Question

19．到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用最广泛的能源．
（1）在25℃、101kPa下，16g的甲烷完全燃烧生成CO₂和液态水时放出a kJ（a＞0）的热量，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol．
（2）化学反应中放出的热能（焓变，△H）与反应物和生成物的键能（E）有关．
①图1是N₂（g）和H₂（g）发生反应生成1mol NH₃（g）过程中的能量变化示意图，该反应过程是放热（填“放热”或“吸热”）过程，请写出生成2mol NH₃的热化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol．
②已知：

化学键	H-H	N≡N
键能（kJ/mol）	435	943

试根据上表及图1中的数据计算N-H键的键能为390kJ/mol．
③若起始时向容器内放入1mol N₂和3mol H₂，10分钟后N₂的转化率为15%，则该反应进行到此时共放出的热量为13.8kJ．
（3）①二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要研究方向．工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ/mol
CH₃OCH₃（g）+H₂O （g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ/mol
则：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃ （g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量书写热化学方程式，16g的甲烷（CH₄）即1mol完全燃烧生成CO₂和液态水时放出akJ的热量，标注物质聚集状态和对应焓变写出；
（2）①根据反应物总能量大于生成物总能量判断该反应为放热反应；再据焓变等于反应物活化能减去生成物活化能求算焓变，再书写热化学方程式；
②根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算；
③根据N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol及消耗的氮气计算放出的热量；
（3）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），据此计算．

解答 解：（1）16g的甲烷（CH₄）即1mol完全燃烧生成CO₂和液态水时放出akJ的热量，标注物质聚集状态和对应焓变写出热化学方程式为：CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol；故答案为：CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol；
（2）①有图可知，反应物总能量大于生成物总能量，则该反应为放热反应；又焓变等于反应物活化能减去生成物活化能求算焓变，所以N₂（g）和H₂（g）发生反应生成1mol NH₃（g）过程中的△H=254KJ/mol-300KJ/mol=-46KJ/mol，所以生成2mol NH₃的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-46KJ/mol×2=-92KJ/mol，故答案为：放热；N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol；
②反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，设N-H的键能为x，则943+3×435-6x=-92，x=390，故答案为：390；
③因为放入1mol N₂和3mol H₂，10分钟后N₂的转化率为15%，所以消耗氮气为0.15mol，又N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol，则放出的热量为0.15mol×92KJ/mol=13.8KJ，故答案为：13.8；
（3）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H₃=2△H₁-△H₂=2×（-53.7kJ•mol^-1）-23.4kJ•mol^-1=-130.8kJ•mol^-1，
故答案为：-130.8．

点评 本题考查了化学反应能量变化分析判断，热化学方程式书写方法和盖斯定律的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．