2020届二轮复习 焓变、熵变及自发反应 作业（浙江专用） 练习

焓变、熵变及自发反应

1.(2019·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)

2.(2018·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＝－116.1 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　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＝(－116.1 kJ·mol－1×3＋75.9 kJ·mol－1)/2＝－136.2 kJ·mol－1。

答案　－136.2

3.(2018·全国卷Ⅰ节选)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。

解析　令2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1　a式

2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1　b式

根据盖斯定律，a式×－b式可得：

N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋53.1 kJ·mol－1。

答案　＋53.1

4.(2018·全国卷Ⅱ节选)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为________kJ·mol－1。

解析　将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：

4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)，则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48 kJ·mol－1＋(－30 kJ·mol－1)＝114 kJ·mol－1。

答案　114

5.(2018·全国卷Ⅱ节选)CH4—CO2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　将题给三个反应依次编号为①、②、③：

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

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1　②

C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1　③

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝247 kJ·mol－1。

答案　247

6.下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是(　　)

A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1

B.CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0 kJ·mol－1

C.氢气的燃烧热ΔH＝－285.5 kJ·mol－1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋285.5 kJ·mol－1

D.1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

解析　在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热叫做中和热，中和热是以生成1 mol液态H2O为基准的，A项错误；CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－2×283.0 kJ·mol－1，逆向反应时反应热的数值相等，符号相反，B项正确；电解2 mol水吸收的热量和2 mol H2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等，ΔH应为＋571.0 kJ·mol－1，C项错误；在101 kPa 时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物(水应为液态)时所放出的热量是该物质的燃烧热，D项错误。

答案　B

7.黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：

S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝x kJ·mol－1

已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1

S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1

2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为(　　)

A.3a＋b－c  B.c－3a－b

C.a＋b－c  D.c－a－b

解析　由碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，得①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，将另外两个热化学方程式进行编号：②S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1，③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，运用盖斯定律，目标反应可由①×3＋②－③得到，所以ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝3a＋b－c。

答案　A

8.(2018·浙江嘉兴一中高三上节选)现有的汽车尾气处理的原理是：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，通常使含适当比例的NO、CO尾气通过装有高效催化剂的处理装置。请根据以下相关数据，分析仅使用催化剂能否有效消除NO、CO尾气污染________。

解析　　反应Ⅰ：2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030

反应Ⅱ：2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K2＝4×10－92

据盖斯定律①－②得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的K＝K1/K2＝2.5×10121，K值越大，反应进行的越完全，从理论上来说，CO与NO能反应完全。

答案　能，由反应Ⅰ和Ⅱ的平衡常数，可知2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的K＝K1/K2＝2.5×10121，该反应向正方向的趋势很大，使用合适的催化剂加快反应速率，基本上可以除去污染气体

9.(2018·浙江东阳中学高二上节选)一定条件下，在CO2与足量碳反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：

反应1：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝a kJ/mol

反应2：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝b kJ/mol

(1)则二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是__________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

(2)已知298 K时相关化学键键能数据为：

则根据键能计算，ΔH1＝________。反应1自发的条件是________。(填“较高温度”、“较低温度”、“任意温度”)

解析　(1)应用盖斯定律，反应1－反应2得，二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的反应式为CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(a－b) kJ·mol－1；(2)反应热＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键释放的总能量，故ΔH1＝1 076 kJ/mol＋3×436 kJ/mol－4×413 kJ/mol－2×465 kJ/mol＝－198 kJ·mol－1；根据复合判据公式ΔG＝ΔH－TΔS，若反应自发进行，ΔG小于零，反应ΔS小于零，故温度要保持较低温度。

答案　(1)CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1　(2)－198 kJ·mol－1　较低温度

10.(2018·丽水衢州湖州高三上节选)据报道，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰(甲烷的水合物)试采获得成功。甲烷是一种重要的化工原料。

甲烷重整是提高甲烷利用率的重要方式，有以下三种：

部分氧化：CH4(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝－35.9 kJ·mol－1 　①

水蒸气重整：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH2＝205.9 kJ·mol－1　②

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1　③

二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH4　④

则：反应②自发进行的条件是________________，ΔH4＝________ kJ·mol－1。

解析　反应②是吸热的熵值增大的可逆反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知自发进行的条件是高温；根据盖斯定律可知②－③即得到反应④的ΔH4＝＋247.1 kJ·mol－1。

答案　高温　＋247.1

11.(2018·北京高考节选)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋551 kJ·mol－1

反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3＝－297 kJ·mol－1

反应Ⅱ的热化学方程式：___________________________________________

________________________________________________________________。

解析　由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓。根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－(反应Ⅰ＋反应Ⅲ)可得：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。

答案　3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1