【知识点详解】
1. 盖斯定律:盖斯定律指出,化学反应的热效应只与反应物和生成物的始态和终态有关,而与反应的途径无关。这意味着可以通过已知的反应热来推算未知反应的反应热。在题目中,通过已知的丁烯和丙烯的燃烧热,可以计算出主反应和副反应的反应热。
2. 反应自发性的判断:反应自发性通常与吉布斯自由能变化(ΔG)有关。当ΔG<0时,反应自发进行;ΔG=0时,反应处于平衡状态;ΔG>0时,反应不会自发进行。题目中甲烷部分氧化生成CO2和H2的反应自发性取决于反应的热效应和熵变,需要综合考虑这两方面来确定反应的自发条件。
3. 焓变计算:通过反应①和反应②的焓变,可以运用盖斯定律计算反应①+反应②得到的总焓变,进而求出CO的标准燃烧热。自发反应的条件通常涉及到温度和反应的熵变。
4. 焓变的累加性:反应II的焓变可以通过反应I和反应III的焓变相加得出,因为反应II可以看作是反应I和反应III的组合,这体现了反应热的累加性。由于反应II的焓变可以直接通过已知数据获得,所以即使反应II不易直接测量,我们也可以间接得知其焓变。
5. 自发反应的温度条件:对于吸热反应(ΔH>0),在高温条件下更可能自发进行;对于放热反应(ΔH<0),在低温条件下更可能自发进行。根据图示,随着温度升高,CO2的浓度降低,说明反应向生成CaCO3的方向进行,即该反应在较高温度下自发进行。
6. 反应热的叠加:将两个快反应的热化学方程式相加,可以得到总的热化学方程式,从而计算出总反应的焓变。
7. 焓变和熵变与反应自发性:反应II的熵变ΔS如果大于0,那么在足够高的温度下,反应II会自发进行,因为自发性不仅取决于焓变,还取决于熵变。热化学方程式的构建可以通过已知的两个方程式相减得到。
8. 自发反应与反应热的关系:题目中的反应I和反应II在高温下自发进行,这暗示ΔH1和ΔH2可能都大于0,因为吸热反应在高温下更容易自发进行。此外,若不考虑环境差异,一般而言,分解反应的焓变大于相应的合成反应的焓变,因此ΔH1可能小于ΔH2。
9. 反应热的计算和反应自发性:通过已知的反应热,我们可以利用反应的热化学方程式进行计算。例如,若要得到2NH3(g)生成的反应热,需要通过已知的N2(g)和H2(g)的反应热进行计算。同样,自发性的判断也需要结合反应的熵变。
总结,本题涉及了化学反应热力学的基本概念,包括盖斯定律、反应自发性的判断、反应热的计算和反应热与反应自发性之间的关系,这些都是化学学习中的核心知识点。