高考化学突破大二轮浙江专用讲义专题八 第2课时 焓变熵变及自发反应Word文件下载.docx
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71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)+乙醇(0.08)+水(0.09)
70.2
关于该反应,下列说法不合理的是(双选)( )
A.反应体系中硫酸有催化作用
B.因为反应方程式前后物质的化学计量数之和相等,所以反应的ΔS等于零
C.因为反应的ΔH接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响大
D.因为反应前后都是液态物质,所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
解+析 根据反应方程式可知,硫酸做催化剂和吸水剂,A合理;
不存在熵变为零的反应,B不合理;
焓变接近于零,说明温度对于平衡移动的影响小,C不合理;
因为前后均是液态物质,所以压强对于平衡影响可忽略,D合理;
所以答案不合理的是BC。
答案 BC
3.(2018·
浙江11月选考节选)实际生产中,常用工艺条件:
Fe作催化剂,控制温度773K、压强3.0×
107Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。
关于合成氨工艺的下列理解,正确的是________(填字母)。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
解+析 A.反应放热,气体种类和物质的量减少,ΔH和ΔS都小于零,正确;
控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性,提高反应速率,并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率,B错误;
恒压条件充入少量惰性气体,相当于减压,平衡逆向移动,不利于提高平衡转化率,C错误;
不断将氨气液化,生成物浓度降低,有利于平衡正向移动,D正确,当选;
通过天然气和水蒸气转化制得的H2,由于含有CH4、CO等易燃易爆气体,容易出现安全隐患,此外CH4、CO可能会与催化剂反应,造成催化剂活性降低,所以必须经过净化处理,E正确。
答案选ADE。
答案 ADE
4.(2017·
浙江4月选考,30节选)已知:
2Al2O3(s)===4Al(g)+3O2(g)
ΔH1=+3351kJ·
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-221kJ·
2Al(g)+N2(g)===2AlN(s) ΔH3=-318kJ·
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是__________________________
_________________________________________________________________,
该反应自发进行的条件______________________________________________
_________________________________________________________________。
解+析 2Al2O3(s)===4Al(g)+3O2(g) ΔH1=+3351kJ·
mol-1①
mol-1②
2Al(g)+N2(g)===2AlN(s) ΔH3=-318kJ·
mol-1③
(①+3×
②+2×
③)/2可得总反应。
答案 3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)===2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·
mol-1 高温
5.
(1)[2015·
浙江理综,28
(1)]已知:
乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/(kJ·
mol-1)
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH=________kJ·
mol-1。
(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物,例如ClF3、BrF3等。
已知反应Cl2(g)+3F2(g)===2ClF3(g) ΔH=-313kJ·
mol-1,F—F键的键能为159kJ·
mol-1,Cl—Cl键的键能为242kJ·
mol-1,则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·
解+析
(1)设“
”部分的化学键键能为akJ·
mol-1,则ΔH=(a+348+412×
5)kJ·
mol-1-(a+612+412×
3+436)kJ·
mol-1=124kJ·
(2)根据ΔH与键能的关系可得:
242kJ·
mol-1+159kJ·
mol-1×
3-ECl-F×
6=-313kJ·
mol-1,解得Cl-F键的平均键能为ECl-F=172kJ·
答案
(1)124
(2)172
考向一 利用盖斯定律计算ΔH
1.
(1)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)1/4CaS(s)+CO2(g)
ΔH1=-47.3kJ·
②CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5kJ·
③CO(g)1/2C(s)+1/2CO2(g) ΔH3=-86.2kJ·
反应2CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=________(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)已知:
25℃、101kPa时,Mn(s)+O2(g)===MnO2(s) ΔH=-520kJ/mol
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297kJ/mol
Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1065kJ/mol
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是
________________________________________________________________。
(3)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。
目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:
2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq)
ΔH1
反应Ⅱ:
NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
反应Ⅲ:
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3
ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是:
ΔH3=________。
解+析
(1)利用盖斯定律可以计算出所给反应的焓变,要学会利用所给方程式中化学计量数和反应物、中间产物的关系进行解答。
根据盖斯定律,由①×
4+②+③×
2可得目标热化学方程式,故有ΔH=4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。
(2)将给定的三个热化学方程式依次编为①②③,将三个方程式按照③-①-②处理后可得热化学方程式:
MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-248kJ/mol。
(3)根据盖斯定律,由反应Ⅱ×
2减反应Ⅰ可得:
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq),则有ΔH3=2ΔH2-ΔH1。
答案
(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3
(2)MnO2(s)+SO2(g)===MnSO4(s) ΔH=-248kJ/mol (3)2ΔH2-ΔH1
备考策略
根据盖斯定律计算ΔH的步骤和方法
(1)计算步骤
(2)计算方法
考向二 利用键能计算ΔH
2.甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。
利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3
回答下列问题:
已知反应①中的相关的化学键键能数据如表:
C—O
C
O
H—O
E/(kJ·
343
1076
465
413
由此计算ΔH1=________kJ·
mol-1,已知ΔH2=-58kJ·
mol-1,则ΔH3=________kJ·
解+析 反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值,则根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知ΔH1=1076kJ·
mol-1+2×
436kJ·
mol-1-3×
413kJ·
mol-1-343kJ·
mol-1-465kJ·
mol-1=-99kJ·
根据盖斯定律可知②-①即可得到反应③,则ΔH3=-58kJ·
mol-1+99kJ·
mol-1=+41kJ·
答案 -99 +41
利用键能计算反应热
1.ΔH与键能的关系
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能
2.利用键能计算反应热,其关键是算清物质中化学键的数目
常见物质中的化学键数目
物质
CO2
(C===O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
金刚石
S8
(S—S)
Si
键数
2
4
6
1.5
8
考向三 影响熵变大小的因素
3.(2019·
嘉兴丽水3月模拟节选)工业上可利用CO2来制备清洁液体燃料甲醇,有关化学反应如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.6kJ·
CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH2=+41kJ·
反应Ⅰ在________(填“低温”或“高温”)下可自发反应。
解+析 对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.6kJ·
mol-1,ΔH<0,ΔS<0,则如反应能自发进行,应满足ΔH-TΔS<0,低温下即可进行。
答案 低温
熵变(ΔS)与体系中反应前后物质的量的变化值有关:
1.对有气体参加的反应
主要看反应前后气体物质的量的变化值即Δn(g),Δn(g)正值越大,反应后熵增加越大;
Δn(g)负值越大,反应后熵减越多。
2.对没有气体参加的反应
主要看各物质总的物质的量的变化值即Δn(总),Δn(总)正值越大,熵增越大;
Δn(总)负值绝对值越大,反应后熵减越多。
考向四 自发反应的判断依据
浙江“七彩阳光”联合模拟,30节选)已知在298K和101kPa条件下,有如下反应:
C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH1=-393.5kJ·
2C(s)+O2(g)===2CO(g)
ΔH2=-221kJ·
N2(g)+O2(g)===2NO(g)
ΔH3=+180.5kJ·
试回答下列问题:
汽车尾气净化原理为反应Ⅳ:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=________,该反应能自发进行的条件是________。
(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。
解+析 根据盖斯定律可知反应Ⅳ由(反应Ⅰ×
2-反应Ⅱ-反应Ⅲ)得到,则ΔH=(-393.5kJ·
mol-1)×
2-(-221kJ·
mol-1)-(+180.5kJ·
mol-1)=-746.5kJ·
mol-1;
由ΔG=ΔH-TΔS<0,其中ΔH<0、ΔS<0,可知该反应在低温下能自发进行。
答案 -746.5kJ·
mol-1 低温
化学反应的自发性的判断
1.自发过程:
在一定的条件下,不需要外力就可以自动进行的过程。
2.焓变判断:
一个自发的过程,体系趋向是由能量高的状态向能量低的状态转化。
对化学反应而言,放热反应有自发的倾向。
但是,吸热反应也有自发的,放热反应也有不自发的。
3.熵变判断:
在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增加。
4.自由能变ΔG的的判断方法ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<0,反应正向自发进行。
ΔG=0,反应处在平衡状态。
ΔG>0,反应逆向自发进行。
①一个放热的熵增加的反应,肯定是一个自发的反应。
ΔH<0,ΔS>0,ΔG<0
②一个吸热的熵减少的反应,肯定是一个不自发的反应。
ΔH>0,ΔS<0,ΔG>0
③一个放热的熵减少的反应,降低温度,有利于反应自发进行。
ΔH<0,ΔS<0,要保证ΔG<0,T要降低。
④一个吸热的熵增加的过程,升高温度,有利于反应自发发生。
ΔH>0,ΔS>0,要保证ΔG<0,T要升高得足够高。
1.(2018·
浙江金丽衢十二校高三上节选)为应对全球石油资源口益紧缺。
提高煤的利用效率,我国开发了煤制烃技术,并进入工业化试验阶段。
煤气化制合成气(CO和H2):
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ/mol该反应在高温下能自发进行,理由是________________。
解+析 由于该反应中ΔH>0,另外气体的物质的量增加,因此ΔS>0根据ΔG=ΔH-TΔS<0,在高温下反应能自发进行。
答案 ΔH>
0,ΔS>
浙江名校协作体高三上节选)研究NOx、CO2的吸收利用,对促进低碳社会的构建和环境的保护具有重要意义。
已知C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g) ΔH=akJ·
mol-1
N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=bkJ·
H2O(l)===H2O(g) ΔH=ckJ·
则C2H4(g)+6NO(g)3N2(g)+2CO2(g)+2H2O(l)的反应热ΔH=________。
解+析 已知:
①已知C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=akJ·
②N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=bkJ·
③H2O(l)===H2O(g) ΔH=ckJ·
根据盖斯定律:
将方程式①-3×
②-2×
③得C2H4(g)+6NO(g)3N2(g)+2CO2(g)+2H2O(l)的ΔH=(a-3b-2c)kJ·
故答案为:
(a-3b-2c)kJ·
答案 (a-3b-2c)kJ·
台州一模节选)烟气(主要污染物SO2、NO、NO2)的大量排放造成严重的大气污染,国内较新研究成果是采用以尿素为还原剂的脱酸脱硝一体化技术。
脱硫总反应:
SO2(g)+CO(NH2)2(aq)+2H2O(l)+
O2(g)===(NH4)2SO4(aq)+CO2(g)。
已知该反应能自发进行,这条件是________(填“高温”、“低温”或“任何温度”)。
解+析 脱硫总反应:
O2(g)===(NH4)2SO4(aq)+CO2(g),ΔS<0,已知该反应能自发进行,ΔH-TΔS<0,ΔH<0,且低温下反应自发进行,故答案为:
低温。
4.(2019·
浙江余姚3月模拟节选)NH3可用于烟气的脱硝,与烟气中的NO反应生成为N2(g)和H2O(g)。
已知NH3(g)的标准燃烧热为-382.8kJ/mol;
N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.8kJ/mol;
H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44kJ/mol,则NH3(g)与NO(g)合成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式为__________________________________________
__________________________________________________________________。
解+析 4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(l)
ΔH=-1531.2kJ/mol ①;
N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.8kJ/mol ②;
H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44kJ/mol ③
根据盖斯定律将方程式①-3×
②-6×
③得:
4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g) ΔH=+1809.6kJ/mol。
答案 4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(g)
ΔH=+1809.6kJ/mol
5.(2019·
浙江宁波3月模拟节选)甲醇水蒸气催化重整反应是生产氢气的有效方法之一。
CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH该反应包括如下两个过程:
Ⅰ.甲醇分解:
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH1
Ⅱ.水蒸气变换:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作Kp),甲醇分解与水蒸气变换反应Kp随温度变化见下表。
反应
398K
498K
598K
698K
798K
898K
甲醇分解
0.50
185.8
9939.5
1.8×
105
1.6×
106
9.3×
水蒸气变换
1577
137.5
28.14
9.339
4.180
2.276
398K时,CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的Kp=________。
解+析 Ⅰ.甲醇分解:
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的平衡常数为Kp1,Ⅱ.水蒸气变换:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为Kp2,根据盖斯定律:
反应Ⅰ+Ⅱ得到CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g),CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数Kp=Kp1×
Kp2,398K时Kp1=0.5,Kp2=1577,所以Kp=Kp1×
Kp2=0.5×
1577=788.5。
答案 788.5
北京理综,27节选)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是______________________________________________
______________________________________________________________。
②已知反应器中还存在如下反应:
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。
解+析 ①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1,结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4+2H2O(g)===4H2+CO2。
②根据盖斯定律,由ⅰ+ⅱ-ⅲ或ⅰ-ⅱ-ⅲ可得C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)===2CO(g)。
答案 ①CH4+2H2O(g)
4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)===2CO(g)
江苏高考节选)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=-116.1kJ·
3HNO2(aq)===HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9kJ·
反应3NO2(g)+H2O(l)===2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=________kJ·
解+析 将题给三个热化学方程式依次编号为①、②和③,根据盖斯定律可知,③=(①×
3+②)/2,则ΔH=(-116.1kJ·
3+75.9kJ·
mol-1)/2=-136.2kJ·
答案 -136.2
全国卷Ⅰ节选)已知:
2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4kJ·
mol-1 2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3kJ·
mol-1则反应N2O5(g)===2NO2(g)+
O2(g)的ΔH=________kJ·
解+析 令2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4kJ·
mol-1 a式
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3kJ·
mol-1 b式
根据盖斯定律,a式×
-b式可得:
N2O5(g)===2NO2(g)+
O2(g) ΔH=+53.1kJ·