Question

8．已知1mol CO气体完全燃烧生成CO₂气体，放出283kJ热量，1mol氢气完全燃烧生成液态水放出286kJ热量，1mol CH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和液态水放出890kJ热量
（1）写出H₂燃烧热的热化学方程式H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1．
（2）若1mol CH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和水蒸汽，放出热量＜890kJ（填“=”、“＞””＜”）
（3）若将a mol CH₄，CO，H₂混合气体完全燃烧，生成CO₂气体和水蒸汽，则放出热量（Q）的取值范围是283akJ＜Q＜890akJ．
（4）若将a mol CH₄，CO，H₂混合气体完全燃烧，生成CO₂气体和水蒸汽，且CO₂和H₂O物质的量相等，则放出热量（Q）的取值范围是284.5a kJ＜Q＜586.5a kJ．
（5）用Cl₂生产某些含氯有机物时会产生副产物HC1．利用反应A，可实现氯的循环利用．反应A：4HCl+O₂$\frac{\underline{\;CuO/CuCl_{2}\;}}{400℃}$2Cl₂+2H₂O
已知：Ⅰ反应A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的热量．
Ⅱ
①H₂O的电子式是．
②反应A的热化学方程式是4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-115.6 KJ/mol．
③断开1mol H-O 键与断开 1mol H-Cl 键所需能量相差约为32kJ，H₂O中H-O 键比HCl中H-Cl键（填“强”或“弱”）强．
④对于反应A，图1是4种投料比[n（HCl）：n（O₂），分别为1：1、2：1、4：1、6：1下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线．

ⅰ曲线b对应的投料比是4：1．
ⅱ投料比为2：1、温度为400℃时，平衡混合气中Cl₂的物质的量分数是30.8%．
（6）物质（t-BuNO）₂在正庚烷溶剂中发生如下反应：（t-BuNO）₂?2（t-BuNO）．
实验测得该反应的△H=+50.5kJ•mol^-1，活化能E_a=90.4kJ•mol^-1．下列能量关系图（图2）合理的是D．该反应的△S＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．在较高填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．

Answer 1

分析 （1）依据1mol氢气完全燃烧生成液态水放出286KJ热量写出热化学方程式，标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）根据不同聚集状态的水的能量不同，进行判断1molCH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和水蒸气放出的热量；
（3）利用极限法计算；
（4）CO₂气体和水的物质的量相等，利用讨论法计算；
（5）①共价化合物的电子式由对应原子的电子式组成，并要表示出两原子之间的共用电子对情况；
②反应A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的热量，依据热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变写出；
③反应热△H=反应物总键能-生成物的总键能，据此计算H-O键与H-Cl键的键能差，进而计算断开1mol H-O键与断开1mol H-Cl键所需能量差；
④ⅰ在其他条件不变时，O₂的量越大，HCl的转化率越大；
ⅱ依据化学平衡三段式列式计算得到；
（6）由实验测得该反应的△H=+50.5 kJ•mol^-1，可知该反应是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，又依据活化能E_a=90.4 kJ•mol^-1，E_a-△H＜50.5kJ•mol^-1；
由于该反应是一个分解反应，所以是一个混乱度增加（熵增）的反应，△S＞0；而该反应又是一个吸热反应，△H＞0，结合△G=△H-T△S判断．

解答 解：（1）1molH₂在O₂中完全燃烧，生成1mol液态水，放出286kJ热量，表示H₂燃烧热的化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1，
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ•mol^-1；
（2）水由气态变为液态时要放出热量，由于1mol CH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和液态水放出890KJ热量，则1mol CH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和水蒸气，放出的热量小于890kJ，
故答案为：＜；
（3）amol全部是CO，放出热量为283a kJ；
同理，amol全部是CH₄，放出热量为890a kJ；amol全部是H₂，放出热量为286a kJ；
故将将amol CH₄、CO和H₂的混合气体完全燃烧生成气体和液态水，放出热量Q的取值范围是：283a kJ＜Q＜890akJ．
故答案为：283akJ＜Q＜890akJ；
（4）生成的CO₂和液态H₂O的物质的量相等，还用假设分析，有以下几种可能
①若无CO，生成的CO₂和液态H₂O的物质的量不相等，故不合题意
②若无H₂，可能是CO和CH₄各为$\frac{a}{2}$mol，
放出的热量（Q）=$\frac{a}{2}$×（283+890）=586.5a kJ，
③若无CH₄，可能是CO和H₂各为$\frac{a}{2}$mol，
放出的热量（Q）=$\frac{a}{2}$×（283+286）=284.5a kJ，
若无两种气体均不可能，
所以放出的热量（Q）的取值范围为：284.5a kJ＜Q＜586.5a kJ
故答案为：284.5a kJ＜Q＜586.5a kJ；
（5）①H₂O是共价化合物，是由原子和氢原子形成共价键，电子式为，故答案为：；
②依据反应A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的热量，反应的热化学方程式为：4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-115.6 KJ/mol，
故答案为：4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-115.6 KJ/mol；
③E（H-O）、E（HCl）分别表示H-O键能、H-Cl键能，反应A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的热量，反应热△H=反应物总键能-生成物的总键能，故：4×E（H-Cl）+498kJ/mol-[2×243kJ/mol+4×E（H-O）]=-115.6kJ/mol，整理得，4E（H-Cl）-4E（H-O）=-127.6kJ/mol，即E（H-O）-E（HCl）=31.9kJ/mol，
故断开1mol H-O键与断开1mol H-Cl键所需能量相差约为31.9kJ/mol×1mol=31.9kJ≈32kJ，所以H₂O中H-O 键比HCl中H-Cl键强；
故答案为：32；强；
④ⅰ在其他条件不变时，O₂的量越大，HCl的转化率越大，由此可确定a为6：1，b为4：1，c为2：1，d为1：1，故答案为：4：1；
ⅱ由图可读出投料比为2：1、温度为400℃时，HCl的转化率为80%，设投入的HCl为2 mol，O₂为1 mol，由此可建立三段式：
             4HCl+O₂ =2Cl₂+2H₂O
n（起始）/mol  2    1    0    0
n（转化）/mol 1.6  0.4   0.8  0.8
n（平恒）/mol 0.4  0.6   0.8  0.8 
所以平衡混合气中Cl₂的物质的量分数=$\frac{0.8mol}{0.4mol+0.6mol+0.8mol+0.8mol}$×100%=30.8%；
故答案为：30.8%；
（6）由实验测得该反应的△H=+50.5 kJ•mol^-1，可知该反应是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量．可排除能量关系图B和C，又依据活化能E_a=90.4 kJ•mol^-1，E_a-△H＜50.5kJ•mol^-1，能量关系图A中E_a-△H＞50.5 kJ•mol^-1，Ea与△H的比例不对，而能量关系图D是合理的；由于该反应是一个分解反应，所以是一个混乱度增加（熵增）的反应，△S＞0；而该反应又是一个吸热反应，即△H＞0，由△G=△H-T△S可知，所以该反应在较高温度下有利于自发进行；
故答案为：D；＞；较高．

点评 本题涉及热化学方程式、热化学方程式书写，化学键键能和焓变关系计算，图象分析判断、化学反应转化率计算，题目难度中等．