焓變、赫斯定律、能源環路圖：练习题

利用以下生成焓數據，計算反應 \( \text{Fe}_2\text{O}_3(s) + 3\text{CO}(g) \rightarrow 2\text{Fe}(s) + 3\text{CO}_2(g) \) 的標準焓變。
已知：
\( \Delta H_f^{\ominus}[\text{Fe}_2\text{O}_3(s)] = -824 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \Delta H_f^{\ominus}[\text{CO}(g)] = -111 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \Delta H_f^{\ominus}[\text{CO}_2(g)] = -394 \text{ kJ mol}^{-1} \)

已知乙醇 (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\)) 的標準生成炓為 \(-278 \text{ kJ mol}^{-1}\)，二氧化碳為 \(-394 \text{ kJ mol}^{-1}\)，水液態為 \(-286 \text{ kJ mol}^{-1}\)。計算 \(23.0 \text{ g}\) 乙醇完全焃焒時釋放的熱能。
(相對原子質量：\(H=1.0, C=12.0, O=16.0\))

已知以下標準燃燒焓數據：
\(\Delta H_c^{\ominus}[\text{C}(\text{石墨})] = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_c^{\ominus}[\text{H}_2(g)] = -285.8 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_c^{\ominus}[\text{C}_3\text{H}_4(g)] = -1937.0 \text{ kJ mol}^{-1}\)
計算丙炔 (\(\text{C}_3\text{H}_4\)) 的標準生成焓。

已知反應 \(\text{X} \rightarrow \text{Y}\) 是吸熱反應，其焓變為 \(\Delta H\)。則反應 \(\text{Y} \rightarrow \text{X}\) 的焓變為何？

已知以下兩個反應的標準焓變：
(1) \(\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}(g) \quad \Delta H = +180.5 \text{ kJ}\)
(2) \(\text{N}_2(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g) \quad \Delta H = +66.4 \text{ kJ}\)
計算反應 \(2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g)\) 的標準焓變。

下列關於赫斯定律 (Hess's Law) 的敘述，哪一項是最準確的？

A. 反應的焓變取決於反應所經過的途徑。
B. 只有在標準狀況下，反應的總焓變才是常數。
C. 一個化學反應的總焓變只與反應的始態和終態有關，而與反應途徑無關。
D. 反應物的總能量必定等於生成物的總能量。

考慮以下能源環路：\(\text{X} \xrightarrow{\Delta H_1} \text{Y}\)，\(\text{X} \xrightarrow{\Delta H_2} \text{Z}\)，\(\text{Z} \xrightarrow{\Delta H_3} \text{Y}\)。若 \(\Delta H_2 = -120 \text{ kJ}\)，\(\Delta H_3 = -80 \text{ kJ}\)，求 \(\Delta H_1\) 的數值並解釋原因。

已知單質硫有斜方硫 (Rhombic sulfur) 和單斜硫 (Monoclinic sulfur) 兩種同素異形體。已知：
(1) \(S(\text{斜方}) + O_2(g) \rightarrow SO_2(g) \quad \Delta H = -296.83 \text{ kJ mol}^{-1}\)
(2) \(S(\text{單斜}) + O_2(g) \rightarrow SO_2(g) \quad \Delta H = -297.16 \text{ kJ mol}^{-1}\)
計算斜方硫轉化為單斜硫的焓變：\(S(\text{斜方}) \rightarrow S(\text{單斜})\)。

已知以下生成焓數據：
\(\Delta H_f^{\ominus}[\text{CH}_4(g)] = -74.8 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_f^{\ominus}[\text{CHCl}_3(l)] = -132.0 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_f^{\ominus}[\text{HCl}(g)] = -92.3 \text{ kJ mol}^{-1}\)

計算以下反應的標準焓變：
\(\text{CH}_4(g) + 3\text{Cl}_2(g) \rightarrow \text{CHCl}_3(l) + 3\text{HCl}(g)\)

考慮以下涉及氧化鐵(III) (\(Fe_2O_3\)) 與一氧化碳 (\(CO\)) 反應的能量變化：

(1) \(2Fe(s) + \frac{3}{2}O_2(g) \rightarrow Fe_2O_3(s) \quad \Delta H_1 = -824.2 \text{ kJ mol}^{-1}\)
(2) \(C(s) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO(g) \quad \Delta H_2 = -110.5 \text{ kJ mol}^{-1}\)
(3) \(C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad \Delta H_3 = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1}\)

(a) 根據赫斯定律，計算以下反應的標準焓變：
\(Fe_2O_3(s) + 3CO(g) \rightarrow 2Fe(s) + 3CO_2(g)\) (3 分)

(b) 判斷此反應是放熱還是吸熱，並簡述其與環境溫度的關係。 (1 分)

(c) 繪製一個能線圖 (Energy Level Diagram) 來表示上述 (a) 部份的反應。 (1 分)