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化学反应与能量知识点习题
第二节化学反应热的计算
计算反应热的解题方法与技巧:
有关反应热的计算题很多,解答相关问题时,首先需要熟练掌握盖斯定律,其次,平时积累起来的计算机巧在反应热的计算中基本适用。
注意遵循:
质量守恒定律,能量守恒定律和盖斯定律。
【方法一】方程式加合法:
根据可直接测定的化学反应的反应热间接计算难以直接测定的化学反应的反应热,需要应用盖斯定律来分析问题。
解题时,常用已知反应热的热化学方程式相互加合(加、减等数学计算),得到未知反应热的热化学方程式,则相应的反应热做相同的加合即为所求的反应热。
例1.已知298K时下列两个反应焓变的实验数据:
反应1:
C(s)+O2(g)====CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1
反应2:
CO(g)+1/2O2(g)====CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·mol-1
计算在此温度下反应3:
C(s)+1/2O2(g)====CO(g)的反应焓变ΔH3
【思路分析】根据反应3找起点:
C(s),找终点:
CO(g);找出中间产物CO2(g);利用方程组消去中间产物:
反应1-反应2=反应3;列式ΔH1-ΔH2=ΔH3=-110.5kJ·mol-1
【方法二】十字交叉法:
十字交叉法是通常用来计算溶液浓缩及稀释、混合气体的平均组成、混合溶液中某离子浓度,混合物中某种成分的质量分数等得一种常见用法,一般能列出一个二元一次方程组来求解的命题,均可用十字交叉法,某些反应热的计算中也是可用十字交叉法。
例2已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为:
C(s,金刚石)+O2(g)====CO2(g)ΔH1=-395.41kJ·mol-1
C(s,石墨)+O2(g)====CO2(g)ΔH1=-393.51kJ·mol-1
若取金刚石和石墨混合晶体共1mol在O2中完全燃烧,产生热量为QkJ,则金刚石和石墨的物质的量之比为(用Q的代数式)
[思路分析]由十字交叉法
金刚石395.41Q-393.51
Q
石墨393.51395.41-Q可得二者物质的量比为
【方法三】平均值法:
平均值法特别适用于缺少数据而不能直接求解的计算。
当两种或两种以上物质混合时,不论以任何比例混合,总存在一个平均值,解题时只要抓住平均值,就能避繁就简,迅速解题。
平均值法有:
平均相对分子质量法、平均分子式法、平均体积法、平均原子法和平均反应热法等。
平均反应热法是利用两种混合物中每摩尔物质在反应中的反应热的平均值推断混合物质组成的解题方法,常用于有两种物质反应热的计算。
CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-889.5kJ·mol-1
C2H6(g)+
O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1583.4kJ·mol-1
C2H4(g)+3O2(g)==2CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-1409.6kJ·mol-1
C2H2(g)+
O2(g)==2CO2(g)+H2O(l)ΔH=-1298.4kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)==3CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-2217.8kJ·mol-1
如果1mol上述烃中的两种混合物完全燃烧后放出1518.8的热量,则下列组合不可能是()
A.CH4和C2H4B.CH4和C2H6C.C3H8和C2H6D.C3H8和C2H2
【思路分析】混合烃的平均燃烧热为1518.8kJ,则混合烃中,一种烃的燃烧热必大于1518.8kJ
另一种烃的燃烧热必小于1518.8kJ,代入各项进行比较,即可确定正确的选项。
答案:
AC
【方法四】关系式法:
对于多步反应,可根据各种关系(主要是化学方程式,守恒等),列出对应的关系式,快速地在要求的物质的数量与题目给出物质的数量之间建立定量关系,从而免除了设计中间过程的大量运算,不但节约运算时间,还避免了运算出错对计算结果的影响,是经常使用的方法之一。
例4.黄铁矿主要成分是FeS2.某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时,取0.1000g样品在空气中充分燃烧,将生成的SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后,用浓度为0.02000mol·L-1的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点,消耗K2Cr2O7溶液25.00ml。
已知:
SO2+Fe3++2H2O==SO42-+Fe2++4H+
Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O
(1)样品中FeS2的质量分数(假设杂质不参加反应)
(2)若燃烧6gFeS2产生的SO2全部转化为SO3气体时放出9.83kJ热量,产生的SO3与水全部化合生成H2SO4,
放出13.03kJ热量,写出SO3气体转化为H2SO4的热化学方程式
(3)煅烧10t上述黄铁矿,理论上产生SO2的体积(标准状况)为L,制得98%的硫酸的质量为t,
SO2全部转化为时放出的热量是kJ。
【思路分析】
(1)设样品有含有FeS2xg,根据关系式FeS2-2SO2-4Fe2+-
Cr2O72-得x=0.09g,因此得FeS2的质量分数90%.
(2)6gFeS2相当于0.05mol,生成的SO3共0.1mol,因此热化学方程式可表示为:
SO3(g)+H2O(l)==H2SO4(l)ΔH=-130.3kJ·mol-1
(3)设有xLSO2生成,ytH2SO4生成,根据关系式求解:
FeS2-2SO2-2H2SO4
12044.8196
10×90%×106xy×98%×106
列比例式解得x=3.36×106L相当于y=15t.
由
(2)得0.1molSO2完全转化SO3时放出9.83kJ的热量,0.1molSO3完全转化为H2SO4放出13.03kJ的热量,因此得当0.1molSO2完全转化H2SO4时共放出热量因此22.86kJ.当有1.5×105mol完全转化为H2SO4放出的热量为22.86kJ×1.5×106=3.43×107kJ
【答案】
(1)90%
(2)SO3(g)+H2O(l)==H2SO4(l)ΔH=-130.3kJ·mol-1
(3)3.36×106153.43×107
1.理解盖斯定律的意义。
2.能用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的简单计算。
一、盖斯定律
1.含义
(1)不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同的。
(2)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,
ΔH1、ΔH2、ΔH3之间有如下的关系:
ΔH1=ΔH2+ΔH3。
2.意义
利用盖斯定律,可以间接地计算一些难以测定的反应热。
例如:
C(s)+
O2(g)===CO(g)
上述反应在O2供应充分时,可燃烧生成CO2;O2供应不充分时,虽可生成CO,但同时还部分生成CO2。
因此该反应的ΔH不易测定,但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1
(2)CO(g)+
O2(g)===CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·mol-1
根据盖斯定律,就可以计算出欲求反应的ΔH。
分析上述两个反应的关系,即知:
ΔH=ΔH1-ΔH2。
则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1。
二、反应热的计算
1.根据热化学方程式进行物质和反应热之间的求算
例1由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气放出60.45kJ的热量,则反应:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)的ΔH
A.-483.6kJ·mol-1B.-241.8kJ·mol-1
C.-120.6kJ·mol-1D.+241.8kJ·mol-1
答案 A解析 已知4.5g水蒸气生成时放热60.45kJ,要求方程式中生成2molH2O(g)的ΔH,
比例关系:
=
解得Q=483.6kJ,故ΔH=-483.6kJ·mol-1。
2.利用燃烧热数据,求算燃烧反应中的其它物理量
例2 甲烷的燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol-1,1kgCH4在25℃,101kPa时充分燃烧生成液态水放出的热量约为( )
A.-5.56×104kJ·mol-1B.5.56×104kJ·mol-1
C.5.56×104kJD.-5.56×104kJ
解析 16gCH4燃烧放出890.3kJ热量,1kgCH4燃烧放出的热量为
×1000g=55643.75kJ≈5.56×104kJ。
答案 C
3.利用盖斯定律的计算
例3 已知下列热化学方程式:
①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)ΔH1=-26.7kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH2=-50.75kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)ΔH3=-36.5kJ·mol-1
则反应FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)的焓变为( )
A.+7.28kJ·mol-1B.-7.28kJ·mol-1
C.+43.68kJ·mol-1D.-43.68kJ·mol-1
答案A解析 根据盖斯定律,首先考虑目标反应与三个已知反应的关系,三个反应中,FeO、CO、Fe、CO2是要保留的,而与这四种物质无关的Fe2O3、Fe3O4要通过方程式的叠加处理予以消去:
因此将①×3-②-③×2得到:
6FeO(s)+6CO(g)=6Fe(s)+6CO2(g)ΔH=+43.65kJ·mol-1
化简:
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)ΔH=+7.28kJ·mol-1
知识点一 盖斯定律及应用
1.运用盖斯定律解答问题
通常有两种方法:
其一,虚拟路径法:
如C(s)+O2(g)===CO2(g),
可设置如下:
ΔH1=ΔH2+ΔH3
其二:
加合(或叠加)法:
即运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。
如:
求P4(白磷)===4P(红磷)的热化学方程式。
已知:
P4(s,白磷)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH1①
4P(s,红磷)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH2②
即可用①-②得出白磷转化为红磷的热化学方程式。
答案 P4(白磷)===4P(红磷) ΔH=ΔH1-ΔH2
2.已知:
H2O(g)===H2O(l) ΔH=Q1kJ·mol-1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH=Q2kJ·mol-1
C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)ΔH=Q3kJ·mol-1
若使46g酒精液体完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为( )
A.(Q1+Q2+Q3)KjB.0.5(Q1+Q2+Q3)kJ
C.(0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3)kJD.(3Q1-Q2+Q3)kJ
答案 D
解析 46g酒精即1molC2H5OH(l)
根据题意写出目标反应
C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH
然后确定题中各反应与目标反应的关系
则ΔH=(Q3-Q2+3Q1)kJ·mol-1
知识点二 反应热的计算
3.已知葡萄糖的燃烧热是ΔH=-2840kJ·mol-1,当它氧化生成1g液态水时放出的热量是( )
A.26.0kJ B.51.9kJC.155.8kJ D.467.3kJ
答案 A
解析 葡萄糖燃烧的热化学方程式是
C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)
ΔH=-2840kJ·mol-1
据此建立关系式 6H2O ~ ΔH
6×18g2840kJ
1gxkJ
解得x=
=26.3kJ,A选项符合题意。
4.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1
CO(g)+
O2(g)===CO2(g)ΔH=-282.8kJ·mol-1
现有CO、H2、CO2组成的混合气体67.2L(标准状况),经完全燃烧后放出的总热量为710.0kJ,并生成18g液态水,则燃烧前混合气体中CO的体积分数为( )
A.80%B.50%C.60%D.20%
答案 B解析 根据生成18g液态H2O知混合气体中含1molH2,该反应产生的热量为
kJ=
285.8kJ。
CO燃烧放出的热量为710.0kJ-285.8kJ=424.2kJ,则CO的物质的量为n(CO)=
=1.5mol,V(CO)%=
×100%=50%。
1.已知:
(1)Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s)ΔH=-348.3kJ·mol-1
(2)2Ag(s)+1/2O2(g)===Ag2O(s)ΔH=-31.0kJ·mol-1
则Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于( )
A.-317.3kJ·mol-1B.-379.3kJ·mol-1
C.-332.8kJ·mol-1D.+317.3kJ·mol-1
答案 A解析 ΔH=ΔH1-ΔH2=-348.3kJ·mol-1-(-31.0kJ·mol-1)=-317.3kJ·mol-1
2.已知25℃、101kPa条件下:
4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s)ΔH=-2834.9kJ·mol-1
4Al(s)+2O3(g)===2Al2O3(s)ΔH=-3119.1kJ·mol-1
由此得出的正确结论是( )
A.等质量的O2比O3能量低,由O2变为O3为吸热反应
B.等质量的O2比O3能量低,由O2变为O3为放热反应
C.O3比O2稳定,由O2变为O3为吸热反应
D.O2比O3稳定,由O2变为O3为放热反应
答案 A解析 将两个热化学方程式叠加处理得:
3O2(g)=2O3(g) ΔH=+284.2kJ·mol-1,所以O2变为O3的反应是吸热反应,O2的能量低,O2更稳定。
3.能源问题是人类社会面临的重大课题,H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质,它们的燃烧热依次为-285.8kJ·mol-1、-282.5kJ·mol-1、-726.7kJ·mol-1。
已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)。
则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为( )
A.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)ΔH=-127.4kJ·mol-1
B.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)ΔH=+127.4kJ·mol-1
C.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH=-127.4kJ·mol-1
D.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH=+127.4kJ·mol-1
答案 A解析 根据目标反应与三种反应热的关系,利用盖斯定律,首先计算出目标反应的反应热ΔH=2×(-285.8kJ·mol-1)+(-282.5kJ·mol-1)-(-726.7kJ·mol-1)=-127.4kJ·mol-1。
4.已知火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)的燃烧热为-6000kJ·mol-1,则30g二甲基肼完全燃烧放出的热量为( )
A.1500kJB.3000KjC.6000kJD.12000kJ
答案 B解析 二甲基肼的相对分子质量是60,30g二甲基肼是0.5mol,放出的热量是燃烧热的一半,即3000kJ。
练方法技巧
用关系式求反应热
5.在一定条件下,充分燃烧一定量的丁烷放出热量为QkJ(Q>0),经测定完全吸收生成的CO2需消耗5mol·L-1的KOH溶液100mL,恰好生成正盐,则此条件下反应C4H10(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(g)的ΔH为
A.+8QkJ·mol-1B.+16QkJ·mol-1
C.-8QkJ·mol-1D.-16QkJ·mol-1
答案 D解析 建立关系式:
C4H10 ~ 4CO2 ~ 8KOH ~ ΔH
1mol4mol8molΔH
5mol·L-1×0.1LQkJ
则ΔH=-
=-16QkJ·mol-1
6.比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系。
(1)S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH2ΔH1ΔH2
(2)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH2ΔH1ΔH2
(3)煤作为燃料有两种途径:
途径1——直接燃烧C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
途径2——先制水煤气C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2>0
再燃烧水煤气:
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0
ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是
答案
(1)>
(2)<
(3)ΔH1=ΔH2+
(ΔH3+ΔH4)
解析 ①反应热的大小与反应物、生成物的状态有关,与反应物的多少有关。
②比较ΔH时,应包括符号,对于放热反应,热值越大,ΔH越小。
7.发射卫星时可用肼(N2H4)作燃料,用二氧化氮作氧化剂,这两种物质反应生成氮气和水蒸气。
已知:
N2(g)+2O2(g)===2NO2(g)ΔH=+67.7kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534kJ·mol-1
H2(g)+
F2(g)===HF(g)ΔH=-269kJ·mol-1
H2(g)+
O2(g)===H2O(g)ΔH=-242kJ·mol-1
(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为;此反应用于火箭推进,除释放大量能量和快速产生大量气体外,还有一个很大的优点是。
(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,则反应释放的能量更大。
肼和氟反应的热化学方程式为_。
答案
(1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1135.7kJ·mol-1 产物无污染
(2)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g)ΔH=-1126kJ·mol-1
解析 写出目标反应,然后再利用题给条件计算出反应热,最后写出热化学方程式。
化学反应与能量——综合练习题
1.已知红磷要比白磷稳定,下列两个反应
P4(白磷,s)+5O2(g)====2P2O5(s)ΔH1
4P(红磷,s)+5O2(g)====2P2O5(s)ΔH2
则ΔH1和ΔH2的关系是:
A.ΔH1=ΔH2B.ΔH1.>ΔH2CΔH1<ΔH2D无法确定
2.有关键能数据如表
化学键
Si-O
O=O
Si-Si
键能/kJ·mol-1
x
498.8
176
晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式Si(s)+O2(g)=SiO2(s);ΔH=-989.2kJ·mol-1则表中的x值
A.460B.920C1165.2D423.3
3.已知:
:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)△H=―196.6kJ/mol,实验室测得4molSO2发生上述化学反应释放出314.3kJ热量,SO2的转化率最接近()
A.40%B.50%C.80%D90%
4.下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( )
A.生成物总能量一定低于反应物总能量
B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C.应用盖斯定律,可计算某些难以直接测量的反应焓变
D.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
答案 C
解析 放热反应生成物总能量低于反应物总能量,吸热反应生成物总能量高于反应物总能量,A错误;化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关,与吸热、放热反应无关,B错误;通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变,C正确;同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不会影响ΔH的值,D错误。
5.下列热化学方程式或离子方程式中,正确的是( )
A.甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ·mol-1
B.500℃、300MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),
放热19.3kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-38.6kJ·mol-1
C.氯化镁溶液与氨水反应:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
D.氧化铝溶于NaOH溶液:
A12O3+2OH-===2AlO
+H2O
答案 D
解析 由燃烧热的定义可知,水应以液态形式存在,故A项错误;N2与H2反应生成NH3为可逆反应,不能完全进行,故19.3kJ不是0.5molN2与1.5molH2完全反应放出的热量,故B项错误;NH3·H2O为弱电解质,在书写离子方程式时,应写成化学式的形式,故C项错误;氧化铝与NaOH溶液反应,生成物是NaAlO2,故D项正确。
6.已知:
(1)Fe2O3(s)+
C(s)===
CO2(g)+2Fe(s) ΔH1=+234.1kJ·mol-1
(2)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1
则2Fe(s)+
O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是( )
A.-824.4kJ·mol-1B.-627.6kJ·mol-1
C.-744.7kJ·mol-1D.-169.4kJ·mol-1
答案 A
解析
×
(2)-
(1)就可得2Fe(s)+
O2(g)===Fe2O3(s),则ΔH=
ΔH2-ΔH1=-824.4kJ·mol-1。
7.在微生物作用的条件下,NH
经过两步反应被氧化成NO
。
两步反应的能量变化示意图如下:
1第一步反应是________反应(选填“放热”或“吸热”),判断依据是
________________________________________________________________________。
②1molNH
(aq)全部氧化成NO
(aq)的热化学方
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