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(xué)反應(yīng)中的重要物質(zhì)：
（1）某學(xué)習(xí)興趣小組利用H₂SO₄溶液與 NaOH溶液反應(yīng)來測(cè)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(cè)量并記錄溶液溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)得中和熱△H=-57.3kJ•mol^-1，寫出用H₂SO₄溶液與 NaOH溶液反應(yīng)表示中和熱的熱化學(xué)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(bào)道，科學(xué)家開發(fā)出了利用太陽能分解水的新型催化劑．下列有關(guān)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(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)．
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(yīng)生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學(xué)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(xué)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(jì)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(yīng)時(shí)參加反應(yīng)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(yīng)生成1mol液態(tài)水時(shí)放出57.3kJ的熱量書寫熱化學(xué)方程式；
（2）水的分解為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，反應(yīng)中加入催化劑會(huì)降低活化能，改變反應(yīng)的速率，但反應(yīng)熱不改變；
（3）利用蓋斯定律解答，從待求反應(yīng)出發(fā)分析反應(yīng)物、生成物在所給反應(yīng)中的位置，通過相互加減可得；
（4）先根據(jù)2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）結(jié)合化學(xué)鍵能計(jì)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(yīng)時(shí)參加反應(yīng)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(shè)恰好反應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)得中和熱△H=-57.3kJ•mol^-1，稀強(qiáng)酸、稀強(qiáng)堿反應(yīng)生成1mol液態(tài)水時(shí)放出57.3kJ的熱量，稀硫酸和氫氧化鋇鈉稀溶液都是強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的稀溶液，則反應(yīng)的熱化學(xué)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(yīng)，反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，與圖不符，故A錯(cuò)誤；
B．加入催化劑反應(yīng)熱不變，并且圖象符合反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，故B正確；
C．化學(xué)反應(yīng)一定伴隨著能量變化，反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量不相等，故C錯(cuò)誤；
D．加入催化劑降低反應(yīng)的活化能，圖象不符合，故D錯(cuò)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(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查中和熱的計(jì)算、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響以及反應(yīng)熱與反應(yīng)物和生成物總能量的關(guān)系、蓋斯定律的應(yīng)用等知識(shí)，圖象題，做題時(shí)要注意從圖象中獲取正確信息，正確判斷某一反應(yīng)是吸熱還是放熱，蓋斯定律的應(yīng)用是高頻考點(diǎn)需熟練掌握，題目難度中等．