化学微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用学案及答案

微专题1　盖斯定律应用的三类题型

一、利用盖斯定律确定反应焓变的关系

【例1】　同温同压下，下列各组热化学方程式中ΔH1<ΔH2的是(　　)

A．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1；

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2

B．H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH1；

H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH2

C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1；

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2

D．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1；

S(s)＋O2(g)===SO2(g) 　ΔH2

D　[A项，前者为碳的不完全燃烧，放热相对较少，则ΔH1>ΔH2，A项错误；B项，前者放出的热量是后者的一半，则ΔH1>ΔH2，B项错误；C项，前者生成能量高的气态水，放出的热量少，则ΔH1>ΔH2，C项错误；D项，前者反应物的能量高，放热多，则ΔH1<ΔH2，D项正确。]

确定反应热关系的三大注意点

(1)反应物和反应产物的状态

物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系：

(2)ΔH的符号：比较反应热的大小时，不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。

(3)参加反应物质的量：当反应物和反应产物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。

1．室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)

A．ΔH2>ΔH3　 B．ΔH1<ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3

B　[由题给条件可知：①CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO (aq)＋5H2O(l)　ΔH1>0；②CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH2<0；根据盖斯定律，由①－②可得CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)　ΔH3＝ΔH1－ΔH2>ΔH1>0，选B。]

2．已知：

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1

3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2

2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3

2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4

2Al(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，ΔH3>0

B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

B　[燃烧反应都是放热反应，故ΔH3<0，A错误；将上述反应分别编号为①②③④⑤，反应⑤是铝热反应，显然是放热反应，ΔH5<0，将反应④－反应③可得反应⑤，即ΔH5＝ΔH4－ΔH3<0，B正确，D错误；将反应②＋反应③可得反应3H2(g)＋O2(g)===3H2O(g)，故ΔH1＝(ΔH2＋ΔH3)，C错误。]

3．已知1 mol红磷完全转化为白磷，吸收18.39 kJ热量。

①4P(红，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)；ΔH1

②P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)；ΔH2

则ΔH1与ΔH2的关系正确的是(　　)

A．ΔH1＝ΔH2   B．ΔH1>ΔH2

C．ΔH1<ΔH2 D．无法确定

B　[根据题供信息，由反应①减去反应②可得，4P(红，s)===P4(白，s)；ΔH＝ΔH1－ΔH2＝＋18.39 kJ·mol－1×4＝＋73.56 kJ·mol－1>0，故ΔH1>ΔH2，B正确。]

二、利用盖斯定律书写热化学方程式

【例2】　下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为________、

__________________________，制得等量H2所需能量较少的是________。

[解析]　根据盖斯定律，把系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)的三个热化学方程式分别相加，可以得到制氢的热化学方程式，分别为H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋286 kJ·mol－1、H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20 kJ·mol－1，制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。

[答案]　H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋286 kJ·mol－1

H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20 kJ·mol－1　系统(Ⅱ)

1．(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁，有关反应为

CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

 ΔH＝＋260 kJ·mol－1　 ①

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)

 ΔH＝－566 kJ·mol－1　②

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_______________________

_______________________________________________________________。

(2)已知Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3(s)＋10H2O(g)　ΔH＝＋532.36 kJ·mol－1　①

Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3·H2O(s)＋9H2O(g)

ΔH＝＋473.63 kJ·mol－1　②

写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式：__________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(1)反应①×2＋②得：2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1。

(2)反应①－②得：Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)　ΔH＝＋58.73 kJ·mol－1。

[答案]　(1)2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)

ΔH＝－46 kJ·mol－1

(2)Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)

ΔH＝＋58.73 kJ·mol－1

2．(1)工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：

请回答下列问题：

已知：

①4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)===4N2(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－1 745.2 kJ·mol－1

②6NO(g)＋4NH3(g)===5N2(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－1 925.2 kJ·mol－1

则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为__________________________________

________________________________________________________________。

(2)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。现根据下列3个热化学反应方程式：

①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)

 ΔH＝－24.8 kJ·mol－1

②3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)

 ΔH＝－47.2 kJ·mol－1

③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)

 ΔH＝＋640.5 kJ·mol－1

写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式：___________________________________________________________________。

[解析]　(1)将已知的两个热化学方程式从上到下依次标记为①和②，根据盖斯定律由①×5－②×4得：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025.2 kJ·mol－1。

(2)CO气体还原FeO固体生成Fe固体和CO2气体的化学方程式为CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g)；应用盖斯定律，消去Fe2O3(s)、Fe3O4(s)，将[①×3－②－③×2]÷6得，CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＝(－24.8 kJ·mol－1×3＋47.2 kJ·mol－1－640.5 kJ·mol－1×2)÷6≈－218.0 kJ·mol－1，则热化学方程式为CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＝－218.0 kJ·mol－1。

[答案]　(1)4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)

 ΔH＝－1 025.2 kJ·mol－1

(2)CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g)

 ΔH＝－218.0 kJ·mol－1

三、利用盖斯定律计算焓变

【例3】　(1)已知(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1①

H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　 ②

对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　ΔH3＝______ kJ·mol－1。

  ③

(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　 ΔH1＝＋83 kJ·mol－1

CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)

 ΔH2＝－20 kJ·mol－1

CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)

 ΔH3＝－121 kJ·mol－1

则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　(1)反应①＋②可得反应③：则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝＋100.3 kJ·mol－1＋(－11.0 kJ·mol－1)＝＋89.3 kJ·mol－1。

(2)利用盖斯定律解答本题。

CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝＋83 kJ·mol－1　          ①

CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1　    ②

CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－121 kJ·mol－1　 ③

则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)可由①×2＋②×2＋③×2得到，所以其ΔH＝＋83 kJ·mol－1×2＋(－20 kJ·mol－1)×2＋(－121 kJ·mol－1)×2＝－116 kJ·mol－1。

[答案]　(1)＋89.3　(2)－116

1．由盖斯定律结合下述反应方程式，回答问题：

(1)已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1；

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2；

③TiO2(g)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)＋O2(g)　ΔH3。

则TiO2(g)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH＝________。(列出关于ΔH1、ΔH2、ΔH3的表达式)

(2)已知：温度过高时，WO2(s)转变为WO2(g)：

①WO2(s)＋2H2(g)===W(s)＋2H2O(g)

ΔH1＝＋66.0 kJ·mol－1

②WO2(g)＋2H2(g)===W(s)＋2H2O(g)

ΔH2＝－137.9 kJ·mol－1

则WO2(s)转变为WO2(g)的ΔH＝__________________________________。

[解析]　(1)将热化学方程式①×2－②＋③得：ΔH＝2ΔH1－ΔH2＋ΔH3。(2)由①－②可得WO2(s)===WO2(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(＋66.0 kJ·mol－1)－(－137.9 kJ·mol－1)＝＋203.9 kJ·mol－1。

[答案]　(1)2ΔH1－ΔH2＋ΔH3

(2)＋203.9 kJ·mol－1

2．(1)已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1

2NO2(g)===N2O4(g)　 ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1

则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝______ kJ·mol－1。

(2)CH4­CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：

CH4­CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。

已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　 ΔH＝－75 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－394 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO(g)　 ΔH＝－111 kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

[解析]　(1)将已知热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由×①－②得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＝ kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。

(2)将已知中3个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝[(－111)×2＋75＋394]  kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。

[答案]　(1)＋53.1　(2)＋247