江蘇2022屆高考化學二輪：化學反應原理 突破(一)聚焦“火箭發(fā)射燃燒劑”追根反應熱問題

微點突破課(一)|聚焦“火箭發(fā)射燃燒劑”，追根反應熱問題課題探究——火箭發(fā)射所用的燃燒劑———————(體現(xiàn)知識的轉(zhuǎn)化，強化遷移應用能力)北京時間2021年6月17日9時22分，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射。此后，神舟十二號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空，飛行乘組狀態(tài)良好，發(fā)射取得圓滿成功。此次火箭發(fā)射使用的燃燒劑為偏二甲肼(C2H8N2)，氧化劑為四氧化二氮(N2O4)。反應的化學方程式為C2H8N2＋2N2O4

3N2＋2CO2＋4H2O。[問題設計]1．火箭使用這種燃燒劑、氧化劑的優(yōu)點是什么？提示：既能在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大能量將火箭送上太空，產(chǎn)物又不污染空氣。2．制備偏二甲肼的肼，也可作為火箭的燃料。已知：N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)

ΔH＝＋10.7kJ·mol－1

①N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－543kJ·mol－1

②則寫出氣態(tài)肼和N2O4反應的熱化學方程式。提示：由蓋斯定律2×②－①可得2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)

ΔH＝－1096.7kJ·mol－1。3．已知四氧化二氮在大氣中或較高溫度下很難穩(wěn)定存在，它很容易轉(zhuǎn)化為二氧化氮，試推斷出二氧化氮制取四氧化二氮的反應條件是什么？提示：加壓，降溫。[思維腦圖]命題點(一)以能壘圖像為情境載體考查反應過程中的能量變化[典例]

(2019·全國卷Ⅰ·節(jié)選)水煤氣變換[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工過程。我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注?？芍簹庾儞Q的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)E正＝________eV，寫出該步驟的化學方程式____________________。第二步：細看變化，分析各段反應分段細分析，反應歷程中過渡態(tài)Ⅰ的能壘(活化能)E正為1.59eV－(－0.32eV)＝

eV，結(jié)合圖給信息可得此過程中的化學方程式為CO*＋H2O*＋H2O(g)===CO*＋OH*＋H*＋H2O(g)，而過渡態(tài)Ⅱ的能壘(活化能)E正為1.86eV－(－0.16eV)＝

eV，結(jié)合圖給信息可得此過程中的化學方程式為

(或H2O*===H*＋OH*)。第三步：綜合分析，寫出合理答案1.912.022.02COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*[題型技法]三步突破能量變化能壘圖[遷移應用]1．(2020·天津等級考)理論研究表明，在101kPa和298K下，HCN(g)HNC(g)異構(gòu)化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．HCN比HNC穩(wěn)定B．該異構(gòu)化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1C．正反應的活化能大于逆反應的活化能D．使用催化劑，可以改變反應的反應熱解析：HNC的能量比HCN的高，則穩(wěn)定性較好的是HCN，A項正確；該異構(gòu)化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，為吸熱反應，則正反應的活化能大于逆反應的活化能，B、C項正確；使用催化劑只能改變反應的歷程，但是不影響反應的反應熱，D項錯誤。答案：D

3．CH3OH是一種重要的化工試劑，以甲醇為原料能夠制備眾多的化工試劑?；卮鹣铝袉栴}：(1)催化劑作用下，用甲醇制備合成氣的反應為CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)

ΔH＞0，欲提高甲醇的反應速率和反應轉(zhuǎn)化率，工業(yè)上適宜采用的措施是________(填標號)。a．高溫高壓 b．低溫高壓c．高溫低壓

d．低溫低壓(2)科研發(fā)現(xiàn)，在鈀基催化劑作用下，甲醇制氫的反應歷程如圖所示(吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標注)。該歷程中，反應速率最慢的一步的化學方程式為_____________________________________________________________________________________；放熱最多的一步的化學方程式為____________________________________。解析：(1)低溫低壓不利于提高反應速率，高溫高壓能夠加快反應速率，高溫還有利于平衡正向移動，提高甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率，高壓能夠提高反應速率，可以提高單位時間內(nèi)反應物的轉(zhuǎn)化率(不是平衡轉(zhuǎn)化率)，工業(yè)上常常采用高壓提高反應轉(zhuǎn)化率。(2)活化能越大，反應速率越慢，根據(jù)圖示知CO*＋4H*===CO*＋2H2的活化能最大，反應速率最慢；生成物與反應物之間的能量差為該反應過程中的能量變化，由此可以得出放熱最多的一步反應為CHO*＋3H*===CO*＋4H*。答案：(1)a

(2)CO*＋4H*===CO*＋2H2(或2H*===H2)

CHO*＋3H*===CO*＋4H*(或CHO*===CO*＋H*)命題點(二)熱化學方程式的書寫及反應熱的求算(一)熱化學方程式的書寫

1．書寫步驟2．注意事項[典例1]

(2021·河北等級考·節(jié)選)大氣中的二氧化碳主要來自煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25℃時，相關物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：則25℃時H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為_______________________。物質(zhì)H2(g)C(石墨，s)C6H6(l)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－285.8－393.5－3267.5第二步：寫出該反應的化學方程式：3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)。第三步：根據(jù)蓋斯定律計算反應熱。根據(jù)目標方程式可由3×①＋6×②－③得出，則ΔH＝(－285.8kJ·mol－1)×3＋(－393.5kJ·mol－1)×6－(－3267.5kJ·mol－1)＝＋49.1kJ·mol－1。第四步：書寫目標熱化學方程式。3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1kJ·mol－1。[答案]

3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)

ΔH＝＋49.1kJ·mol－1(二)求反應熱的幾種方法

1．從宏觀角度分析計算ΔH＝H1(生成物的總能量)－H2(反應物的總能量)2．從微觀角度分析計算ΔH＝E1(反應物的鍵能總和)－E2(生成物的鍵能總和)3．從活化能角度分析計算ΔH＝E1(正反應的活化能)－E2(逆反應的活化能)4．根據(jù)蓋斯定律計算(1)計算步驟(2)計算方法[典例2]

(2021·湖南等級考·節(jié)選)氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過氨熱分解法制氫氣。相關化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。(1)反應2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)

ΔH＝________________kJ·mol－1；(2)已知該反應的ΔS＝198.9J·mol－1·K－1，在下列哪些溫度下反應能自發(fā)進行？________(填標號)。A．25℃

B．125℃

C．225℃

D．325℃化學鍵N≡NH—HN—H鍵能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8[解析]

(1)ΔH＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和，根據(jù)熱化學方程式以及表格中數(shù)據(jù)可得ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。(2)若反應能自發(fā)進行，則ΔG＝ΔH－TΔS＜0，代入數(shù)據(jù)，ΔG＝ΔH－TΔS＝90.8×103J·mol－1－T×198.9J·mol－1·K－1＜0，則T＞456.5K，轉(zhuǎn)化為攝氏溫度，則T＞183.5℃，故選C、D。[答案]

(1)＋90.8

(2)CD反應熱計算中的注意事項1．物理變化也會有熱效應在物理變化過程中，也會有能量變化，雖然不屬于吸熱反應或放熱反應，但在進行相關反應熱計算時，必須要考慮發(fā)生物理變化時的熱效應，如物質(zhì)的三態(tài)變化或物質(zhì)的溶解過程中的能量變化等。2．不可忽視化學鍵的物質(zhì)的量根據(jù)鍵能計算反應熱時，要注意弄清各種化學鍵的物質(zhì)的量，既要考慮熱化學方程式中物質(zhì)的化學計量數(shù)，又要考慮物質(zhì)中各種化學鍵的個數(shù)，再進行計算。反應熱(ΔH)等于反應物中的鍵能總和減去生成物中的鍵能總和，即ΔH＝∑E反－∑E生(E表示鍵能)。如反應3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)

ΔH＝3E(H—H)＋E(N≡N)－6E(N—H)。3．嚴格保證熱化學方程式與ΔH變化的一致性(1)熱化學方程式乘以某一個數(shù)時，反應熱數(shù)值也必須乘上該數(shù)。(2)熱化學方程式相加減時，相同狀態(tài)的同種物質(zhì)之間可相加減，反應熱也隨之相加減。(3)將一個熱化學方程式顛倒時，ΔH的“＋”“－”號必須隨之改變。(三)化學反應中反應熱的大小比較

1．同一反應的比較(1)反應物狀態(tài)不同例如：S(g)＋O2(g)===SO2(g)

ΔH1＜0S(s)＋O2(g)===SO2(g)

ΔH2＜0因為等量反應物S(g)比S(s)所具有的能量多，反應放出熱量就多，所以ΔH1＜ΔH2。2．不同反應的比較(1)根據(jù)反應物的本性比較等物質(zhì)的量的不同物質(zhì)與同一種物質(zhì)反應時，越活潑的物質(zhì)反應放熱越多。例如：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)

ΔH1H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)

ΔH2因Cl2比Br2活潑，故ΔH1＜ΔH2。A．ΔH1>0，ΔH2>0 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．ΔH1>ΔH2，ΔH3>ΔH2 D．ΔH2＝ΔH3＋ΔH4[解析]

一般的烯烴與氫氣加成反應為放熱反應，環(huán)己烯、1,3-環(huán)己二烯分別與氫氣發(fā)生的加成反應均為放熱反應，因此，ΔH1＜0，ΔH2＜0，A不正確；苯分子中沒有碳碳雙鍵，其中的碳碳鍵是介于單鍵和雙鍵之間的特殊的共價鍵，因此，其與氫氣完全加成的反應熱不等于環(huán)己烯、1,3-環(huán)己二烯分別與氫氣發(fā)生的加成反應的反應熱之和，即ΔH3≠ΔH1＋ΔH2，B不正確；ΔH1＜0，ΔH2＜0，由于1mol1，3-環(huán)己二烯與氫氣完全加成后消耗的氫氣是等量環(huán)己烯的2倍，故其放出的熱量更多，其ΔH1>ΔH2；苯與氫氣發(fā)生加成反應生成1,3-環(huán)己二烯的反應為吸熱反應(ΔH4>0)，根據(jù)蓋斯定律可知，苯與氫氣完全加成的反應熱ΔH3＝ΔH4＋ΔH2，因此ΔH3>ΔH2，ΔH2＝ΔH3－ΔH4，C正確，D錯誤。[答案]

C[遷移應用]1．(1)由合成氣(組成為H2、CO和少量CO2)直接制備二甲醚，其中的主要過程包括以下四個反應：甲醇合成反應：ⅰ.CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)

ΔH1＝－90.1kJ·mol－1ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2＝－49.0kJ·mol－1水煤氣變換反應：ⅲ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH3＝－41.1kJ·mol－1二甲醚合成反應：ⅳ.2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH4＝－24.5kJ·mol－1則由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學方程式為________________________________________________________________________。(2)已知：25℃、101kPa時，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)

ΔH＝－520kJ·mol－1S(s)＋O2(g)===SO2(g)

ΔH＝－297kJ·mol－1Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)ΔH＝－1065kJ·mol－1則SO2與MnO2反應生成無水MnSO4的熱化學方程式是_________________________。(3)硫及其化合物在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中發(fā)揮重要作用?？梢酝ㄟ^熱化學循環(huán)在較低溫度下由硫化氫分解制備氫氣。SO2(g)＋I2(s)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq)ΔH1＝－151.5kJ·mol－12HI(aq)===H2(g)＋I2(s)

ΔH2＝＋110kJ·mol－1H2S(g)＋H2SO4(aq)===S(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)

ΔH3＝＋65kJ·mol－1熱化學硫碘循環(huán)硫化氫分解聯(lián)產(chǎn)氫氣、硫黃的熱化學方程式為________________________________________________________________。(4)習近平主席在《中央城鎮(zhèn)化工作會議》發(fā)出號召：“讓居民望得見山、看得見水”。

消除大氣和水體污染對建設美麗家鄉(xiāng)，打造宜居環(huán)境具有重要意義。以HCl為原料，用O2氧化制取Cl2可提高效益，減少污染。反應為：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－118.4kJ·mol－1，通過控制合適條件，分兩步循環(huán)進行，可使HCl轉(zhuǎn)化率接近100%。原理如圖所示：過程Ⅰ的反應為：2HCl(g)＋CuO(s)===CuCl2(s)＋H2O(g)

ΔH

＝－120.4kJ·mol－1，過程Ⅱ反應的熱化學方程式為____________________________。解析：(1)由蓋斯定律ⅰ×2＋ⅳ得2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)

ΔH＝[－90.1×2＋(－24.5)]kJ·mol－1＝－204.7kJ·mol－1。(2)將題給三個熱化學方程式依次編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律，由③－①－②可得SO2(g)＋MnO2(s)===MnSO4(s)

ΔH＝(－1065kJ·mol－1)－(－520kJ·mol－1)－(－297kJ·mol－1)＝－248kJ·mol－1。(3)反應③＋反應①可消去H2SO4，最后再加上反應②消去I2即可得出硫化氫分解聯(lián)產(chǎn)氫氣、硫黃的熱化學方程式H2S(g)===H2(g)＋S(s)

ΔH＝ΔH3＋ΔH1＋ΔH2＝65kJ·mol－1＋110kJ·mol－1－151.5kJ·mol－1＝＋23.5kJ·mol－1。(4)根據(jù)圖示可知Ⅱ是CuCl2與O2反應產(chǎn)生CuO、Cl2，化學方程式為2CuCl2＋O2400℃,2CuO＋2Cl2，已知①4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－118.4kJ·mol－1，②2HCl(g)＋CuO(s)===CuCl2(s)＋H2O(g)

ΔH＝－120.4kJ·mol－1，①－②×2，整理可得2CuCl2(s)＋O2(g)===2CuO(s)＋2Cl2(g)

ΔH＝＋122.4kJ·mol－1。答案：(1)2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－204.7kJ·mol－1(2)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－248kJ·mol－1(3)H2S(g)===H2(g)＋S(s)

ΔH＝＋23.5kJ·mol－1(4)2CuCl2(s)＋O2(g)===2CuO(s)＋2Cl2(g) ΔH＝＋122.4kJ·mol－1(2)霧霾天氣給人們的出行帶來了極大的不便，因此研究NO2、SO2等大氣污染物的處理具有重要意義。某溫度下，已知：①2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g) ΔH1＝－196.6kJ·mol－1②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)

ΔH2③NO2(g)＋SO2(g)==