Question

由化学能转变的热能仍然是人类目前使用的最主要能源之一。回答下列问题：

(1)CH₃OH是优质液体燃料。在25℃、101kPa下，每充分燃烧1gCH₃OH并恢复到原状态，会释放22.68kJ的热量。请写出表示CH₃OH燃烧热的热化学反应方程式：___________。

(2)利用CO和H₂在催化剂的作用下合成CH₃OH，发生的主反应为CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)△H₁，已知键能是指断裂1mol化学键所需要吸收的能量。相关化学键的键能数据如下：(其中CO中的碳氧键为CO)

化学键	H—H	C—O	CO	H—O	C—H
E/(kJ‧mol^-1)	436	343	1076	465	413

由此计算△H₁＝_______kJ·mol^-1。

(3)纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注。已知：

2Cu(s)＋O₂(g)＝Cu₂O(s)  △H＝－169 kJ·mol^-1

C(s)＋O₂(g)＝CO(g)    △H＝－110.5 kJ·mol^-1

2Cu(s)＋O₂(g)＝2CuO(s)  △H＝－314 kJ·mol^-1

则工业上用炭粉在高温条件下还原CuO制取Cu₂O和CO的热化学方程式为_______。

(4)N₂和H₂反应生成2 mol NH₃的过程中能量变化如图所示，计算该反应中每生成1 mol NH₃放出热量为______。若起始时向容器内放入1 mol N₂和3 mol H₂，达平衡时有20%的N₂转化，则反应中放出的热量为_______。

Answer

CH3OH(l)+O2(g) ＝CO2(g)+2H2O(l) ∆H=-725.76kJ‧mol-1 -99 C(s)+2CuO(s) ＝Cu2O(s)+CO(g) ∆H=+34.5kJ‧mol-1 46.1kJ 18.44 kJ

【解析】

(1)依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，结合题干所给量计算32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量，在书写热化学方程式；

(2)根据反应热=反应物总键能-生成物总键能计算；

(3)根据盖斯定律结合热化学方程式分析解答；

(4)根据反应焓变=断裂化学键吸收能量-形成化学键放出能量计算得到1mol氨气放出热量；依据反应的氮气计算生成氨气放出的热量。

(1)在25℃、101kPa下，1g甲醇(CH3OH)燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，则32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为725.76kJ，表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.76kJ•mol-1，故答案为：CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.76kJ•mol-1

(2)反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故△H1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-(3×413+343+465)kJ·mol-1=-99kJ·mol-1；故答案为：-99；

(3)已知：①2Cu(s)+O2(g)═Cu2O(s)△H=-169kJ•mol-1，②C(s)+ O2(g)═CO(g)△H=-110.5kJ•mol-1，③2Cu(s)+O2(g)═CuO(s)△H=-314kJ•mol-1，用炭粉在高温条件下还原CuO制取Cu2O和CO的化学方程式为C(s)+2CuO (s)=Cu2O (s)+CO(g)，根据盖斯定律，该反应可以由②-③-×①得到，因此反应的焓变=(-110.5kJ•mol-1)-(-314kJ•mol-1)- ×(-169kJ•mol-1)=34.5kJ•mol-1，故答案为：C(s)+2CuO(s)=Cu2O(s)+CO(g)△H=+34.5kJ•mol-1；

(4)根据N2和H2反应生成2mol NH3过程中能量变化示意图，反应焓变△H=335kJ/mol-427.2kJ/mol=-92.2kJ•mol-1，所以生成1mol氨气放热46.1kJ； 若起始时向容器内放入1 mol N2和3 mol H2，达平衡时有20%的N2转化，即有0.2mol N2反应，则反应中放出的热量为92.2kJ•mol-1×0.2mol=18.44 kJ，故答案为：46.1 kJ；18.44 kJ。