常考题空1 热化学方程式及反应热的计算
1．书写热化学方程式的“五环节”
[来源:学§科§网]
2．利用盖斯定律书写热化学方程式的步骤和方法
(1)步骤
(2)方法
题组一 热化学方程式的书写
1．依据反应事实书写有关热化学方程式：
(1)[2017·天津，7(3)]0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)[2014·安徽，25(3)]CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s)，放热44.4 kJ，该反应的热化学方程式是_____________
________________________________________________________________________。
(3)[2018·北京，27(1)]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：_______________________________________________________。
答案 (1)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 kJ·mol－1
(2)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s) ΔH＝－177.6 kJ·mol－1
(3)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH2＝－254 kJ·mol－1[来源:学|科|网Z|X|X|K]
2．运用盖斯定律书写下列热化学方程式：
(1)已知：25 ℃、101 kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s) ΔH＝－520 kJ·mol－1
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ·mol－1
Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－1 065 kJ·mol－1
则SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是________________________
(2)[2017·全国卷Ⅰ，28(2)]近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：
下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为___________________、
________________________________________________________________________，
制得等量H2所需能量较少的是________。[来源:学科网ZXXK]
答案 (1)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－248 kJ·mol－1
(2)H2O(l)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝286 kJ·mol－1
H2S (g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝20 kJ·mol－1 系统(Ⅱ)
解析 (1)将题给三个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由③－①－②可得SO2(g)＋MnO2(s)===MnSO4(s) ΔH＝(－1 065 kJ·mol－1)－(－520 kJ·mol－1)－(－297 kJ·mol－1)＝－248 kJ·mol－1。
(2)令题干中的四个热化学方程式分别为
①H2SO4(aq)===SO2(g)＋H2O(l)＋O2(g) ΔH1＝327 kJ·mol－1
②SO2(g)＋I2(s)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq) ΔH2＝－151 kJ·mol－1
③2HI(aq)===H2(g)＋I2(s) ΔH3＝110 kJ·mol－1
④H2S(g)＋H2SO4(aq)===S(s)＋SO2(g)＋2H2O(l) ΔH4＝61 kJ·mol－1
根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统(Ⅰ)中的热化学方程式：
H2O(l)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝327 kJ·mol－1－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＝286 kJ·mol－1
同理，将②＋③＋④可得，系统(Ⅱ)中的热化学方程式：
H2S(g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＋61 kJ·mol－1＝20 kJ·mol－1
由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。
题组二 计算化学反应的焓变(ΔH)
3．二氧化碳回收利用是环保科学研究的热点课题。已知CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)CH2==CH2(g)＋4H2O(g) ΔH。
(1)几种物质的能量(kJ·mol－1)如表所示(在标准状态下，规定单质的能量为0，测得其他物质生成时放出的热量为其具有的能量)：
物质
CO2(g)
H2(g)
CH2==CH2(g)
H2O(g)
能量/kJ·mol－1
－394
0
52
－242
ΔH＝____________________kJ·mol－1。
(2)几种化学键的键能(kJ·mol－1)。
化学键
C==O
H—H
C==C
H—C
H—O
键能/kJ·mol－1
803
436
615
a
463
a＝____________________。
[思路点拨] 从宏观的角度讲，反应热是生成物自身的总能量与反应物自身的总能量的差值，根据第(1)问中所给出的各物质所具有的能量，可以计算反应的热效应。从微观的角度讲，反应热是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，已知反应的热效应和部分化学键的键能，可求某一化学键的键能。
答案 (1)－128 (2)409.25
解析 (1)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝(52－242×4－0＋394×2)kJ·mol－1＝－128 kJ·mol－1。(2)ΔH＝断裂化学键的总键能－形成化学键的总键能＝(803×4＋436×6－615－4a－463×8)kJ·mol－1＝－128 kJ·mol－1，解得a＝409.25。
4．(1)[2016·全国卷Ⅱ，26(3)]联氨(又称肼，N2H4
，无色液体)是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料。回答下列问题：
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l) ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4＝____________________________________________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为__________________________________。
(2)CH4和CO2可以制造价值更高的化学产品。
已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3＝c kJ·mol－1
反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝____ kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。
答案 (1)2ΔH3－2ΔH2－ΔH1 反应放热量大，产生大量的气体
(2)(a＋2b－2c)
解析 (1)对照目标热化学方程式中的反应物和生成物在已知热化学方程式中的位置和化学计量数，利用盖斯定律，将热化学方程式③×2，减去热化学方程式②×2，再减去热化学方程式①，即可得出热化学方程式④，故ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1；联氨具有强还原性，N2O4具有强氧化性，两者混合在一起易自发地发生氧化还原反应，反应放热量大，并产生大量的气体，可为火箭提供很大的推进力。
(2)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝a kJ·mol－1，2CO(g)＋2H2O(g)===2CO2(g)＋2H2(g)ΔH＝2b kJ·mol－1,4CO2(g)===4CO(g)＋2O2(g) ΔH＝－2c kJ·mol－1。
上述三式相加得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝(a＋2b－2c)kJ·mol－1。[来源:学科网]
常考题空2 有关反应速率、平衡常数、转化率的计算
1．有关化学反应速率计算公式的理解
对于反应mA(g)＋nB(g)===cC(g)＋dD(g)
(1)计算公式：v(B)＝＝。
(2)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶c∶d。
(3)注意事项
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
2．化学平衡计算中常用公式
(1)对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)在一定温度下达到化学平衡时，其化学平衡常数计算的表达式为
K＝(式中的浓度是指平衡状态的浓度)
Kp＝
其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压，
气体的分压＝气体总压×体积分数
气体体积之比＝气体物质的量之比
(2)同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式亦不同。例如：
N2O4(g)2NO2(g) K＝
N2O4(g)NO2(g) K′＝＝
2NO2(g)N2O4(g) K″＝＝
因此书写平衡常数表达式时，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。
(3)转化率计算公式
转化率(α)＝×100%
题组一 有关化学反应速率的计算
1．[2015·广东理综，31(3)改编]一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。
答案 v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝＝1.8×10－3 mol·min－1。
2．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为SO3(g)是一步关键步骤。
(1)550 ℃时，向一恒温恒容的容器内充入2 mol SO2(g)与1 mol O2(g)进行上述反应，测得SO2(g)浓度随时间变化如图甲所示，则该温度下反应从开始到平衡氧气的平均反应速率v(O2)＝____________。
(2)改变温度，在1 L的恒温容器中，反应过程中部分数据见下表：
反应时间/min
SO2(g)/mol
O2(g)/mol
SO3(g)/mol
0
4
2
0
5
1.5
10
2
15
1
若在起始时总压为p0 kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，而气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10 min内SO2(g)的反应速率v(SO2)＝______ kPa·min－1。
答案 (1)0.016 mol·L－1·min－1
(2)
解析 (1)v(O2)＝×＝0.016 mol·L－1·min－1。
(2)通过“三段式”计算知道，10 min时容器A中体系成分为2 mol SO2(g)、1 mol O2(g)和2 mol SO3(g)。气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10 min时体系总压p10 min满足＝，即p10 min＝p0 kPa，p初始(SO2)＝p0 kPa，p10 min(SO2)＝p0×＝p0 kPa，故v(SO2)＝(p0 kPa－p0 kPa)÷10 min＝p0 kPa·min－1。
题组二 有关平衡常数及转化率的计算
3．[2017·全国卷Ⅰ，28(3)①]近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：
H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g) ＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。
答案 2.5 2.8×10－3
解析 设平衡时H2S转化的物质的量为x mol。
H2S(g) ＋ CO2(g)COS(g)＋H2O(g)
初始/mol 0.40 0.10 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x
由题意得：＝0.02
解得：x＝0.01
H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%
K＝＝＝≈2.8×10－3。
4．[2017·全国卷Ⅲ，28(4)④]砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：
298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为____。
答案
解析 反应前，三种溶液混合后，c(Na3AsO3)＝3x mol·L－1×＝x mol·L－1，同理，c(I2)＝x mol·L－1，反应情况如下：
AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)
起始浓度/mol·L－1 x x 0 0
平衡浓度/mol·L－1 x－y x－y 1 y 2y
K＝＝。
5．亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)
②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)
③2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)
设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K1、K2、K3之间的关系为______。
(2)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示：
①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)＝________ mol·L－1·min－1。
②T2时该反应的平衡常数K为________。
③T2时Cl2的平衡转化率为__________。
(3)若按投料比[n(NO)∶n(Cl2)]＝2∶1把NO和Cl2加入到一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示：
①该反应的ΔH________(填“>”“”“
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