化學(xué)反應(yīng)及能量轉(zhuǎn)化易錯(cuò)問(wèn)題剖析

■河南省鄲城縣第一高級(jí)中學(xué) 趙艷梅

化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化是化學(xué)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)知識(shí)的綜合，是每年高考必考內(nèi)容，既有基礎(chǔ)性試題，也有綜合性問(wèn)題，基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)的同學(xué)在處理這類問(wèn)題時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)一些不應(yīng)有的錯(cuò)誤。下面就其常見(jiàn)的一些易錯(cuò)題型歸類分析如下，供學(xué)習(xí)時(shí)借鑒參考。

易錯(cuò)點(diǎn)一：準(zhǔn)確理解概念

例1 下列熱化學(xué)方程式中ΔH能正確表示物質(zhì)的燃燒熱或中和熱的是( )。

B.KOH(aq)+HAc(aq)==KAc(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1

C.C8H18(l)+12.5O2(g)==8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1

D.CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-533kJ·mol-1

錯(cuò)因分析：本題主要是考查燃燒熱、中和熱等概念，有的同學(xué)對(duì)這些概念理解不準(zhǔn)確，對(duì)關(guān)鍵字詞把握不到位，導(dǎo)致錯(cuò)選。

解析：反應(yīng)熱化學(xué)方程式中生成的是2mol水，生成硫酸鋇沉淀也放熱，反應(yīng)的中和熱不是57.3kJ·mol-1，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；HAc是弱酸，電離時(shí)要吸熱，反應(yīng)的中和熱不是57.3kJ·mol-1，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；符合燃燒熱的概念，可燃物為1mol，產(chǎn)物為穩(wěn)定氧化物，故C項(xiàng)正確；反應(yīng)熱化學(xué)方程式中生成的水是氣體，不是穩(wěn)定氧化物，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：C

誤區(qū)警示：準(zhǔn)確理解概念是正確答題的基礎(chǔ)。像燃燒熱、中和熱、焓變、熱化學(xué)方程式等都是化學(xué)反應(yīng)與能量變化知識(shí)考查中常遇到的基本概念，掌握其內(nèi)涵與外延關(guān)系及注意事項(xiàng)，才能準(zhǔn)確解題。

糾錯(cuò)鞏固1：如果向足量Ba(OH)2溶液中加入100mL0.4mol·L-1HCl溶液時(shí)，放出的熱量為2.292kJ。則Na2SO4溶液與BaCl2溶液反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及中和熱的有關(guān)敘述中正確的是 ( )。

A.中和熱ΔH=-57.3kJ·mol-1

B.稀的強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)的中和熱為ΔH=-128kJ·mol-1

D.在溶液中Ba2+與SO2-4生成1mol BaSO4時(shí)會(huì)放出13.4kJ的能量

答案：D

易錯(cuò)點(diǎn)二：熱化學(xué)方程式的書寫

例2(1)真空碳熱還原—氯化法可實(shí)現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:

Al2O3(s)+AlC13(g)+3C(s)==3AlCl(g)+3CO(g) ΔH=akJ·mol-1

3AlCl(g)==2Al(l)+AlC13(g) ΔH=bkJ·mol-1

試寫出反應(yīng)Al2O3(s)與C(s)反應(yīng)生成Al(l)和CO(g)的熱化學(xué)方程式:____。

(2)0.3mol氣態(tài)高能燃料乙硼烷(B2H6)在O2中燃燒，生成固態(tài)的B2O3和液態(tài)水，放出649.5kJ熱量，其熱化學(xué)方程式為_(kāi)___。又已知:H2O(l)==H2O(g) ΔH=+44kJ·mol–1，則11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)乙硼烷完全燃燒生成氣態(tài)水時(shí)放出的熱量是____kJ。

錯(cuò)因分析：對(duì)于這類問(wèn)題，常見(jiàn)的錯(cuò)誤形式有:不標(biāo)明或標(biāo)錯(cuò)物質(zhì)的狀態(tài)(特別是水)、ΔH的單位或正負(fù)號(hào)出錯(cuò)，不注意量的關(guān)系等。

解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，將所給熱化學(xué)方程式相加即可。

(2)先寫出乙硼烷燃燒的化學(xué)方程式，找出乙硼烷的物質(zhì)的量與ΔH之間的關(guān)系，并算出ΔH，再按照熱化學(xué)方程式書寫要求寫出其結(jié)果。先寫出乙硼烷完全燃燒生成氣態(tài)水時(shí)的熱化學(xué)方程式B2H6(g)+3O2(g)==B2O3(s)+3H2O(g) ΔH=-2033kJ·mol-1，再計(jì)算0.5mol乙硼烷燃燒放出的熱量。

答案：(1)Al2O3(s)+3C(s)==2Al(l)+3CO(g) ΔH=(a+b)kJ·mol-1(2)B2H6(g)+3O2(g)==B2O3(s)+3H2O(l)ΔH=-2165kJ·mol-11016.5kJ

誤區(qū)警示：書寫熱化學(xué)方程式的依據(jù)形式很多，如依據(jù)化學(xué)計(jì)算、圖像圖表、蓋斯定律、限定信息等，因此，書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，一要注意解題依據(jù)，二要遵循熱化學(xué)方程式書寫的基本要求，合理書寫。

糾錯(cuò)鞏固2：(1)天旱時(shí)，可用單級(jí)小火箭發(fā)射碘化銀進(jìn)行人工降雨，小火箭使用的主要燃料是偏二甲肼(C2H8N2)。現(xiàn)取6.0gC2H8N2(l)在O2中充分燃燒后生成8.8gCO2、7.2g H2O(g)和2.8gN2，同時(shí)放出熱量QkJ，寫出C2H8N2燃燒的熱化學(xué)方程式:___。

(2)25℃、101kPa條件下充分燃燒一定量的丁烷氣體放出熱量為QkJ，經(jīng)測(cè)定，將生成的CO2通入足量澄清石灰水中產(chǎn)生25g白色沉淀，寫出表示丁烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式:___。

答案：(1)C2H8N2(l)+4O2(g)==2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) ΔH===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-16QkJ·mol-1

易錯(cuò)點(diǎn)三：忽略物質(zhì)的聚集狀態(tài)

例3已知H2(g)+Br2(l)==2HBr(g) ΔH=-72kJ·mol-1，蒸發(fā)1molBr2(l)需要吸收的能量為30kJ，其他的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。

表1

則表中a為( )。

A.404 B.260 C.230 D.200

錯(cuò)因分析：根據(jù)反應(yīng)熱概念，可列式:ΔH=436kJ·mol-1+akJ·mol-1-2×369kJ·mol-1=-72kJ·mol-1，計(jì)算得a=230，故選C項(xiàng)。該計(jì)算未考慮到題給熱化學(xué)方程式中Br2呈液態(tài)，而表格中Br2呈氣態(tài)，其間是存在能量差異的。

解析：根據(jù)題意可以寫出Br2(l)轉(zhuǎn)化為溴蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式:Br2(l)==Br2(g) ΔH=+30kJ·mol-1，這樣可得:H2(g)+Br2(g)==2HBr(g) ΔH=-102kJ·mol-1；再根據(jù)ΔH=436kJ · mol-1+akJ·mol-1-2 ×369kJ·mol-1=-102kJ·mol-1，計(jì)算得a=200。

答案：D

誤區(qū)警示：物質(zhì)狀態(tài)不同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)是不同的，因此，反應(yīng)熱計(jì)算或依據(jù)計(jì)算書寫熱化學(xué)方程式時(shí)，都要注意物質(zhì)的聚集狀態(tài)，尤其是寫熱化學(xué)方程式時(shí)，一定不能忽略物質(zhì)的聚集狀態(tài)。如CH4燃燒生成氣態(tài)水和生成液態(tài)水，其ΔH是不同的。

糾錯(cuò)鞏固3：已知乙烯和乙炔燃燒的熱化學(xué)方程式分別為:

2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2600kJ·mol-1

C2H4(g)+3O2(g)==2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1411kJ·mol-1

又知燃燒時(shí)乙炔比乙烯的火焰溫度高。據(jù)此，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )。

A.物質(zhì)的燃燒熱越大，火焰溫度越高

B.烴完全燃燒時(shí)，火焰溫度的高低不僅僅取決于其燃燒熱的高低

C.相同條件下等體積乙烯和乙炔完全燃燒時(shí)，乙炔放熱較少

D.1mol乙烯完全燃燒生成氣態(tài)產(chǎn)物時(shí)，放出的熱量小于1411kJ

答案：A

易錯(cuò)點(diǎn)四：不清楚物質(zhì)結(jié)構(gòu)

例4已知H—H鍵能為436kJ·mol-1，H—N鍵能為391kJ·mol-1，根據(jù)熱化學(xué)方程式-92.4kJ·mol-1，則N≡N鍵的鍵能為( )。

A.431kJ·mol-1B.945.6kJ·mol-1

C.618.4kJ·mol-1D.649kJ·mol-1

錯(cuò)因分析：根據(jù)ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和，可求得:ΔH=E(N≡N)+3 × 436kJ· mol-1-2 ×391kJ·mol-1=-92.4kJ·mol-1，則E(N≡N)=-618.4kJ·mol-1，選C項(xiàng)。上述計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，主要是對(duì)NH3的結(jié)構(gòu)未理解清楚，這樣導(dǎo)致其共價(jià)鍵數(shù)目未確定準(zhǔn)。

解析：依據(jù)鍵能計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱時(shí)，一要弄清楚物質(zhì)的結(jié)構(gòu)情況，知道每摩爾物質(zhì)中所含共價(jià)鍵的數(shù)目；二要理解ΔH計(jì)算式的列式依據(jù)，即化學(xué)反應(yīng)中斷鍵是吸熱過(guò)程，成鍵是放熱過(guò)程，因此，-92.4kJ·mol-1=E(N≡N)+3×436kJ·mol-1-2×3×391kJ·mol-1，解得:E(N≡N)=945.6kJ·mol-1。

答案：B

誤區(qū)警示：依據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱時(shí)，除把握準(zhǔn)計(jì)算公式外，還要弄清有關(guān)物質(zhì)中的共價(jià)鍵數(shù)目，如本題中，一個(gè)分子中含3個(gè)H—N鍵。其他如CH4、P4、PCl5、S8、晶體Si、SiO2晶體等物質(zhì)中的共價(jià)鍵情況也要弄清楚。

糾錯(cuò)鞏固4.已知圖1中E1=134kJ·mol-1，E2=368kJ·mol-1，根據(jù)要求回答問(wèn)題:

圖1

(1)圖1是1molNO2(g)和1molCO(g)反應(yīng)生成CO2和NO過(guò)程中的能量變化示意圖，若在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E1的變化是____(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，ΔH的變化是____。請(qǐng)寫出NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:___。

(2)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:

①CH3OH(g)+H2O(g)==CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0kJ·mol-1

又知③H2O(g)==H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1，則甲醇蒸氣燃燒為液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_(kāi)___。

(3)表2所示為部分化學(xué)鍵的鍵能參數(shù)。

表2

已知白磷的燃燒熱為dkJ·mol-1，白磷及其完全燃燒的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)如圖2所示，則表中x=____kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)。

圖2

答案：(1)減小 不變 NO2(g)+CO(g)==CO2(g)+NO(g) ΔH=-234kJ·mol-1

易錯(cuò)點(diǎn)五：對(duì)圖示觀察不力

例5圖3是乙烷、二甲醚燃燒過(guò)程的能量變化圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

圖3

(1)乙烷的燃燒熱ΔH=____kJ·mol-1。

(2)根據(jù)圖3寫出二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式:____。

錯(cuò)因分析：常見(jiàn)錯(cuò)誤答案為(1)

(2)aCH3OCH3(g)+cO2(g)==dCO2(g)+H2O(l) ΔH=-485kJ·mol-1。主要問(wèn)題是對(duì)圖示觀察不仔細(xì)，其實(shí)，根據(jù)圖示信息是可以知道a、c、d的值的。

解析：根據(jù)圖示，生成物H2O前的計(jì)量數(shù)為1，根據(jù)元素守恒可知，則圖示中兩種物質(zhì)燃燒的熱化學(xué)方程式分別為:

再根據(jù)燃燒熱定義，可知乙烷的燃燒熱ΔH=-1664.1kJ·mol-1；二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OCH3(g)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1455kJ·mol-1。

答案：(1)1664.1

(2)CH3OCH3(g)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1455kJ·mol-1。

誤區(qū)警示：處理圖像問(wèn)題時(shí)，除要弄懂點(diǎn)、線、面的意義外，還要注意圖示中其他的一些信息，如數(shù)據(jù)、符號(hào)、字母等提示內(nèi)容，從中找到對(duì)解題有幫助的東西；另外還要注意反應(yīng)物和生成物的能量高低，以確定反應(yīng)是吸熱還是放熱。

糾錯(cuò)鞏固5：(1)20世紀(jì)30年代，Eyring和Pelzer在碰撞理論的基礎(chǔ)上提出化學(xué)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)理論:化學(xué)反應(yīng)并不是通過(guò)簡(jiǎn)單的碰撞就能完成的，而是在反應(yīng)物到生成物的過(guò)程中經(jīng)過(guò)一個(gè)高能量過(guò)渡態(tài)。圖4是NO2和CO反應(yīng)生成CO2和NO過(guò)程中能量變化示意圖，請(qǐng)寫出NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:___。

(2)紅磷P(s)和Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)生成PCl3(g)和PCl5(g)。反應(yīng)過(guò)程和能量關(guān)系如圖5所示(圖中的ΔH表示生成1mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))?；卮鹣铝袉?wèn)題:

①P和Cl2反應(yīng)生成PCl3的熱化學(xué)方程式為_(kāi)___。

②PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學(xué)方程式是____。

圖4

圖5

(3)科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成氫氣，再用氫氣與二氧化碳在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，并開(kāi)發(fā)出直接以甲醇(CH3OH)為燃料的燃料電池。已知:

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

液態(tài)甲醇不完全燃燒生成一氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為_(kāi)___。

答案：(1)NO2(g)+CO(g)==CO2(g)+NO(g) ΔH=-234kJ·mol-1

(3)CH3OH(l)+O2(g)==CO(g)+2H2O(l) ΔH=-443.5kJ·mol-1