‎ ‎④H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1‎ 请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式: _____________________________。‎ ‎3.如表所示是部分化学键的键能参数。‎ 化学键 P—P P—O O===O P===O 键能/(kJ·mol-1)‎ a b c x 已知白磷的燃烧热为d kJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图所示,则表中x=________________ kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代数式表示)。‎ 参考答案 ‎【针对训练1】‎ 答案:1.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1‎ ‎2.B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1‎ ‎3.C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-2Q kJ·mol-1‎ ‎4.NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g)  ΔH=-234 kJ·mol-1‎ 11‎ 解析:1.1 mol CH4完全燃烧需要2 mol O2生成1 mol CO2和2 mol液态H2O,故热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1。‎ ‎2.1 mol乙硼烷在氧气中燃烧放出的热量为649.5 kJ×=2 165 kJ,则其热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1。‎ ‎3.由题意可知生成n(CO2)=n(CaCO3)==1 mol,则由原子守恒可知,需要乙醇的物质的量为 mol,故热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)  ΔH=-2Q kJ·mol-1。‎ ‎4.由图可知其热化学方程式为NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=E1-E2=134 kJ·mol-1-368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1。‎ ‎【针对训练2】‎ ‎1.【答案】+53.1[解析] 把已知两反应按顺序编号为a、b,根据盖斯定律,a式×-b式可得:N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g) ΔH=+53.1 kJ·mol-1。‎ ‎2.【答案】+247 [解析]将题给已知三个反应依次编号为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。‎ ‎3.【答案】+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。4.【答案】3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1‎ ‎ [解析]由题图可知,反应Ⅱ的化学方程式为3SO2+2H2O2H2SO4+S↓。根据盖斯定律,反应Ⅱ=-(反应Ⅰ+反应Ⅲ)可得:3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。‎ ‎5.【答案】-136.2 [解析]将题给已知两个反应依次编号为①、②,根据盖斯定律,由×①+×② =-116.1×+×75.9=-136.2 kJ·mol-1。‎ ‎6.【答案】89.3 [解析] 将题给已知两个反应相加即得反应③‎ ‎7.【答案】-116 [解析]ΔH = 2ΔH3 +2ΔH2 +2ΔH1=-116 kJ·mol-1‎ ‎8.【答案】H2O(l)===H2(g)+O2(g) ΔH=+286kJ·mol-1 ‎ H2S(g)===H2(g)+S(s) ΔH=+20kJ·mol-1  系统(Ⅱ)‎ 11‎ ‎[解析]系统(Ⅰ)制氢由ΔH1+ΔH2+ΔH3得出ΔH;系统(Ⅱ)制氢由ΔH2+ΔH3+ΔH4得出ΔH。‎ ‎9.【答案】+123 [解析]根据盖斯定律,反应①的ΔH1为②-③=—119 - (—242)= +123kJ·mol-1‎ ‎10.【答案】2ΔH1-3ΔH2-ΔH3‎ ‎11.【答案】+135.6 [解析]根据盖斯定律,反应2NaHCO3(s)═Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的△H=△H1-2△H2=﹣127.4 - (﹣131.5) ×2=+135.6 kJ·mol-1‎ ‎12.【答案】△H4=2△H3-2△H2-△H1 ;反应放热量大、产生大量气体 ‎13.【答案】△H1+△H2-△H3‎ ‎14.【答案】TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5kJ·mol-1‎ ‎15.【答案】Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·mol-1。把热化学方程式②颠倒过来,反应热的数值不变,符号相反可得③2Al(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)ΔH3=-ΔH2=-1169.2 kJ·mol-1。‎ 根据盖斯定律,由①+③可得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=ΔH1+ΔH3=+174.9 kJ·mol-1,即为Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式。‎ ‎【针对训练3】‎ ‎1.【答案】 +120 kJ·mol-1‎ ‎[解析] ΔH=[4×E(C—H)+2×E(CO)]-[2×E()+2×E(H—H)]=(4×413+2×745)kJ·mol-1-(2×1 075+2×436)kJ·mol-1=+120 kJ·mol-1。‎ ‎2.【答案】 +299kJ·mol-1‎ ‎[解析] ΔH=[2×E(I-H)]-[E(H-H)+E(I-I)]=11;则2×E(I-H)]=11+436+151;E(I-H)]=+299kJ·mol-1‎ ‎3.【答案】—99;+41‎ ‎[解析]△H1=[E(C≡O) + 2×E(H-H)]-[3×E(C-H)+E(C-O)+E(O-H)]=1076+2×436-(3×413+343+465)=-99kJ·mol-1‎ 根据盖斯定律△H3=△H2-△H1‎ ‎【针对训练4】‎ ‎1.【答案】:(1)-128 (2)409.25‎ ‎[解析]:(1)ΔH=E(生成物能量总和)-E(反应物能量总和)=(52-242×4-0+394×2) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1。‎ ‎(2)ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)=(803×4+436×6-615-4a-463×8)kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1,解得a=409.25。‎ ‎【针对训练5】‎ 11‎ ‎1.解析:选C 1.5 g二甲基肼的物质的量是0.025 mol,根据燃烧热的定义可知,1 mol二甲基肼完全燃烧放出的热量应该为×50kJ·mol-1=2 000 kJ·mol-1 ,即二甲基肼的燃烧热ΔH=-2 000 kJ·mol-1。‎ ‎2.【答案】:(1)163.52 kJ ‎(2)C2H8N2(l)+2N2O4(l)===2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) ΔH=-2 550.0 kJ·mol-1‎ ‎(3)N2H4(l)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 126.0 kJ·mol-1‎ ‎(4)H2(l)+O2(l)===H2O(g) ΔH=-237.46 kJ·mol-1‎ 解析:(1)6.4 g液态肼的物质的量为0.2 mol。由盖斯定律可知:液态肼与H2O2反应生成N2和液态水的热化学方程式:N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(l) ΔH=-(641.6+4×44)kJ·mol-1=-817.6 kJ·mol-1,故0.2 mol 液态肼放出的热量为0.2 mol×817.6 kJ·mol-1=163.52 kJ。‎ ‎(2)N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水,1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为×60 g=2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)+2N2O4(l)===2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) ΔH=-2 550.0 kJ·mol-1。‎ ‎(3)根据盖斯定律,由①+②×4-③×2得:N2H4(l)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g)ΔH=-1 126.0 kJ·mol-1。‎ ‎(4)根据盖斯定律,由④+③-①-②×得:H2(l)+O2(l)===H2O(g)ΔH=-237.46 kJ·mol-1。‎ ‎3.【答案】:(d+6a+5c-12b)‎ 解析:白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构,根据“反应热=反应物键能总和-生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式:6a+5c-(4x+12b)=-d,据此可得x=(d+6a+5c-12b)。‎ 11‎
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