Question

19．到目前為止，由化學能轉變的熱能或電能仍然是人類使用最廣泛的能源．
（1）在25℃、101kPa下，16g的甲烷完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出a kJ（a＞0）的熱量，則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式為CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol．
（2）化學反應中放出的熱能（焓變，△H）與反應物和生成物的鍵能（E）有關．
①圖1是N₂（g）和H₂（g）發(fā)生反應生成1mol NH₃（g）過程中的能量變化示意圖，該反應過程是放熱（填“放熱”或“吸熱”）過程，請寫出生成2mol NH₃的熱化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol．
②已知：

化學鍵	H-H	N≡N
鍵能（kJ/mol）	435	943

試根據上表及圖1中的數據計算N-H鍵的鍵能為390kJ/mol．
③若起始時向容器內放入1mol N₂和3mol H₂，10分鐘后N₂的轉化率為15%，則該反應進行到此時共放出的熱量為13.8kJ．
（3）①二氧化碳的捕集、利用是我國能源領域的一個重要研究方向．工業(yè)上用CO₂和H₂反應合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ/mol
CH₃OCH₃（g）+H₂O （g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ/mol
則：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃ （g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量書寫熱化學方程式，16g的甲烷（CH₄）即1mol完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出akJ的熱量，標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變寫出；
（2）①根據反應物總能量大于生成物總能量判斷該反應為放熱反應；再據焓變等于反應物活化能減去生成物活化能求算焓變，再書寫熱化學方程式；
②根據反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能計算；
③根據N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol及消耗的氮氣計算放出的熱量；
（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
根據蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），據此計算．

解答 解：（1）16g的甲烷（CH₄）即1mol完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出akJ的熱量，標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變寫出熱化學方程式為：CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol；故答案為：CH₄（g）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-2aKJ/mol；
（2）①有圖可知，反應物總能量大于生成物總能量，則該反應為放熱反應；又焓變等于反應物活化能減去生成物活化能求算焓變，所以N₂（g）和H₂（g）發(fā)生反應生成1mol NH₃（g）過程中的△H=254KJ/mol-300KJ/mol=-46KJ/mol，所以生成2mol NH₃的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-46KJ/mol×2=-92KJ/mol，故答案為：放熱；N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol；
②反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設N-H的鍵能為x，則943+3×435-6x=-92，x=390，故答案為：390；
③因為放入1mol N₂和3mol H₂，10分鐘后N₂的轉化率為15%，所以消耗氮氣為0.15mol，又N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol，則放出的熱量為0.15mol×92KJ/mol=13.8KJ，故答案為：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
根據蓋斯定律，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，
故答案為：-130.8．

點評 本題考查了化學反應能量變化分析判斷，熱化學方程式書寫方法和蓋斯定律的計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．