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.(2024河南中原名校联考)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.(2024浙江台州月考)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.(2024湖南长沙雅礼中学月考)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)(2024广东深圳红岭中学质检)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.(2024重庆部分重点中学调研)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.(2023河南南阳一中月考)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。
