图示解析能量的比较与计算

河南省新县高级中学 邱 峻

   

       多个相关的化学反应，不但遵守物质的质量守恒，还遵守能量守恒。在进行多个热化学反应的能量比较或是计算其中某一个反应的反应热时，使用作图的方法来思考问题，会更方便。

1.多个热化学反应的能量比较

 

例1：有两个反应，反应a是放热反应，反应b是吸热反应。

a.C₂H₂(g)+H₂(g)

 C₂H₄(g)

b.2CH₄(g)

 C₂H₄(g)＋2H₂(g)

根据上述变化，判断以下几个热化学方程式中Q₁、Q₂、Q₃关系：

C(s)＋2H₂(g)

CH₄(g) ；ΔH=－Q₁……I

2C(s)＋H₂(g)

C₂H₂(g)；ΔH=－Q₂……II

2C(s)＋2H₂(g)

C₂H₄(g)；ΔH=－Q₃ ……III

(1) Q₂       Q₃(填>、<、=)。

(2) Q₁、Q₃ ：           。

 

解析：从有机物的含C和H的数目来理解：2C→C₂H₂→C₂H₄→2CH₄。根据这种守恒关系，得出以下能量关系：

也可以看出反应a是放热反应，反应b是吸热反应。

不难得出：Q₂<Q₃；2Q₁>Q₃。

 

答案：(1)Q₂<Q₃；(2) 2Q₁>Q₃。

 

点拨：在做能量大小图示时注意遵守质量守恒和能量守恒。这是化学反应必备的两大守恒。

2. 多个热化学反应的能量计算

 

例2：已知下列热化学方程式：

①Fe₂O₃(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO₂(g)     ΔH₁=-26.7kJ·mol^-1

②3Fe₂O₃(s)+CO(g)=2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)   ΔH₂=-50.75kJ·mol^-1

③Fe₃O₄(s)+CO(g)=3FeO (s)+CO₂(g)     ΔH₃=-36.5kJ·mol^-1

则热反应：FeO(s)+CO(g)= Fe(s)+CO₂(g)   ΔH=           

 

解析：从铁的氧化物的价态降低和个数守恒来理解：3Fe₂O₃→2Fe₃O₄→6FeO→6Fe。根据这种守恒关系，得出以下能量关系：

即：能量关系是3ΔH₁=ΔH₂+2ΔH₃+6ΔH。将数值代入，解得ΔH=+7.28 kJ·mol^-1。

 

答案：+7.28 kJ·mol^-1。

 

点拨：在做能量图示时，有时没有注意真正数值的大小，出现“放热”和“吸热”相反现象，应以计算的“+”“-”符号为依据。

练习：

1.同温同压下，下列各热化学方程式中反应热(△H)最小的是(Q₁~Q₄均为正值)

A．2A ( l ) + B ( l ) = 2C (g )   △H₁=+ Q₁    

B．2A ( g ) + B ( g ) = 2C (g )  △H₂=+ Q₂

C．2A ( g ) + B ( g ) = 2C ( l )  △H₃=+ Q₃  

D．2A ( l ) + B ( l ) = 2C ( l )   △H₄=+ Q₄

 

2.根据以下3个热化学方程式：   

2H₂S(g)+3O₂(g)＝2SO₂(g)+2H₂O(l)  △H₁＝―Q₁ kJ/mol

2H₂S(g)+O₂(g)＝2S (s)+2H₂O(l)     △H₂＝―Q₂ kJ/mol

2H₂S(g)+O₂(g)＝2S (s)+2H₂O(g)    △H₃＝―Q₃ kJ/mol

 

判断Q₁、Q₂、Q₃三者关系正确的是(   )。

A． Q₁>Q₂>Q₃           B． Q₁>Q₃>Q₂    C． Q₃>Q₂>Q₁           D． Q₂>Q₁>Q₃

3.已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解的热化学方程式为：

CuSO₄·5H₂O(s)

CuSO₄(s)+5H₂O(l)；ΔH>0

室温下，若将16 g无水硫酸铜和25 g胆矾溶于水分别配制成80g溶液时，用温度计测量溶液的温度分别上T₁、T₂放热，则T₁与T₂的关系为（    ）。

A．T₁>T₂      B．T₁=T₂        C．T₁<T₂        D．无法比较

 

参考答案：

1.A．析：Q₁~Q₄均为正值，△H是正值，说明都是吸热反应。再根据物质从液态到气态要吸收热量，故有如图能量变化。△H₁最小，即Q₁最小

 

2. A。析：后两个反应理解为生成产物的状态不同，而第一个反应可理解为在第二个反应的基础上，S进一步与O₂反应，这是S的燃烧，是放热的。故可以作图如下：

 

3.A．析：胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解吸热，反过来无水硫酸铜转化为胆矾是放热；按化学反应方程式计算，16 g无水硫酸铜可生成25 g CuSO₄·5H₂O，配成80 g溶液时，无水硫酸铜吸热少，温度下降的少。分析如图所示，即有T₁>T₂。