《2024年新编高中同步作业高中化学选修1人教版》

4. 氯及其化合物在生产、生活中应用广泛。
(1)已知：①$Cl_{2}(g)+2NaOH(aq)=NaCl(aq)+NaClO(aq)+H_{2}O(l)$ $\Delta H_{1}=-101.1\ kJ\cdot mol^{-1}$
②$3NaClO(aq)=NaClO_{3}(aq)+2NaCl(aq)$ $\Delta H_{2}=-112.2\ kJ\cdot mol^{-1}$
反应$3Cl_{2}(g)+6NaOH(aq)=5NaCl(aq)+NaClO_{3}(aq)+3H_{2}O(l)$的$\Delta H=$_______$kJ\cdot mol^{-1}$。
(2)几种含氯离子的相对能量如下表所示:
　　　　
①在上述五种离子中，最不稳定的离子是________(填离子符号)。
②反应$3ClO^{-}(aq)=ClO_{3}^{-}(aq)+2Cl^{-}(aq)$的$\Delta H=$________。
③写出由$ClO_{3}^{-}$反应生成$ClO_{4}^{-}$和$Cl^{-}$的热化学方程式：______________________________。
(3)以HCl为原料，用$O_{2}$氧化制取$Cl_{2}$，可提高效益，减少污染，反应如下：
$4HCl(g)+O_{2}(g)\stackrel{CuO/CuCl_{2}}{=\!=\!=}2Cl_{2}(g)+2H_{2}O(g)$ $\Delta H=-115.4\ kJ\cdot mol^{-1}$
上述反应在同一反应器中，通过控制合适条件，分两步循环进行，其原理如图所示：
　　　　
已知过程Ⅰ反应为$2HCl(g)+CuO(s)\rightleftharpoons CuCl_{2}(s)+H_{2}O(g)$ $\Delta H_{1}=-120.4\ kJ\cdot mol^{-1}$，过程Ⅱ反应的热化学方程式为______________________________。

答案： 解析：
(1) 根据盖斯定律，由①×3 + ②可得$3Cl_2(g) + 6NaOH(aq) = 5NaCl(aq) + NaClO_3(aq) + 3H_2O(l)$ $\Delta H = 3\Delta H_1 + \Delta H_2 = (-101.1 kJ \cdot mol^{-1}) \times 3 + (-112.2 kJ \cdot mol^{-1}) = -415.5 kJ \cdot mol^{-1}$。
(2) ①物质具有的能量越高，其稳定性越弱，故最不稳定的离子是$ClO_2^-$。②$\Delta H =$生成物的总能量 - 反应物的总能量，则反应$3ClO^-(aq) = ClO_3^-(aq) + 2Cl^-(aq)$ $\Delta H = 63 kJ \cdot mol^{-1} - 3 \times 60 kJ \cdot mol^{-1} = -117 kJ \cdot mol^{-1}$。③由$ClO_3^-$生成$ClO_4^-$和$Cl^-$的反应为$4ClO_3^-(aq) = 3ClO_4^-(aq) + Cl^-(aq)$，该反应的$\Delta H = 3 \times 38 kJ \cdot mol^{-1} - 4 \times 63 kJ \cdot mol^{-1} = -138 kJ \cdot mol^{-1}$。
(3) 由图可知，过程Ⅱ(氧化)发生的反应为$2CuCl_2(s) + O_2(g) = 2CuO(s) + 2Cl_2(g)$，将总反应方程式减去2倍的过程Ⅰ反应，得$2CuCl_2(s) + O_2(g) = 2CuO(s) + 2Cl_2(g)$ $\Delta H = (-115.4 kJ \cdot mol^{-1}) - (-120.4 kJ \cdot mol^{-1}) \times 2 = +125.4 kJ \cdot mol^{-1}$。
答案：
(1) -415.5
(2) ①$ClO_2^-$ ②$-117 kJ \cdot mol^{-1}$
③$4ClO_3^-(aq) = 3ClO_4^-(aq) + Cl^-(aq)$ $\Delta H = -138 kJ \cdot mol^{-1}$
(3)$2CuCl_2(s) + O_2(g) = 2CuO(s) + 2Cl_2(g)$ $\Delta H = +125.4 kJ \cdot mol^{-1}$

任务总结
根据盖斯定律计算$\Delta H$的步骤
对比：对比分析目标化学方程式和已知化学方程式，调整已知化学方程式的化学计量数与目标化学方程式的化学计量数一致
叠加：根据目标化学方程式中的反应物和生成物加减所调整的化学方程式
计算：按照“叠加”步骤中的调整方法，反应热也随之作相应变化
任务二 反应热的计算
[探究活动]
“可燃冰”分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，又被称作“可燃冰”。“可燃冰”中蕴藏着大量的甲烷，有望成为未来新能源。
　　　　
已知：①$CH_{4}(g)$的燃烧热为$890.3\ kJ\cdot mol^{-1}$；②1 mol $CH_{4}(g)$不完全燃烧生成$CO(g)$和$H_{2}O(l)$时，放出519 kJ热量。
活动1 写出表示$CH_{4}(g)$燃烧热的热化学方程式。
活动2 写出$CH_{4}(g)$不完全燃烧的热化学方程式。
活动3 若1 mol $CH_{4}(g)$在$m\ g\ O_{2}(g)$中燃烧生成$CO(g)$、$CO_{2}(g)$和$H_{2}O(l)$，放出704.65 kJ热量。计算$CH_{4}(g)$完全燃烧和不完全燃烧的物质的量之比及$m$的值。

答案： 提示：$CH_4(g) + 2O_2(g) = CO_2(g) + 2H_2O(l)$ $\Delta H = -890.3 kJ \cdot mol^{-1}$。
@@提示：$CH_4(g) + \frac{3}{2}O_2(g) = CO(g) + 2H_2O(l)$ $\Delta H = -519 kJ \cdot mol^{-1}$。
@@提示：1 mol $CH_4(g)$在$m g O_2(g)$中燃烧生成$CO(g)$、$CO_2(g)$和$H_2O(l)$，放出704.65 kJ热量，设完全燃烧的$CH_4(g)$为$x mol$，则不完全燃烧的$CH_4(g)$的物质的量为$(1 - x) mol$，则有$x mol \times 890.3 kJ \cdot mol^{-1} + 519 kJ \cdot mol^{-1} \times (1 - x) mol = 704.65 kJ$，解得$x = 0.5$，故$CH_4(g)$完全燃烧和不完全燃烧的物质的量之比为$0.5 mol : 0.5 mol = 1 : 1$。0.5 mol $CH_4(g)$完全燃烧消耗1 mol $O_2$，0.5 mol $CH_4(g)$不完全燃烧消耗0.75 mol $O_2$，则共消耗1.75 mol $O_2$，则有$m(O_2) = 1.75 mol \times 32 g \cdot mol^{-1} = 56 g$。