题目内容
5.甲烷、一氧化碳和氢气、甲醇等既是重要的燃料也是重要的化工原料.已知:
①2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H1=-571.6kJ•mol-1
②CH4(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)+2H2(g)△H2=-36kJ•mol-1
③CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H3=+216kJ•mol-1
(1)氢气的燃烧热为△H=-285.8kJ•mol-1,写出甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:CH4(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-607.6kJ•mol-1.
(2)现有1mol由H2O(g)与O2组成的混合气体,且O2的体积分数为x,将此混合气体与足量CH4充分反应.当x=0.75时,反应②与③放出(或吸收)的总能量为0.若②反应过程中能量转化过程如图所示,下列有关说法中正确的是C.
A.E1=36kJ B.E2=36kJ
C.E1-E2=36kJ D.E3-E1=36kJ
(3)工业上可通过CO和H2化合制得CH3OH:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1(CO结构式为C≡O).又知某些化学键的键能(断开1mol化学键时所需要的最低能量)数值如下表:
化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | C≡O | H-O |
键能 (kJ•mol-1) | 348 | 413 | 436 | 358 | 1072 | 463 |
分析 (1)氢气的燃烧热是值1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,单位是kJ•mol-1;依据热化学方程式和盖斯定律计算得到甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式;
(2)根据反应热与反应物的物质的量成正比来解答;根据反应热应等于生成物与反应物的能量之差;
(3)依据化学反应的焓变=反应物总键能-生成物总键能;该反应存在限度,不可能完全转化.
解答 解:(1)2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H1=-571.6kJ•mol-1,即1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量285.8 kJ,故氢气的燃烧热为△H=-285.8 kJ•mol-1;
①2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H1=-571.6kJ•mol-1
②CH4(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)+2H2(g)△H2=-36kJ•mol-1
依据盖斯定律①+②得到甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为:CH4(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-607.6 kJ•mol-1;
故答案为:△H=-285.8 kJ•mol-1;CH4(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-607.6 kJ•mol-1;
(2)由反应②和③△H的数值可知,当O2与H2O的物质的量之比为3:1时,反应②与③的总能量变化为0,O2的体积分数为x=0.75;由方程式②知36 kJ是该反应的能量变化,数值上与该反应的反应热相等,而反应热应等于生成物与反应物的能量之差,故36 kJ是E1、E2数值的差;
答案为:0.75;C;
(3)CH3OH:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)中的焓变△H1=反应物总键能-生成物总键能,依据图表提供的化学键的键能计算得到△H1═1072kJ•mol-1+2×436kJ•mol-1-(3×413kJ•mol-1+358kJ•mol-1+463kJ•mol-1)=-116 kJ•mol-1;由于是可逆反应,平衡时1mol CO(g)反应后生成的CH3OH小于1mol,所以放出的热量小于116 kJ,故答案为:-116 kJ•mol-1;<.
点评 本题主要考查了热化学方程式的意义,化学方程式的有关计算,有关反应热的计算,难度不大,注意知识的运用.
A. | B. | CH4 | C. | CuO | D. | C2H5OH |
A. | 元素Y、Z、W形成的离子具有相同电子层结构,其离子半径依次增大 | |
B. | 39g Z2Y2中含有的离子数约为1.204×1024 | |
C. | 元素Z、R的氧化物的水化物之间相互反应生成的盐一定是正盐 | |
D. | 元素Y、R分别与元素X形成的化合物的热稳定性:XmY>XmR |
A. | 水 | B. | 碳酸钠溶液 | C. | 溴水 | D. | 汽油 |