專題32 熱化學(xué)方程式一、高考題再現(xiàn)1CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義。回答下列問題：（1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉(zhuǎn)化為_（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3)c(CO32)=21，溶液pH=_。（室溫下，H2CO3的K1=4107；K2=51011）（2）CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g)已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：化學(xué)鍵CHC=OHHCO(CO)鍵能/kJmol14137454361075則該反應(yīng)的H=_。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是_（填“A” 或“B ”）。按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖3所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900的原因是_。 （3）O2輔助的AlCO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。電池的負(fù)極反應(yīng)式：_。電池的正極反應(yīng)式：6O2+6e6O26CO2+6O23C2O42反應(yīng)過程中O2的作用是_。該電池的總反應(yīng)式：_。【答案】 CO32- 10 +120 kJmol-1 B 900 時，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低。 Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3（2）化學(xué)反應(yīng)的焓變應(yīng)該等于反應(yīng)物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變?yōu)?4413+2745)(21075+2436)= +120 kJmol-1。初始時容器A、B的壓強(qiáng)相等，A容器恒容，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)逐漸增大（氣體物質(zhì)的量增加）；B容器恒壓，壓強(qiáng)不變；所以達(dá)平衡時壓強(qiáng)一定是A中大，B中小，此反應(yīng)壓強(qiáng)減小平衡正向移動，所以B的反應(yīng)平衡更靠右，反應(yīng)的更多，吸熱也更多。根據(jù)圖3得到，900時反應(yīng)產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯，而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大，經(jīng)濟(jì)效益會下降，所以選擇900為反應(yīng)最佳溫度。（3）明顯電池的負(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，方程式為：Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應(yīng)，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應(yīng)的催化劑。將方程式加和得到，總反應(yīng)為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。2（2018北京）近年來，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲。過程如下： （1）反應(yīng)：2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) H1=+551 kJmol1反應(yīng)：S(s)+O2(g)SO2(g) H3=297 kJmol1反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_。（2）對反應(yīng)，在某一投料比時，兩種壓強(qiáng)下，H2SO4在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。 p2_p 1（填“”或“”），得出該結(jié)論的理由是_。（3）I可以作為水溶液中SO2歧化反應(yīng)的催化劑，可能的催化過程如下。將ii補(bǔ)充完整。iSO2+4I+4H+S+2I2+2H2OiiI2+2H2O+_+_+2 I（4）探究i、ii反應(yīng)速率與SO2歧化反應(yīng)速率的關(guān)系，實驗如下：分別將18 mL SO2飽和溶液加入到2 mL下列試劑中，密閉放置觀察現(xiàn)象。（已知：I2易溶解在KI溶液中）序號ABCD試劑組成0.4 molL1 KIa molL1 KI0.2 molL1 H2SO40.2 molL1 H2SO40.2 molL1 KI0.0002 mol I2實驗現(xiàn)象溶液變黃，一段時間后出現(xiàn)渾濁溶液變黃，出現(xiàn)渾濁較A快無明顯現(xiàn)象溶液由棕褐色很快褪色，變成黃色，出現(xiàn)渾濁較A快B是A的對比實驗，則a=_。比較A、B、C，可得出的結(jié)論是_。實驗表明，SO2的歧化反應(yīng)速率DA，結(jié)合i、ii反應(yīng)速率解釋原因：_?！敬鸢浮?3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4 (l)+S(s) H2=254 kJmol1 > 反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強(qiáng)使反應(yīng)正向移動，H2SO4 的物質(zhì)的量增大，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大 SO2 SO42 4H+ 0.4 I是SO2歧化反應(yīng)的催化劑，H+單獨(dú)存在時不具有催化作用，但H+可以加快歧化反應(yīng)速率 反應(yīng)ii比i快；D中由反應(yīng)ii產(chǎn)生的H+使反應(yīng)i加快【解析】（1）根據(jù)過程，反應(yīng)II為SO2催化歧化生成H2SO4和S，反應(yīng)為3SO2+2H2O=2H2SO4+S。應(yīng)用蓋斯定律，反應(yīng)I+反應(yīng)III得，2H2SO4（l）+S（s）=3SO2（g）+2H2O（g）H=H1+H3=（+551kJ/mol）+（-297kJ/mol）=+254kJ/mol，反應(yīng)II的熱化學(xué)方程式為3SO2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）+S（s）H=-254kJ/mol。（2）在橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)，作縱坐標(biāo)的平行線，可見溫度相同時，p2時H2SO4物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于p1時；反應(yīng)II是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動，H2SO4物質(zhì)的量增加，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大；則p2p1。（3）反應(yīng)II的總反應(yīng)為3SO2+2H2O=2H2SO4+S，I-可以作為水溶液中SO2歧化反應(yīng)的催化劑，催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變，（總反應(yīng)-反應(yīng)i）2得，反應(yīng)ii的離子方程式為I2+2H2O+SO2=4H+SO42-+2I-。對比D和A，D中加入KI的濃度小于A，D中多加了I2，反應(yīng)i消耗H+和I-，反應(yīng)ii中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，變成黃色，出現(xiàn)渾濁較A快”，反應(yīng)速率DA，由此可見，反應(yīng)ii比反應(yīng)i速率快，反應(yīng)ii產(chǎn)生H+使c（H+）增大，從而反應(yīng)i加快。二、應(yīng)試對策：熱化學(xué)方程式1概念：能表示參加反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化的關(guān)系的化學(xué)方程式叫做熱化學(xué)方程式。2表示意義(1)熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。(2)熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)，表示實際參加反應(yīng)的反應(yīng)物的物質(zhì)的量和實際生成的生成物的物質(zhì)的量。(3)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱與反應(yīng)物、生成物的化學(xué)計量數(shù)相對應(yīng)。3書寫熱化學(xué)方程式的注意事項 C(固) + H2O(氣) = CO(氣) + H2(氣) H= +131.3 kJ/mol(1)標(biāo)集聚狀態(tài)（固、液、氣）(2)右端標(biāo)熱量數(shù)值和符號： 吸熱用“”，放熱用：“”。(3)系數(shù)單位是“摩”，而不是“個”；也不能表示物質(zhì)的量之比。(4)系數(shù)可用分?jǐn)?shù)，但熱量值要相應(yīng)變化。如：2H2(氣) + O2(氣) = 2H2O(液) H= 571.6 kJ/molH2(氣) + 1/2 O2(氣) = H2O(液) H= 285.8 kJ/mol(5)不注明條件，即指250C 、1.01105Pa【拓展延伸】1.比較“反應(yīng)熱”或H的大小時，必須帶“”“”符號，比較“燃燒熱”或“中和熱”時，只需比較數(shù)值大小即可。2參加反應(yīng)的物質(zhì)的量不同，則反應(yīng)熱的數(shù)值也會發(fā)生相應(yīng)的變化，如1 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水時放出285.8 kJ的熱量，2 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水時則放出571.6 kJ的熱量。3對于可逆反應(yīng)，如3H2(g)N2(g) 2NH3(g) H92.4 kJ/mol，是指生成2 mol NH3時放出92.4 kJ的熱量，而不是3 mol H2和1 mol N2混合，在一定條件下反應(yīng)就可放出92.4 kJ的熱量，實際3 mol H2和1 mol N2混合，在一定條件下反應(yīng)放出的熱量小于92.4 kJ，因為該反應(yīng)的反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物。4同一反應(yīng)中物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱數(shù)值大小也不同。例如，S(g)O2(g)=SO2(g) H1Q1；S(s)O2(g)=SO2(g) H2Q2，可以理解成固態(tài)硫變成氣態(tài)硫后再發(fā)生變化，而由固態(tài)到氣態(tài)是需要吸收能量的，所以Q1Q2、H1H2。故當(dāng)同一反應(yīng)中只由于聚集狀態(tài)不同比較反應(yīng)熱的大小時，反應(yīng)物為固態(tài)時放出的熱量少，生成物為固態(tài)時放出的熱量多。5. 反應(yīng)物的量相同，生成物的狀態(tài)不同，反應(yīng)熱數(shù)值大小也不相同。如：例如：H2 (氣) + 1/2 O2 (氣) = H2O (g) H= 241.8kJ/molH2(氣) + 1/2 O2(氣) = H2O (l) H= 285.8 kJ/mol6特殊反應(yīng)熱書寫表示燃燒熱的熱化學(xué)方程式時，可燃物的化學(xué)計量數(shù)為1，產(chǎn)物應(yīng)為完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物，如C燃燒生成CO2而不是CO、H2燃燒生成的是H2O(l)而不是H2O(g)。三、熱化學(xué)方程式的書寫1、根據(jù)反應(yīng)中能量變化典例1寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：（1）1 mol N2(氣態(tài))與適量H2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成NH3(氣態(tài))放出92.2 kJ的熱量_。（2）1 mol N2(氣態(tài))與適量O2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成NO(氣態(tài))需吸收68 kJ的熱量_。（3）1 mol Cu(固態(tài))與適量O2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成CuO(固態(tài))放出157 kJ的熱量_。（4）1 mol C(固態(tài))與適量H2O(氣態(tài))起反應(yīng)，生成CO(氣態(tài))和H2(氣態(tài))，需要吸收131.3 kJ的熱量_。（5）衛(wèi)星發(fā)射時可用肼(N2H4)為燃料，1 mol N2H4(氣態(tài))在O2(氣態(tài))中燃燒，生成N2(氣態(tài))和H2O(氣態(tài))，放出534 kJ的熱量_?！敬鸢浮?N2(g)3H2(g)=2NH3(g) H92.2 kJ/mol N2(g)O2(g)= 2NO(g) H68 kJ/mol Cu(s)O2(g)=CuO(s) H157 kJ/mol C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H131.3 kJ/mol N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g) H534 kJ/mol【解析】（1）1molN2(氣態(tài))與適量H2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成NH3(氣態(tài))放出92.2 kJ的熱量，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)3H2(g)=2NH3(g) H92.2 kJ/mol；（2）1 mol N2(氣態(tài))與適量O2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成NO(氣態(tài))需吸收68 kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)O2(g)=2NO(g) H68 kJ/mol；（3）1 molCu(固態(tài))與適量O2(氣態(tài))起反應(yīng)，生成CuO(固態(tài))放出157 kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Cu(s)1/2O2(g)=CuO(s) H157 kJ/mol；（4）1 molC(固態(tài))與適量H2O(氣態(tài))起反應(yīng)，生成CO(氣態(tài))和H2(氣態(tài))，需要吸收131.3 kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H131.3 kJ/mol；（5）衛(wèi)星發(fā)射時可用肼(N2H4)為燃料，1 molN2H4(氣態(tài))在O2(氣態(tài))中燃燒，生成N2(氣態(tài))和H2O(氣態(tài))，放出534 kJ的熱量，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g) H534 kJ/mol。2、根據(jù)反應(yīng)物生、成物的鍵能典例2(1)拆開1 mol HH鍵、1 mol NH鍵、1 mol NN鍵需要的能量分別是436 kJ、391 kJ、946 kJ，則1 mol N2生成NH3的反應(yīng)熱為_，1 mol H2生成NH3的反應(yīng)熱為_。(2) 寫出298 K 101 kPa時，用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s)，放熱24.8 kJ的熱化學(xué)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，根據(jù)蓋斯定律寫出肼與NO2完全反應(yīng)生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式_?！敬鸢浮?-92kJ mol1 -30.7 kJ mol1 Fe2O3(s) 3CO(g)=2 Fe(s)3CO2(g) H24.8 kJ/mol 2N2H4(g)2NO2(g)=3N 2(g)4H2O(l) H1135.7 kJ/mol (2)用CO(g)還原1molFe2O3(s)，放熱24.8kJ，熱化學(xué)方程式為3CO(g)+Fe2O3(s)=3CO2(g)+2Fe(s)H=-24.8kJ/mol；(3)N2(g)+O2(g)=2NO2(g)H1=+67.7kJ/mol，N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)H2=-534kJ/mol，依據(jù)蓋斯定律：2-得到：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)H=-1135.7kJ/mol。3、根據(jù)能量變化圖像典例3氫能是重要的新能源。儲氫作為氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)之一。（1） 可逆反應(yīng)N2+3H22NH3是工業(yè)上合成氨的重要反應(yīng) 根據(jù)圖1請寫出合成氨的熱化學(xué)方程式：_（熱量用E1、E2或E3表示）。（2）LiAlH4是一種重要的儲氫載體，能與水反應(yīng)達(dá)到LiAlO2和氫氣，該反應(yīng)消耗1mol LiAlH4時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為_。（3）氮化鋰是非常有前途的儲氫材料，其在氫氣中加熱中加熱時可得到氨基鋰（LiNH2），其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li3N+2H2LiNH2+2LiH，氧化產(chǎn)物為_（填化學(xué)式）,在270時，該反應(yīng)可逆向發(fā)生放出H2，因而氮化鋰可作為儲氫材料，儲存氫氣最多可達(dá)Li3N質(zhì)量的_%（精確到0.1）。（4）LiFePO4新型鋰離子動力電池以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為奧運(yùn)會綠色能源的新寵，已知電池放電時總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4 ，電池正極反應(yīng)為_。 （5）一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲氫（忽略其它有機(jī)物）。 導(dǎo)線中電子移動方向為_。（用A、D表示）生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為_。該儲氫裝置的電流效率_。（100%，計算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）【答案】N2（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）AD （2分）C6H66H6eC6H12 （2分）64.3%（3）氫氣中氫元素的化合價部分升高到1價，部分降低到1價，所以氧化產(chǎn)物為LiNH2；該反應(yīng)中，反應(yīng)掉2mol氫氣，同時消耗1mol氮化鋰，所以儲存氫氣最多可達(dá)Li3N質(zhì)量的：4/35100%11.4%；（4）已知電池放電時總反應(yīng)式為FePO4+LiLiFePO4，因此電池正極反應(yīng)為FePO4+ Li +e-=LiFePO4；（5）苯生成環(huán)戊烷屬于得氫反應(yīng)，因此是還原反應(yīng)，即電極D是陰極，電極E是陽極，因此導(dǎo)線中電子的流動方向是AD。苯得到電子生成環(huán)戊烷是目標(biāo)產(chǎn)物，由于存在質(zhì)子交換膜，所以氫離子向陰極移動，則電極反應(yīng)式為C6H66H6eC6H12。陽極生成2.8mol氣體，該氣體應(yīng)該是陽極OH放電生成的氧氣，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量2.8mol411.2mol。反應(yīng)前苯是2.4mol，反應(yīng)后苯是1.2mol，則消耗苯是1.2mol，根據(jù)電極反應(yīng)式C6H66H6eC6H12可知得到電子是7.2mol，因此儲氫裝置的電流效率100%64.3%。