Question

【題目】為了探究化學能與熱能的轉化，某實驗小組設計了如圖所示的三套實驗裝置：

(1)上述3個裝置中，不能證明“銅與濃硝 酸反應是吸熱反應還是放熱反應”的是(不能用手觸摸和使用溫度計)___________。

(2)某同學選用裝置Ⅰ進行實驗(實驗前U形管里液面左右相平)，在甲試管里加入 適量氫氧化鈉溶液與稀鹽酸，U形管中可觀察到的現象是______________，說明該反應屬于_____ (填“吸熱”或“放熱”)反應。

(3)為定量測定(2)中反應的反應熱，使50 mL 0.50 mol·L－1鹽酸與50 mL0.55 mol·L－1NaOH溶液在簡易量熱計中進行中和反應.回答下列問題：

①該實驗中NaOH的濃度大于HCl的濃度的作用是_________________________。

②實驗中若改用60 mL 0.50 mol·L－1鹽酸與50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，所求中和熱_________ (填“相等”或“不相等”)。

(4)已知一些化學鍵的鍵能數據如表所示：

化學鍵	C—H	C—F	H—F	F—F
鍵能/kJ·mol－1	414	489	565	155

請根據鍵能數據估算CH4(g)和F2(g)反應生成CF4(g)和HF(g)的熱化學方程式：_______________。

Answer 1

【答案】Ⅲ 左端液柱降低，右端液柱升高 放熱 保證鹽酸完全被中和，使生成水的量更精確 相等 CH4(g)＋4F2(g)＝CF4(g)＋4HF(g) 　ΔH＝－1 940 kJ·mol－1

【解析】

（1）裝置Ⅰ可通過U形管中紅墨水液面的變化判斷銅與濃硝酸的反應是放熱還是吸熱；裝置Ⅱ可通過燒杯中是否產生氣泡判斷銅與濃硝酸的反應放熱還是吸熱；裝置Ⅲ只是一個銅與濃硝酸反應并將生成的氣體用水吸收的裝置；

（2）氫氧化鈉與硫酸反應屬于中和反應，中和反應都是放熱反應；

（3）①在中和熱的測定實驗中，NaOH的濃度大于HCl的濃度能使鹽酸完全被中和；

②反應放出的熱量和所用酸以及堿的量的多少有關，中和熱與酸堿的用量無關；

（4）反應熱△H=反應物鍵能之和－生成物鍵能之和。

（1）裝置Ⅰ可通過U形管中紅墨水液面的變化判斷銅與濃硝酸的反應是放熱還是吸熱；裝置Ⅱ可通過燒杯中是否產生氣泡判斷銅與濃硝酸的反應放熱還是吸熱；裝置Ⅲ只是一個銅與濃硝酸反應并將生成的氣體用水吸收的裝置，不能證明該反應是放熱反應還是吸熱反應，故答案為：Ⅲ；

（2）氫氧化鈉與硫酸反應屬于中和反應，中和反應都是放熱反應，所以錐形瓶中氣體受熱膨脹，導致U型管左端液柱降低，右端液柱升高，故答案為：左端液柱降低，右端液柱升高；放熱；

（3）①在中和熱的測定實驗中，NaOH的濃度大于HCl的濃度作用是使鹽酸完全被中和，使生成水的量更精確，使測定結果更準確，故答案為：使鹽酸完全被中和，使生成水的量更精確；

②反應放出的熱量和所用酸以及堿的量的多少有關，若用60mL0.50 mol·L－1鹽酸與50mL0.55 mol·L－1NaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，生成水的量增多，所放出的熱量偏高，但是中和熱是指強酸和強堿反應生成1mol水時放出的熱，與酸堿的用量無關，中和熱數值相等，故答案為：相等；

（4）CH4(g)和F2(g)反應的化學方程式為CH4（g）+4F2（g）＝CF4（g）+4HF（g），反應熱△H=反應物鍵能之和－生成物鍵能之和=414kJ/mol×4+4×155kJ/mol－（489kJ/mol×4+4×565kJ/mol）=－1940kJ/mol，則熱化學方程式為CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 940 kJ·mol－1，故答案為：CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 940 kJ·mol－1。