Question

5．（1）把煤作為燃料可通過下列兩種途徑：途徑Ⅰ：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁＜0  ①途徑Ⅱ：先制成水煤氣：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂＞0②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃＜0  ③
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₄＜0  ④
請回答下列問題：
途徑Ⅰ放出的熱量等于（填“大于”、“等于”或“小于”）途徑Ⅱ放出的熱量，用△H₂、△H₃、△H₄表示△H₁的數(shù)學關系式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）
（2）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ．則表示甲醇燃燒的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1
（3）已知：H-H鍵能為akJ/mol，N≡N鍵能為b kJ/mol，N-H鍵能為ckJ/mol．根據(jù)鍵能計算消耗1mol N₂的合成氨反應的△H為3a+b-6ckJ/mol
（4）以CO₂為碳源制取低碳有機物一直是化學領域的研究熱點，CO₂加氫制取低碳醇的反應如下：
反應I：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
反應II：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ/mol
寫出由CH₃OH（g）合成CH₃CH₂OH（g）的反應的熱化學方程式（另一產(chǎn)物為水蒸氣）2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6kJ/mol
（5）用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）；△H=-44.0kJ•mol^-1
寫出CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-955 kJ•mol^-1，該反應的熵變△S＜0（填“＞”、“＜”、“=”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律可知，反應熱只與始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量．
（2）由蓋斯定律，將途徑Ⅱ的三個化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應熱也乘以相應的系數(shù)進行相應的加減，構造出途徑I的熱化學方程式，據(jù)此判斷△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數(shù)學關系式．
由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應熱也處于相應的系數(shù)進行相應的加減，構造目標熱化學方程式；
（3）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱，結合熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變；
（4）化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，根據(jù)反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能計算反應熱，據(jù)此分析解答；
（5）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-I×2得到；
（6）已知①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1，②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1 160kJ•mol^-1，③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol，利用蓋斯定律將$\frac{①+②-4×③}{2}$可得CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-$\frac{574+1160+4×44}{2}$kJ•mol^-1=-955kJ•mol^-1．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，反應熱只與始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ等量的煤燃燒消耗的氧氣相等，兩途徑最終生成物只有二氧化碳，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量．
故答案為：等于；
（2）途徑Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0 ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0 ④
由蓋斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄．
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
故答案為：△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
（2）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為725.76KJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1；
（3）已知：H-H鍵能為a kJ/mol，N≡N鍵能為b kJ/mol，N-H鍵能為c kJ/mol，對于反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）的反應熱，△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=3akJ•mol^-1+bkJ•mol^-1-ckJ•mol^-1×6=（3a+b-6c）kJ•mol^-1，
故答案為：3a+b-6c；
（4）由反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ•mol^-1
反應II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-I×2得：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6 kJ•mol^-1；
故答案為：2CH₃OH（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-75.6kJ/mol；
（5）：①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ•mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-l
依據(jù)蓋斯定律計算[①+②-③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）與NO₂（g）反應生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1，該反應是氣體體積減小的反應，反應的熵變△S＜0，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-955 kJ•mol^-1，＜．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫以及蓋斯定律的應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握計算的思路，難度中等．