焓变、反应热_章节学习

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题型：简答题

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简答题

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。

（1）制备合成氨原料气H2，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH =" +206.2" kJ/mol

CH4(g) + 2H2O(g) CO2(g) +4H2(g) ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是。

（2）工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为：2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。

② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO2平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH3的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____ ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO2时，有 mol 电子发生转移。

正确答案

（16分）

（1）CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH = －41.2 kJ/mol （3分）

（2）① ＜（2分）

②32% （计算过程见解析）

（3）CO2（2分） O2+4e－+4H+=2H2O（2分） 1.6 （2分）

试题分析：（1）先对已知热化学方程式编号为①②，观察发现②—①可得，CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，其焓变=②的焓变—①的焓变=ΔH = －41.2 kJ/mol，由此可得一氧化碳交换反应的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH = －41.2 kJ/mol；（2）①读表格中信息可得，随着温度的升高，该反应的平衡常数逐渐减小，根据平衡移动原理和平衡常数计算表达式可知，升高温度平衡向吸热方向移动，平衡常数减小时平衡向逆反应方向移动，因此逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，正反应的反应热△H<0；B点的横坐标为4.0，纵坐标为64%，依题意可知n(NH3)/n(CO2)=4.0，CO2的平衡转化率为64%，设起始时CO2的物质的量为1mol，则NH3的物质的量为4.0mol，CO2的变化物质的量为0.64mol，则：

2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l)

起始物质的量（mol） 4.0 1.0

变化物质的量（mol） 1.28 0.64

平衡物质的量（mol） 2.72 0.36

则NH3的平衡转化率：α（NH3）= ×100% = 32%

（3）燃料电池工作时，内电路中氢离子从负极向正极移动，观察甲烷酸性燃料电池装置图可知，左边电极为负极，右边电极为正极，甲烷在负极上发生氧化反应，生成的二氧化碳气体难溶于酸性电解质溶液，则a口放出的物质是二氧化碳气体；氧气在正极上发生还原反应，根据电子、电荷、原子守恒原理可得：O2+4e—+4H+=2H2O （注意不能写成O2+4e—+2H2O=4OH—，因为酸性电解质溶液中不能大量存在氢氧根离子）；由于甲烷的相对分子质量为16，则3.2g甲烷的物质的量为0.2mol，负极反应式为CH4—8e—+2H2O=CO2+8H+，其中转移电子与甲烷的系数之比等于物质的量之比，则转移电子的物质的量为1.6mol。

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题型：填空题

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填空题

（10分）如右图所示，常温下电解5 min后，铜电极质量增加2.16g。

试回答：

（1）电源电极X名称为_______（填“正极”或“负极”）。

（2）电解池B中阴极的电极反应式是__________。

（3）若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后溶液的

pH=_________（忽略电解前后溶液体积的变化）。

若要使电解后的溶液恢复到与电解完完全相同，应加入的物质是__________。

（4）已知在l0lkPa时，CO的燃烧热为283 kJ/mol。相同条件下，若2 molCH4完全燃烧生成液态水，所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放出热量的6.30倍，则CH4完全燃烧的热化学方程式为__________。

正确答案

（1）负极，（2）Ag++e-=== Ag （3）13，HCl

（4） CH4（g）+O2（g）=== CO2（g）+2H2O（l） △H =" -" 891.45kJ/mol

试题分析：（1）由铜电极的质量增加，发生Ag++e-=Ag，则Cu电极为阴极，可知X为电源的负极，Y为电源正极；（2）B中阴极反应为Ag++e-=Ag；（3）由A中发生2KCl+2H2O2KOH+；依据上述计算可知电路中转移电子0.02mol，由电子守恒可知，转移0.02mol电子时生成0.02molKOH，忽略溶液体积的变化则c（OH-）=0.02mol/0.2L=0.1mol•L-1，c（H+）=10-13mol/L，pH=13；因为有H2和Cl2析出，故应加入HCl可使之恢复原状态。（4）2 molCH4完全燃烧生成液态水，所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放出热量的6.30倍，故1mol CH4放出的热量为891.45kJ，所以CH4完全燃烧的热化学方程式为CH4（g）+O2（g）=== CO2（g）+2H2O（l） △H =" -" 891.45kJ/mol。

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题型：填空题

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填空题

(18分)在容积不同的多个密闭容器内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，同时发生反应N2+3H22NH3，并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数，绘图如右：

(1)A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是。

(2) 向一恒容容器中加入1 mol N2 和3 mol H2，T3时，测得体系压强为原来的7/8，并放出23.1 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为。

(3)当上述反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高NH3产率的有（填字母）

E．加入催化剂 F．吸收NH3 G．通入N2

(4)AC段的曲线和CE段曲线变化趋势相反，试从反应速率和平衡角度说明理由。

。

正确答案

(1) AB (2) (3)BCFG

(4) AC段，反应开始时温度升高，反应速率增大，反应向正反应方向进行，生成NH3；CE段，已经达到平衡，升高温度使平衡向逆反应方向移动NH3％变小

试题分析：（1）N2、H2合成NH3反应是放热的，升高温度平衡逆向移动，NH3的百分含量降低，所以升高温度NH3的百分含量升高，说明反应未答平衡。因此AB两点是未达到平衡的点。

（2） N2 + 3H2 = 2NH3

起始 1mol 3mol 0

反应 xmol 3xmol 2xmol

T3时 (1-x)mol (3-3x)mol 2xmol

根据T3时体系压强为原来的7/8，则有，所以x=0.25mol。

所以生成0.5molNH3放热23.1 kJ，则热化学方程式为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol。

（3）根据N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol可知，增大压强，降低温度，吸收氨气，通入氮气，都可以增加氨气的产率。

（4）从AC段可以看出平衡正向移动，说明反应没有达到平衡，所以升高温度扔正向移动，CE段可以看出平衡逆向移动，说明反应达到平衡，升高温度平衡逆向移动。

点评：本题综合性强，主要考查学生分析问题的能力，是高考的热点习题。

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题型：填空题

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填空题

（10分）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇和水，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的热值分别为143kJ· g-1、10kJ·g-1和23kJ·g-1。请回答下列问题：

（1）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_ ______；

(2)在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为碱性，负极的反应式为_____ , 总反应式。

（3）在350℃时，保持温度不变，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应生成甲醇蒸汽和水蒸气达到平衡后，若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______；若350℃时，保持温度不变，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒压器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为b,则a b（用“＞、＝、＜”表示）

正确答案

（10分）（1）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-456KJ/mol

（2）CH3OH+8OH- -6e-=CO32-+6H2O ； 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。

（3）1-a，＜

（1）H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热分别为：286kJ· mol-1、280kJ· mol-1、713kJ· mol-1；由盖斯定律求解：

2CO(g) + O2(g) =2CO2(g) △H=-560KJ mol-1②

CH3OH(l)+3/2 O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H=-736kJ·mol-1③

将③-②/2可知：CH3OH(l)+ O2(g)="CO(g)+2" H2O(l) △H=-456kJ·mol-1

（2）总反应：2CH4O + 3O2 + 4OH—= 2CO32- + 6H2O

负极：CH3OH+8OH- -6e-=CO32-+6H2O 正极：O2 + 4e– + 2H2O→ 4OH–

（3）CO2 + 3H2 CH3OH + H2O

初n: 1mol 1mol 0 0

△n: a 3a a a

平n: 1-a 1-3a a a

恒容下，由压强比等于物质的量比可得到：（2-2a）/2=1-a

该反应是正反应的气体系数减小，随着反应的进行，气体的物质的量减小，所以恒容下达到平衡相对于恒压是减压，所以a

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题型：填空题

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填空题

（13分）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为−285.8kJ·mol-1、−283.0kJ·mol-1和−726.5kJ·mol-1。

请回答下列问题：

(1)常温下用太阳能分解10mol液态水消耗的能量是_____________kJ；

(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为___________；

(3)在容积为2L的密闭容器中，由CO和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如右图所示（注：T1、T2均大于300℃）；下列说法正确的是_______（填序号）

①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1

②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

③该反应为放热反应

④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大

正确答案

(1)2858 （4分）(2) CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-443.5kJ·mol-1（5分）

(3)③④ （4分）

（1）根据氢气的燃烧热可知，分解10mol水需要的能量是285.8kJ·mol-1×10mol＝2858kJ。

（2）CO和甲醇完全燃烧的方程式分别为①CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H＝−283.0kJ·mol-1、②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H =−726.5kJ·mol-1。根据盖斯定律可知，②－①即得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，所以△H＝−726.5kJ·mol-1＋283.0kJ·mol-1＝－443.5kJ·mol-1。

（3）CO2和H2合成甲醇的化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)。由图像可知B曲线先得到平衡，因此温度T2＞T1，温度高平衡时甲醇的物质的量反而低，说明正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，不利于甲醇的生成，平衡常数减小，即②错③正确；温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的物质的量为mol，此时甲醇的浓度为，所以生成甲醇的平均速率为：v(CH3OH)= mol·L-1·min-1，因此①不正确；因为温度T2＞T1，所以A点的反应体系从T1变到T2时，平衡会向逆反应方向移动，即降低生成物浓度而增大反应物浓度，所以④正确。答案选)③④。

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