课时 2 热化学方程式 燃烧热

将 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 、 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{2}} $ 充入一密闭容器中充分反应后，放出热量 $ {\rm a\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，此时测得 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的转化率为 $ 50\% $ ，所以反应的 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的物质的量为 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，对应热化学方程式为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+\dfrac{1}{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})⇌{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=-a\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ 或 $ {\rm 2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})⇌2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=-2a\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确。

$ 0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 液态肼与 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 完全反应生成氮气和水蒸气，放出 $ {\rm 283.5\mathrm{k}\mathrm{J}} $ 的热量，则 $ 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 液态肼反应放出的热量为 $ {\rm \dfrac{283.5}{0.5}×2\mathrm{k}\mathrm{J}=1134.0\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，则表示该反应的热化学方程式是 $ {\rm 2{\mathrm{N}}_{2}{\mathrm{H}}_{4}(\mathrm{l})+2{\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})\xlongequal{}3{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=-1134.0\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ，选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。

（1） 由题图可知，该反应为放热反应，即反应物的总焓大于生成物的总焓， $ {\rm \mathrm{\Delta }H={E}_{1}-{E}_{2}=(134-368)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=-234\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ，则反应的热化学方程式为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{C}\mathrm{O}(\mathrm{g})\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=-234\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ 。

（2） ① 将已知反应依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，Ⅱ $ ×2 $ 即为Ⅲ的逆反应，正、逆反应的焓变数值相等，符号相反，则 $ b $ 、 $ c $ 的关系式为 $ 2b+c=0 $ ；Ⅲ为水分解生成氢气和氧气的吸热反应，反应的焓变大于0，则 $ c > 0 $ 。

② 相同条件下， $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 气态水的能量高于 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 液态水，则氢气和氧气生成液态水时放出的热量更多，故 $ {\rm \mathrm{\Delta }{H}_{1} > \mathrm{\Delta }{H}_{2}} $ 。

【模型建构】

热化学方程式的书写步骤

物质的燃烧热是指在 $ {\rm 101\mathrm{k}\mathrm{P}\mathrm{a}} $ 时， $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ 的物质的量不是 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{S}} $ 的物质的量不是 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，且 $ {\rm \mathrm{S}} $ 燃烧应生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ ，不是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{H}} $ 元素没有转化为指定产物 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；反应 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{8}{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{l})+4{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})\xlongequal{}{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})+2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=-2000\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ 中，可燃物为 $ 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ， $ {\rm \mathrm{N}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}} $ 元素均转化为指定产物， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

$ {\rm {\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{26}} $ 是饱和烷烃，1个分子中含有 $ 12-1=11 $ 个 $ {\rm \mathrm{C}—\mathrm{C}} $ 和26个 $ {\rm \mathrm{C}—\mathrm{H}} $ ，共价键总数为 $ 11+26=37 $ ，故 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{26}} $ 中含有 $ 37\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 共价键， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；根据提供的燃烧热数据，可得甲烷的热值为 $ {\rm \dfrac{890.3}{16}\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{g}}^{-1}\approx 55.64\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{g}}^{-1}} $ ，航空煤油的热值为 $ {\rm \dfrac{7519}{12×12+26}\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{g}}^{-1}\approx 44.23\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{g}}^{-1}} $ ，所以甲烷热值较高， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；化石能源是由古代生物的遗骸经一系列复杂变化形成的，形成周期较长，而沼气为当代的有机物如农作物秸秆、厨余垃圾、有机废水等通过微生物发酵形成的，沼气可持续不断产生，为可再生能源，不属于化石能源， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；甲烷中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}} $ 物质的量比为 $ 0.25 $ ， $ {\rm {\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{26}} $ 中 $ {\rm \mathrm{C}} $ 、 $ {\rm \mathrm{H}} $ 物质的量比约为 $ 0.46 $ ，所以甲烷的理论燃烧温度高， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由题图可以看出， $ {\rm \dfrac{1}{2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+\dfrac{3}{2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ 中的化学键断裂吸收的能量为 $ {\rm a\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ， $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 中的化学键形成放出的能量为 $ {\rm b\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，所以 $ {\rm \dfrac{1}{2}{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+\dfrac{3}{2}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})⇌{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=(a-b)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ 或 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})⇌2{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=2(a-b)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误； $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 转化为 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{l})} $ 放出的能量为 $ {\rm c\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，则当生成液态 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ 时， $ {\rm \dfrac{1}{2}{\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+\dfrac{3}{2}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})⇌{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{l})\mathrm{\Delta }H=(a-b-c)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ 或 $ {\rm {\mathrm{N}}_{2}(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})⇌2{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{l})\mathrm{\Delta }H=2(a-b-c)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}.} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

假设均放出 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ，由碳元素守恒可知，甲烷释放的能量为 $ {\rm 890.3\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，乙醇释放的能量为 $ {\rm \dfrac{1366.8}{2}\mathrm{k}\mathrm{J}=683.4\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ， $ {\rm {\mathrm{C}}_{3}{\mathrm{H}}_{8}} $ 释放的能量为 $ {\rm \dfrac{2219.9}{3}\mathrm{k}\mathrm{J}\approx 740\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ， $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}} $ 释放的能量为 $ {\rm \dfrac{2878.0}{4}\mathrm{k}\mathrm{J}=719.5\mathrm{k}\mathrm{J}} $ ，可见生成等量的二氧化碳时，甲烷放出的能量最多，则完全燃烧放出等量的能量时，甲烷释放的二氧化碳最少，故选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。

（1） $ {\rm \mathrm{\Delta }H=} $ 生成物的相对能量 $ - $ 反应物的相对能量， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ 的热化学方程式为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})\xlongequal{}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})\mathrm{\Delta }H=2×(-242\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1})-(-136\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1})=-348\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ，则 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ 与足量 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ 释放的能量为 $ {\rm 348\mathrm{k}\mathrm{J}} $ 。

（2） $ {\rm \mathrm{\Delta }{H}_{1}} $ 为反应物断裂化学键吸收的总能量， $ {\rm \left|\mathrm{\Delta }{H}_{2}\right|} $ 为生成物形成化学键放出的总能量， $ {\rm \mathrm{\Delta }H} $ 为反应热，根据 $ {\rm \mathrm{\Delta }H=} $ 反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量，代入数值计算可得 $ {\rm \mathrm{\Delta }{H}_{2}=+11.3\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}-1416.9\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=-1405.6\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ， $ {\rm \left|\mathrm{\Delta }{H}_{2}\right|} $ 为生成物形成化学键放出的总能量，则 $ {\rm \mathrm{\Delta }{H}_{2}=-(391.3×2+x+431.8)\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}=-1405.6\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ，解得 $ x=191.2 $ 。

从图中可知，Ⅰ中反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，Ⅲ中反应物的总能量低于生成物的总能量，是吸热反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；从图中可知， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}(\mathrm{g})} $ 的总能量高于 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}(\mathrm{l})} $ 的总能量，为放热过程， $ {\rm \mathrm{\Delta }H} $ 应小于 $ {\rm 0， \mathrm{B}} $ 错误；Ⅲ为吸热反应， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3} (\mathrm{l} )+{\mathrm{H}}_{2} (\mathrm{g} )\xlongequal{}\mathrm{S}\mathrm{i} (} $ 精硅， $ {\rm \mathrm{s} )+3\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l} (\mathrm{g} )\mathrm{\Delta }H=+238\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；理论上能量无损耗，但在实际工业生产中，粗硅提纯精硅的反应器会与环境进行热交换，能量会有所损耗， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。