Question

13．水不僅是包括人類在內(nèi)所有生命生存的重要資源，也是化學反應中的重要物質(zhì)：
（1）某學習興趣小組利用H₂SO₄溶液與 NaOH溶液反應來測中和熱，將V₁ mL 0.4mol/L 的H₂SO₄溶液和V₂ mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度，實驗結果如圖所示（實驗中始終保持V₁+V₂=50mL）．
①所用NaOH溶液物質(zhì)的量濃度為1.2 mol/L
②實驗測得中和熱△H=-57.3kJ•mol^-1，寫出用H₂SO₄溶液與 NaOH溶液反應表示中和熱的熱化學方程式$\frac{1}{2}$H₂SO₄（aq）+NaOH（aq）=$\frac{1}{2}$Na₂SO₄（aq）+2H₂O（l）△H=-57.3kJ/mol．
（2）據(jù)報道，科學家開發(fā)出了利用太陽能分解水的新型催化劑．下列有關水分解過程的能量變化示意圖正確的是B

（3）氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點．
已知：
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJ•mol^-1
以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫氣方法．寫出CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學方程式CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kmol^-1．
（4）利用水蒸氣分解也可以制得氫氣，下表為幾種常見化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)：

物質(zhì)	H-H	O=O	H-O
鍵能/（kJ•mol-1）	436	498	464

根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算，利用水蒸氣分解制得2gH₂所需要吸收的能量243kJ．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，恰好反應時參加反應的硫酸溶液的體積是30mL，由V₁+V₂=50mL可知，消耗的氫氧化鈉溶液的體積為20mL，以此求出NaOH溶液的濃度；
②根據(jù)中和熱概念，由中和反應生成1mol液態(tài)水時放出57.3kJ的熱量書寫熱化學方程式；
（2）水的分解為吸熱反應，反應物的總能量小于生成物的總能量，反應中加入催化劑會降低活化能，改變反應的速率，但反應熱不改變；
（3）利用蓋斯定律解答，從待求反應出發(fā)分析反應物、生成物在所給反應中的位置，通過相互加減可得；
（4）先根據(jù)2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）結合化學鍵能計算△H，然后根據(jù)△H制得2gH₂所需要吸收的能量，注意1mol水中含有2molH-O鍵．

解答 解：（1）①恰好反應時參加反應的硫酸溶液的體積是30mL，由V₁+V₂=50mL，消耗的氫氧化鈉溶液的體積為20mL，設恰好反應時氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量為n，
H₂SO₄ +2NaOH═Na₂SO₄ +2H₂O
1                  2
0.4mol•L^-1×0.03L   n
則n=0.4mol•L^-1×0.03L×2=0.024mol，
所以濃度C=$\frac{0.024mol}{0.02L}$=1.2mol/L，
故答案為：1.2；
②實驗測得中和熱△H=-57.3kJ•mol^-1，稀強酸、稀強堿反應生成1mol液態(tài)水時放出57.3kJ的熱量，稀硫酸和氫氧化鋇鈉稀溶液都是強酸和強堿的稀溶液，則反應的熱化學方程式為：$\frac{1}{2}$H₂SO₄（aq）+NaOH（aq）=$\frac{1}{2}$Na₂SO₄（aq）+2H₂O（l）△H=-57.3kJ/mol，
故答案為：$\frac{1}{2}$H₂SO₄（aq）+NaOH（aq）=$\frac{1}{2}$Na₂SO₄（aq）+2H₂O（l）△H=-57.3kJ/mol；
（2）A．水的分解為吸熱反應，反應物的總能量小于生成物的總能量，與圖不符，故A錯誤；
B．加入催化劑反應熱不變，并且圖象符合反應物的總能量小于生成物的總能量，故B正確；
C．化學反應一定伴隨著能量變化，反應物的總能量與生成物的總能量不相等，故C錯誤；
D．加入催化劑降低反應的活化能，圖象不符合，故D錯誤；
故選B；
（3）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=-247.4kJmol^-1
據(jù)蓋斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.8kmol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+659.80kmol^-1；
（4）1mol水中含有2molH-O鍵，△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，所以2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=4×464kJ/mol-2×436kJ/mol-498kJ/mol=+486kJ/mol，2gH₂的物質(zhì)的量為$\frac{2g}{2g/mol}$=1mol，所以利用水蒸氣分解制得2gH₂所需要吸收的能量$\frac{486KJ}{2}$=243KJ，故答案為：243．

點評 本題考查中和熱的計算、催化劑對化學反應的影響以及反應熱與反應物和生成物總能量的關系、蓋斯定律的應用等知識，圖象題，做題時要注意從圖象中獲取正確信息，正確判斷某一反應是吸熱還是放熱，蓋斯定律的應用是高頻考點需熟練掌握，題目難度中等．