能力课时落实(一)　盖斯定律的综合应用

(建议用时：40分钟)

1．(2021·山东济南高二月考)已知：CH4 在一定条件下可发生一系列反应，如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．ΔH1＞ΔH5　　 B．ΔH3＝ΔH2－ΔH5

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4   D．ΔH4＞0

B　[甲烷和氧气反应生成液态水和气态水过程中，反应放出的热量生成液态水放热多，焓变为负值，则反应的焓变ΔH1＞ΔH5,A正确；分析变化过程可知，盖斯定律得到ΔH2＋ΔH3＝ΔH5,B错误；转化关系可知，焓变只与反应体系的始态和终态物质的能量有关，与变化过程无关，ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4,C正确；液态水转化为气态水的过程是吸热过程ΔH4＞0，D正确。]

2．已知在298 K时下述反应的有关数据：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1＝－110.5 kJ·mol－1；

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1，则C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH为(　　)

A．＋283.5 kJ·mol－1   B．＋172.5 kJ·mol－1

C．－172.5 kJ·mol－1   D．－504 kJ·mol－1

B　[①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH1＝－221 kJ·mol－1；②CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH2＝＋393.5 kJ·mol－1，利用盖斯定律，①＋②可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1＋393.5 kJ·mol－1＝＋172.5 kJ·mol－1。]

3．用CH4催化还原NOx，可以消除氮氧化物的污染。例如：

①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574 kJ·mol－1

②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1 160 kJ·mol－1

下列说法不正确的是(　　)

A．若用标准状况下4.48 LCH4还原NO2生成N2和水蒸气，放出的热量为173.4 kJ

B．由反应①可推知：CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＜－574 kJ·mol－1

C．生成相同物质的量的CO2，反应①②转移的电子数相同

D．反应②中当4.48 LCH4反应完全时转移的电子总数为1.60 mol

D　[根据盖斯定律，(①＋②)×得到如下热化学方程式：CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJ·mol－1，标准状况下4.48 LCH4的物质的量为0.2 mol，放出的热量为0.2 mol×867 kJ·mol－1＝173.4 kJ；由于液态水生成气态水需要吸收热量，所以生成液态水的反应放出的热量多，放热越多，则ΔH越小，即ΔH＜－574 kJ·mol－1；反应②中每1 molCH4反应完全时转移的电子总数为8 mol，因为没有指明气体的温度和压强，4.48 LCH4的物质的量无法求算。]

4．向足量H2SO4溶液中加入100 mL 0.4 mol·L－1Ba(OH)2溶液，放出的热量是5.12 kJ。如果向足量Ba(OH)2溶液中加入100 mL 0.4 mol·L－1盐酸时，放出的热量为2.2 kJ。则Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应的热化学方程式为(　　)

A．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　

ΔH＝－2.92 kJ·mol－1

B．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　

ΔH＝－18 kJ·mol－1

C．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　

ΔH＝－73 kJ·mol－1

D．Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　

ΔH＝－0.72 kJ·mol－1

B　[由题给条件可知：

Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)＋2H＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－128 kJ·mol－1①

OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－55 kJ·mol－1②

根据盖斯定律①－2×②可得Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH＝－18 kJ·mol－1。]

5．研究化学反应原理对于生产、生活及环境保护具有重要意义。已知：

Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　

ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1

2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　

ΔH＝－196.46 kJ·mol－1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　

ΔH＝－285.84 kJ·mol－1

则H2SO4溶液中Cu与H2O2反应生成Cu2＋和H2O的ΔH为(　　)

A．＋319.68 kJ·mol－1   B．＋259.7 kJ·mol－1

C．－319.68 kJ·mol－1   D．－259.7 kJ·mol－1

C　[①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1

②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－196.46 kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.84 kJ·mol－1

依据盖斯定律①＋×②＋③得到：Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol－1。

6．(2020·全国卷Ⅱ，节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。

乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1，相关物质的燃烧热数据如表所示：

ΔH1＝________kJ·mol－1。

[解析]　根据题表中数据信息可写出热化学方程式

(ⅰ)C2H6(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)

ΔH＝－1 560 kJ·mol－1、

(ⅱ)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411 kJ·mol－1、

(ⅲ)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由(ⅰ)－(ⅱ)－(ⅲ)得C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋137 kJ·mol－1。

[答案]　＋137

7．(1)C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。

CO2的重整用CO2和H2为原料可得到CH4燃料。

已知： ①CH4 (g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1

②CH4 (g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH2＝＋205 kJ·mol－1

则CO2重整的热化学方程式为_______________________________________

_______________________________________________________________。

(2)已知部分物质燃烧的热化学方程式如下：

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－802 kJ·mol－1

“二次转化”时CH4和O2反应生成CO和H2的热化学方程式为

___________________________________________________________。

(3)NH3是造成水体富营养化的重要因素之一，用次氯酸钠水解生成的次氯酸将水中的NH3转化为氮气除去，其相关反应的热化学方程式如下：

反应Ⅰ：NH3(aq)＋HClO(aq)===NH2Cl(aq)＋H2O(l)　ΔH1＝a kJ·mol－1；

反应Ⅱ：NH2Cl(aq)＋HClO(aq)===NHCl2(aq) ＋H2O(l)

ΔH2＝b kJ·mol－1；

反应Ⅲ：2NHCl2(aq)＋H2O(l)===N2(g)＋HClO(aq)＋3HCl(aq)　ΔH3＝c kJ·mol－1。

则2NH3(aq)＋3HClO(aq)===N2(g)＋3HCl(aq)＋3H2O(l)

ΔH＝______________kJ·mol－1。

(4)已知：①2CO(g)＋SO2(g)S(l)＋2CO2(g)　ΔH1＝－37.0 kJ·mol－1

②2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)

ΔH2＝＋45.0 kJ·mol－1

③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3＝－566.0 kJ·mol－1

④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4＝－484.0 kJ·mol－1

写出液态硫(S)燃烧的热化学方程式_____________________________

____________________________________________________________。

[解析]　(1)由已知：①CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH2＝＋205 kJ·mol－1，根据盖斯定律，①－②×2得CO2重整的热化学方程式为CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝－163 kJ·mol－1。(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－484 kJ·mol－1 　①，2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH＝－566 kJ·mol－1 　②，CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－802 kJ·mol－1　③，将2×③－2×①－②得，2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－70 kJ·mol－1。 (3)反应Ⅰ×2＋反应Ⅱ×2＋反应Ⅲ，得出目标方程式的ΔH＝(2a＋2b＋c) kJ·mol－1。(4)②2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)　ΔH2＝＋45.0 kJ·mol－1，④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4＝－484.0 kJ·mo1－1，根据盖斯定律，④－②得液态硫(S)燃烧的热化学方程式：S(l)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－529.0 kJ·mol－1。

[答案]　(1)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－163 kJ·mol－1

(2)2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－70 kJ·mol－1

(3)2a＋2b＋c　(4)S(l)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－529.0 kJ·mol－1

8．(1)已知：

(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1①

H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②

对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③

ΔH3＝________kJ·mol－1。

(2)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。

(3)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。

(4)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)

ΔH1＝＋48 kJ·mol－1

3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g)

ΔH2＝－30 kJ·mol－1

则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。

(5)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)＋CO2(g)催化剂,2CO(g)＋2H2(g)

已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：

则该反应的ΔH＝________。

(6)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：

2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH＝－116.1 kJ·mol－1

3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1

反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(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)将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由a－b，得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)ΔH＝ΔH1－ΔH2＝×(－4.4 kJ·mol－1)－(－55.3 kJ·mol－1)＝＋53.1 kJ·mol－1。(3)将已知中3个反应依次记为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。(4)将已知热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由3×①＋②，可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)　ΔH＝3×48 kJ·mol－1－30 kJ·mol－1＝＋114 kJ·mol－1。(5)根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的ΔH＝(413×4＋745×2)kJ·mol－1－(1 075×2＋436×2) kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。(6)①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH＝－116.1 kJ·mol－1，②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1，根据盖斯定律，(①×3＋②)/2得，3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)　ΔH＝－136.2 kJ·mol－1。

[答案]　(1)＋89.3 　(2)＋53.1　(3)＋247　(4)＋114

(5)＋120 kJ·mol－1　(6)－136.2

9．(1)已知反应器中存在如下反应：

ⅰ．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1

ⅱ．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2

ⅲ．CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3

……

ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用

______________________反应的ΔH。

(2)已知：

As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2

2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3

则反应As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝__________________。

(3)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋175.4 kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1

TiO2加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：______________

____________________________________________________________。

(4)氢气可用于制备H2O2。已知：

H2(g)＋A(l)===B(l)　ΔH1

O2(g)＋B(l)===A(l)＋H2O2(l)　ΔH2

其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。

(5)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃，101 kPa时：

CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　

ΔH＝－271 kJ·mol－1

5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)　ΔH＝－937 kJ·mol－1

则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是______________

____________________________________________________________。

(6)硅与氯两元素的单质反应生成1 mol硅的最高价化合物，恢复至室温，放热687 kJ。已知该化合物的熔、沸点分别为－69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式： ________________________________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(1)ⅰ－ⅱ可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，设为ⅳ，用ⅳ－ⅲ可得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)，因此还需利用C(s)＋CO2(g)===2CO(g)反应的焓变[或计算可得CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)，设为ⅳ，用ⅳ－ⅲ可得C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)]。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。(3)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到所求热化学方程式。(4)题中的两个反应都是熵减的反应，由于两个反应均能自发进行，所以两个反应都是放热反应，即ΔH1<0、ΔH2<0。根据盖斯定律，将题中两个热化学方程式叠加得：H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2<0。(5)CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　ΔH＝－271 kJ·mol－1　①，5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)ΔH＝－937 kJ·mol－1②，根据盖斯定律，由①×5－②得，Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)　ΔH＝－271 kJ·mol－1×5－(－937 kJ·mol－1)＝－418 kJ·mol－1。(6)生成物是四氯化硅，书写热化学方程式的关键是判断常温下四氯化硅的状态。根据其熔点和沸点数据，可推断出四氯化硅在常温下呈液态。据此可写出反应的热化学方程式。

[答案]　(1)C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)[或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)]

(2)2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

(3)TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1

(4)<

(5)Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)　ΔH＝－418 kJ·mol－1

(6)Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1