2019高考化学 难点剖析 专题32 热化学方程式讲解.doc

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专题32 热化学方程式 一、高考题再现 1．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： （1）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为______（写离子符号）；若所得溶液 c(HCO3−)∶c(CO32−)=2∶1，溶液pH=___________。（室温下，H2CO3的K1=410−7；K2=510−11） （2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气： CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g) ①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(CO) 键能/kJmol−1 413 745 436 1075 则该反应的ΔH=_________。分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A” 或“B ”）。 ②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是________。 （3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 电池的负极反应式：________。 电池的正极反应式：6O2+6e−6O2− 6CO2+6O2−3C2O42− 反应过程中O2的作用是________。 该电池的总反应式：________。 【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 （2）①化学反应的焓变应该等于反应物键能减去生成物的键能，所以焓变为(4413+2745)－ (21075+2436)= +120 kJmol-1。初始时容器A、B的压强相等，A容器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大（气体物质的量增加）；B容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是A中大，B中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以B的反应平衡更靠右，反应的更多，吸热也更多。 ②根据图3得到，900℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900℃为反应最佳温度。 （3）明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 2．（2018北京）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： （1）反应Ⅰ：2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJmol－1 反应Ⅲ：S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=－297 kJmol－1 反应Ⅱ的热化学方程式：________________。 （2）对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。 p2_______p 1（填“＞”或“＜”），得出该结论的理由是________________。 （3）I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。 i．SO2+4I－+4H+S↓+2I2+2H2O ii．I2+2H2O+__________________+_______+2 I－ （4）探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。（已知：I2易溶解在KI溶液中） 序号 A B C D 试剂组成 0.4 molL－1 KI a molL－1 KI 0.2 molL－1 H2SO4 0.2 molL－1 H2SO4 0.2 molL－1 KI0.0002 mol I2 实验现象 溶液变黄，一段时间后出现浑浊 溶液变黄，出现浑浊较A快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快 ①B是A的对比实验，则a=__________。 ②比较A、B、C，可得出的结论是______________________。 ③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A，结合i、ii反应速率解释原因：________________。 【答案】 3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJmol−1 > 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，H2SO4 的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大 SO2 SO42− 4H+ 0.4 I−是SO2歧化反应的催化剂，H+单独存在时不具有催化作用，但H+可以加快歧化反应速率 反应ii比i快；D中由反应ii产生的H+使反应i加快 【解析】（1）根据过程，反应II为SO2催化歧化生成H2SO4和S，反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S。应用盖斯定律，反应I+反应III得，2H2SO4（l）+S（s）=3SO2（g）+2H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH3=（+551kJ/mol）+ （-297kJ/mol）=+254kJ/mol，反应II的热化学方程式为3SO2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）+S（s）ΔH=-254kJ/mol。 （2）在横坐标上任取一点，作纵坐标的平行线，可见温度相同时，p2时H2SO4物质的量分数大于p1时；反应II是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2SO4物质的量增加，体系总物质的量减小，H2SO4物质的量分数增大；则p2p1。 （3）反应II的总反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S，I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不变，（总反应-反应i）2得，反应ii的离子方程式为I2+2H2O+SO2=4H++SO42-+2I-。 ③对比D和A，D中加入KI的浓度小于A，D中多加了I2，反应i消耗H+和I-，反应ii中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快”，反应速率DA，由此可见，反应ii比反应i速率快，反应ii产生H+使c（H+）增大，从而反应i加快。 二、应试对策： 热化学方程式 1．概念：能表示参加反应的物质变化和能量变化的关系的化学方程式叫做热化学方程式。 2．表示意义 (1)热化学方程式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。 (2)热化学方程式中的化学计量数，表示实际参加反应的反应物的物质的量和实际生成的生成物的物质的量。 (3)热化学方程式中的反应热与反应物、生成物的化学计量数相对应。 3．书写热化学方程式的注意事项 C(固) + H2O(气) = CO(气) + H2(气) ΔH= +131.3 kJ/mol (1)标集聚状态（固、液、气） (2)右端标热量数值和符号： 吸热用“＋”，放热用：“－”。 (3)系数单位是“摩”，而不是“个”；也不能表示物质的量之比。 (4)系数可用分数，但热量值要相应变化。 如：2H2(气) + O2(气) = 2H2O(液) ΔH= －571.6 kJ/mol H2(气) + 1/2 O2(气) = H2O(液) ΔH= －285.8 kJ/mol (5)不注明条件，即指250C 、1.01105Pa 【拓展延伸】 1.比较“反应热”或ΔH的大小时，必须带“＋”“－”符号，比较“燃烧热”或“中和热”时，只需比较数值大小即可。 2．参加反应的物质的量不同，则反应热的数值也会发生相应的变化，如1 mol H2完全燃烧生成液态水时放出285.8 kJ的热量，2 mol H2完全燃烧生成液态水时则放出571.6 kJ的热量。 3．对于可逆反应，如3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol，是指生成2 mol NH3时放出92.4 kJ的热量，而不是3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量，实际3 mol H2和1 mol N2混合，在一定条件下反应放出的热量小于92.4 kJ，因为该反应的反应物不能完全转化为生成物。 4．同一反应中物质的聚集状态不同，反应热数值大小也不同。例如，S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－Q1；S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－Q2，可以理解成固态硫变成气态硫后再发生变化，而由固态到气态是需要吸收能量的，所以Q1＞Q2、ΔH1＜ΔH2。故当同一反应中只由于聚集状态不同比较反应热的大小时，反应物为固态时放出的热量少，生成物为固态时放出的热量多。 5. 反应物的量相同，生成物的状态不同，反应热数值大小也不相同。如： 例如： H2 (气) + 1/2 O2 (气) = H2O (g) ΔH= －241.8kJ/mol H2(气) + 1/2 O2(气) = H2O (l) ΔH= －285.8 kJ/mol 6．特殊反应热 书写表示燃烧热的热化学方程式时，可燃物的化学计量数为1，产物应为完全燃烧生成稳定的化合物，如C燃烧生成CO2而不是CO、H2燃烧生成的是H2O(l)而不是H2O(g)。 三、热化学方程式的书写 1、根据反应中能量变化 典例1写出下列反应的热化学方程式： （1）1 mol N2(气态)与适量H2(气态)起反应，生成NH3(气态)放出92.2 kJ的热量___________________。 （2）1 mol N2(气态)与适量O2(气态)起反应，生成NO(气态)需吸收68 kJ的热量__________________。 （3）1 mol Cu(固态)与适量O2(气态)起反应，生成CuO(固态)放出157 kJ的热量_____________。 （4）1 mol C(固态)与适量H2O(气态)起反应，生成CO(气态)和H2(气态)，需要吸收131.3 kJ的热量________。 （5）卫星发射时可用肼(N2H4)为燃料，1 mol N2H4(气态)在O2(气态)中燃烧，生成N2(气态)和H2O(气态)，放出534 kJ的热量_______。 【答案】 N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ/mol N2(g)＋O2(g)=== 2NO(g) ΔH＝＋68 kJ/mol Cu(s)＋O2(g)===CuO(s) ΔH＝－157 kJ/mol C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ/mol N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ/mol 【解析】（1）1molN2(气态)与适量H2(气态)起反应，生成NH3(气态)放出92.2 kJ的热量，因此该反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ/mol；（2）1 mol N2(气态)与适量O2(气态)起反应，生成NO(气态)需吸收68 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋68 kJ/mol；（3）1 molCu(固态)与适量O2(气态)起反应，生成CuO(固态)放出157 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为Cu(s)＋1/2O2(g)===CuO(s) ΔH＝－157 kJ/mol；（4）1 molC(固态)与适量H2O(气态)起反应，生成CO(气态)和H2(气态)，需要吸收131.3 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ/mol；（5）卫星发射时可用肼(N2H4)为燃料，1 molN2H4(气态)在O2(气态)中燃烧，生成N2(气态)和H2O(气态)，放出534 kJ的热量，因此该反应的热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ/mol。 2、根据反应物生、成物的键能 典例2(1)拆开1 mol H－H键、1 mol N－H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则1 mol N2生成NH3的反应热为__________，1 mol H2生成NH3的反应热为__________。 (2) 写出298 K 101 kPa时，用CO(g)还原1 mol Fe2O3(s)，放热24.8 kJ的热化学方程式： ________________________________________________________。 (3) 已知N2(g)+2O2(g)====2 NO2(g)；△H=+67.7 kJmol-1， N2H4(g)+O2(g)=== N2(g)+2H2O (g)；△H=-534 kJmol-1，根据盖斯定律写出肼与NO2完全反应生成氮气和气态水的热化学方程式_________________________________。 【答案】 -92kJ mol－1 -30.7 kJ mol－1 Fe2O3(s) ＋3CO(g)===2 Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－24.8 kJ/mol 2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N 2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1135.7 kJ/mol (2)用CO(g)还原1molFe2O3(s)，放热24.8kJ，热化学方程式为 3CO(g)+Fe2O3(s)=3CO2(g)+2Fe(s)△H=-24.8kJ/mol； (3)①N2(g)+O2(g)=2NO2(g)△H1=+67.7kJ/mol，②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H2=-534kJ/mol，依据盖斯定律：②2-①得到：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1135.7kJ/mol。 3、根据能量变化图像 典例3氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。 （1） 可逆反应N2+3H22NH3是工业上合成氨的重要反应 根据图1请写出合成氨的热化学方程式：_______________（热量用E1、E2或E3表示）。 （2）LiAlH4是一种重要的储氢载体，能与水反应达到LiAlO2和氢气，该反应消耗1mol LiAlH4时转移的电子数目为__________。 （3）氮化锂是非常有前途的储氢材料，其在氢气中加热中加热时可得到氨基锂（LiNH2），其反应的化学方程式为：Li3N+2H2LiNH2+2LiH，氧化产物为_________（填化学式）,在270℃时，该反应可逆向发生放出H2，因而氮化锂可作为储氢材料，储存氢气最多可达Li3N质量的_________%（精确到0.1）。 （4）LiFePO4新型锂离子动力电池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠，已知电池放电时总反应式为FePO4+Li═LiFePO4 ，电池正极反应为____________________。 （5）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。 ①导线中电子移动方向为____________。（用A、D表示） ②生成目标产物的电极反应式为__________________________。 ③该储氢装置的电流效率＝__________________________。 （＝100%，计算结果保留小数点后1位） 【答案】⑴N2（g）+3H2g）2NH3（g） △H=2（E1-E3）kJL-1（2分） （2）4NA或2.4081024 （2分） （3）LiNH2（2分） 11.4 （2分） （4）FePO4+ Li ++e-=LiFePO4 （2分） （5）①A→D （2分）②C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12 （2分）③64.3% （3）氢气中氢元素的化合价部分升高到＋1价，部分降低到－1价，所以氧化产物为LiNH2；该反应中，反应掉2mol氢气，同时消耗1mol氮化锂，所以储存氢气最多可达Li3N质量的：4/35100%≈11.4%； （4）已知电池放电时总反应式为FePO4+Li═LiFePO4，因此电池正极反应为FePO4+ Li ++e-=LiFePO4； （5）①苯生成环戊烷属于得氢反应，因此是还原反应，即电极D是阴极，电极E是阳极，因此导线中电子的流动方向是A→D。②苯得到电子生成环戊烷是目标产物，由于存在质子交换膜，所以氢离子向阴极移动，则电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12。③阳极生成2.8mol气体，该气体应该是阳极OH－放电生成的氧气，则转移电子的物质的量＝2.8mol4＝11.2mol。反应前苯是2.4mol，反应后苯是1.2mol，则消耗苯是1.2mol，根据电极反应式C6H6＋6H＋＋6e－＝C6H12可知得到电子是7.2mol，因此储氢装置的电流效率＝ 100%＝64.3%。