化学反应与能量变化.ppt

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1、化学反应中的能量变化,活化分子:能够发生有效碰撞的分子,活化能:活化分子所多出的那部分能量,E1:反应的活化能;E2:活化分子变成生成物分子放出的能量,E2-E1:反应热,我们知道:一个化学反应过程中,除了生成新物质外,还有,能量变化,热能,电能,光能,思考,1、你所知道的化学反应中有哪些是放热反应?,2、你所知道的化学反应中有哪些是吸热反应?,思考,燃料的燃烧,中和反应,活泼金属与酸、碱,大多数化合反应,大多数分解反应,C+CO2,H2+CuO,C+H2O,Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl,CaCO3高温分解,为什么有的反应会放出热量有的需要吸收热量呢?,一个确定的化学反应在发生过程中是

2、吸收能量还是放出能量,取决于。,反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。,问题探究一,生成物,反应过程中能量变化曲线图:,生成物,反应物的能量之和 E反,生成物的能量之和 E生,(1)若E反 E生,,(2)若E反 E生,,放出能量,吸收能量,放热反应,吸热反应,规 律,问题探究二,化学反应的本质是什么?,化学键的断裂和形成,旧键断裂需要 能量,新键形成会 能量。,放 出,吸 收,化学反应中能量变化的原因,旧键断裂 吸收能量,新键形成 放出能量,=,=,679kJ/mol,862 kJ/mol,679kJ/mol 862kJ/mol=183kJ/mol,反应物的键能总和,生成物的键能总和,所以

3、:一个化学反应是放热还是吸热取决于,取决于所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量的相对大小,一、反应热 焓变,1、定义:,2、符号:H,3、单位:kJmol-1,在恒压的条件下,化学反应过程中所放出或吸收的热量称为反应的焓变。,化学反应过程中放出或吸收的热量叫做化学反应的反应热.,放热反应:吸热反应:,H0或 H为“”,H0 或H为“”,放热,H0,吸热,H0,4、规定:,规 律:(E反:反应物的能量之和 E生:生成物的能量之和),(1)若E反 E生,,(2)若E反 E生,,放出能量 放热反应,吸收能量 吸热反应,反应热:H=E生-E反 吸热反应:H 0或者值为“+”放热反应:H 0或

4、者值为“-”,常见的放热反应和吸热反应,放热反应,吸热反应,燃料的燃烧中和反应金属与酸大多数化合反应,C+CO2,H2+CuOC+H2OBa(OH)2.8H2O+NH4ClCaCO3高温分解大多数分解反应,5、焓变与键能的关系,H=,反应物的键能总和,生成物的键能总和,例 1:1 mol C与 1 mol H2O(g)反应生成 l mol CO(g)和1 mol H2(g),需要吸收131.5 kJ的热量,该反应的反应热为H=kJ/mol。,+131.5,例 2:拆开 1 mol HH键、1 mol NH键、1 mol NN键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则1mol

5、 N2生成NH3的反应热为H=,,92.0 kJ/mol,练习,1.下列叙述正确的是()A.化学反应一定伴随热量的变化B.凡是吸热或放热过程中热量的变化均称为反应热C.若H0,则反应物的能量高于生成物的能量,C,2.已知:H+H H2;H=436KJ/mol,则下列叙述正确的是()A.H 原子的能量高于 H2 的能量 B.H 原子的能量低于 H2 的能量 C.H 原子比 H2分子稳定 D.H2分子比 H 原子稳定,A D,4下列过程中,需要吸收能量的是()AH+H=H2 BH+Cl=HCl CI2I+I DS+O2=SO2,C,二、热化学方程式,H2(g)+I2(g)=2HI(g)H=14.9

6、kJ/mol,200101kPa,1、热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分,二者缺一不可。普通化学方程式只包含物质变化一个部分。,物质变化,能量变化,能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式叫做热化学方程式,二、热化学方程式,H2(g)+I2(g)=2HI(g)H=14.9kJ/mol,200101kPa,2、热化学方程式需注明反应时的温度和压强。对于 25 101kPa时进行的反应可不注明。普通化学方程式不需注明温度和压强。,二、热化学方程式,3、热化学方程式需注明各物质的状态。普通化学方程式不需注明物质的状态。,二、热化学方程式,4、热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物

7、质的物质的量,可为整数或分数,其H与系数对应成比例。普通化学方程式中化学计量数宏观上表示各物质的物质的量,微观上表示原子分子数目,只能为整数,不能为分数。,2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H=483.6kJ/mol,1.书写步骤,(1)写出化学方程式(2)注明反应物和生成物的状态(3)标明焓变H(注意单位和+、-)要注明反应的温度和压强(中学一般不注明,为一个大气压,25 0C),写出下列反应的热化学方程式:,1.已知在1105Pa,298K条件下,2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,,2.已知在25、101kPa下,1g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48

8、.40kJ 热量。,2H2(g)O2(g)2H2O(g);H484kJmol1,C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H=-5518kJmol-1,3.46g C2H5OH(l)完全 燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出1366.8KJ热量。,C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)H=-1366.8KJmol-1,书写热化学方程式的注意点:,1、需注明反应的温度和压强;(如在25 101kPa下进行的反应,可不注明)2、应注明反应物和生成物的状态;3、对于相同的反应,当化学计量数不同时,其H对应成比例。,2H2(g)+O2(g)=2H

9、2O(g)H=483.6kJ/mol,例1:当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2 mol气态HCl,放出184.6 kJ的热量,请写出该反应的热化学方程式。,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=184.6 kJ/mol,2H2(g)+2Cl2(g)=4HCl(g)H=369.2 kJ/mol,例2:1mol N2(g)与适量O2(g)反应生成NO2(g),需吸收68kJ的热量;写出热化学方程式。,N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)H=+68 kJ/mol,例3、沼气的主要成分是甲烷。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时,放出445 kJ的热量。则下列热化

10、学方程式中正确的是(),A、2CH4(g)4O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H=+890 kJ/mol,B、CH4 2O2 CO2 H2O H=890 kJ/mol,C、CH4(g)2 O2(g)CO2(g)2 H2O(l)H=890 kJ/mol,D、1/2CH4(g)O2(g)1/2CO2(g)H2O(l)H=890 kJ/mol,C,H=445 kJ/mol,A,例4、已知在1105Pa,298K条件下,2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,下列热化学方程式正确的是(),A.H2O(g)H2(g)1/2O2(g)H242kJmol1B.2H2(g)O2(g)2H2O(l)H

11、484kJmol1C.H2(g)1/2O2(g)H2O(g)H242kJmol1D.2H2(g)O2(g)2H2O(g)H484kJmol1,书写热化学方程式注意事项:(1)反应物和生成物要标明其聚集状态,用g、l、s分别代表气态、液态、固态。(2)H 标明恒压、恒温条件下反应放出或吸收的热量,放热为负,吸热为正。(3)方程式中各物质的计量数不表示分子个数,只表示物质的量,可是整数或分数。(4)对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其H 也不同,即H 的值与计量数成正比。(5)当化学反应逆向进行时,H数值不变,但符号相反.(6)可逆反应中的H数值是指该反应完全进行时的数值.,练习:,A.2C

12、2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)H=4b kJ/molB.C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)H=+2b kJ/molC.2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)H=2b kJ/molD.2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)H=+b kJ/mol,已知充分燃烧a g 乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水,并放出热量bkJ,则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是,A,练习,2、已知(1)H2(g)1/2O2(g)H2O(g)H1=a kJ/mol(2)2H2(g)O2(g)2H2O(g)H2=b

13、kJ/mol(3)H2(g)1/2O2(g)H2O(l)H3=c kJ/mol(4)2H2(g)O2(g)2H2O(l)H4=d kJ/mol则a、b、c、d的关系正确的是。A、ad0 C、2a=b0,C,3、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,已知破坏1 mol HH键消耗的能量为Q1kJ,破坏1 mol O、O键消耗的能量为Q2kJ,形成1 mol HO键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是()A.2Q1+Q2 4Q3 B.2Q1+Q2 4Q3 C.Q1+Q2 Q3 D.Q1+Q2=Q3,B,课堂练习,1、下列说法不正确的是()A、化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化B、放热反应不

14、需要加热即可发生C、需要加热条件的化学反应都是吸热反应D、化学反应是吸热还是放热决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量、分解反应肯定是吸热反应、物质燃烧放出热量,CE,巩固练习:,2、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,已知破坏1molHH键消耗的能量为Q1kJ,破坏1molO=O键消耗的能量为Q2kJ,形成1molHO键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是()A.2Q1+Q2 4Q3 B.2Q1+Q2 4Q3 C.Q1+Q2 Q3 D.Q1+Q2=Q3,B,3、在同温同压下,下列各组热化学方程式中Q2Q1的是()A.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);H=-Q1 1/2H2(g)

15、+1/2Cl2(g)=HCl(g);H=-Q2B.C(s)+1/2O2(g)=CO(g);H=-Q1 C(s)+O2(g)=CO2(g);H=-Q2C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=-Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);H=-Q2D.S(g)+O2(g)=SO2(g);H=-Q1 S(s)+O2(g)=SO2(g);H=-Q2,B,4、1mol C与1mol 水蒸气反应生成1mol CO 和1mol H2,需要吸收 131.5 kJ的热量。写出此反应的热化学方程式。,C,6、已知(1)H2(g)1/2O2(g)H2O(g)H1=a kJ/mol(2)2H2(g)O2

16、(g)2H2O(g)H2=b kJ/mol(3)H2(g)1/2O2(g)H2O(l)H3=c kJ/mol(4)2H2(g)O2(g)2H2O(l)H4=d kJ/mol则a、b、c、d的关系正确的是。A、ad0 C、2a=b0,C,实践活动 中和反应 反应热的测定,实验目的 测定强酸与强碱反应的反应热,学习重点 中和反应反应热的测定原理和方法。,实验用品 大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)温度计、量筒(50 mL)两个、泡沫塑料 或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。0.50 mol/L 盐酸、0.55 mol/L NaOH溶液,实验原理:,(4)实验步

17、骤:,1.组装量热器在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过,如上图所示。,用一个量筒最取50 mL 0.50 mol/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。,2 药品取用,用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液 的温度,记入下表。,把量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计(注意不要洒到外面)。立即盖上盖板,用环形玻璃搅拌棒轻轻

18、搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度,记入下表。,3 酸碱混合,4 数据处理,5 重复以上实验两次,实验步骤:阅读P4-5并回答问题,1.,中和热的测定,大、小烧杯放置时,为何要使两杯口相平?填碎纸条的作用是什么?对此装置,你有何更好的建议?,2.温度计上的酸为何要用水冲洗干净?冲洗后的溶液能否倒入小烧杯?为什么?,答案:1.两杯口相平,可使盖板把杯口尽量盖严,从而减少热量损失;填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置(如保温杯)会使实验结果更准确。,2、因为该温度计还要用来测碱液的温度,若不冲洗,温度计上的酸会和碱发生中和

19、反应而放热使温度计测量碱的温度不准确,故要冲洗干净;冲洗后的溶液不能倒入小烧杯,若倒入,会使总溶液的质量增加,而导致实验结果误差。,问题探究,4、判断下列实验操作对中和热测定的数值有如何影响?填变大变小或者不变。,大烧杯上没有盖硬纸板用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行实验 用相同浓度和体积的醋酸代替稀盐酸溶液 进行实验 实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行实验,变 小,变 小,变 小,不 变,1、为了减小误差。某同学在实验中两次测定中和热。第一次是用50 mL 0.50 mol/L的盐酸和50 mL 0.50 mol/L氢氧

20、化钠,第二次是用100 mL 0.50 mol/L的盐酸和100 mL 0.50mol/L的NaOH溶液。请你预测该同学两次测得的中和热结果(相等或者不相等)。,概念辨析,相 等,概念辨析,2、若将1L1mol/LNaOH溶液中加入稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸,恰好完全反应时的热效应分别为H1、H2、H3;则三者的大小关系为。,H1 H3 H2,议一议如果你所测得的数据不是57.3 kJ/mol,分析产生误差的原因可能有哪些?,可能的原因有:1.量取溶液的体积有误差(测量结果是按50 mL的酸、碱进行计算,若实际量取时,多于50 mL或小于50 mL都会造成误差)2.温度计的读数有误。3.实验过程中

21、有液体洒在外面。4.混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致实验误差。5.隔热装置不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。6.测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度,致使热量损失而引起误差。,讨论下列问题,1.本实验中若把50 mL 0.50 mol/L的盐酸改为50 mL 0.50 mol/L醋酸,所测结果是否会有所变化?为什么?答案:1.会有所变化。因为醋酸为弱电解质,其电离时要吸热,故将使测得结果偏小。2.若改用100 mL 0.50 mol/L的盐酸和100 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液,所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍(假定各步操作没有失误)?,2.否。因中和热

22、是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时放出的热量,其数值与反应物的量的多少无关,故所测结果应基本和本次实验结果相同(若所有操作都准确无误,且无热量损失,则二者结果相同)。,练习50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在图示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题:(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃用品是。(2)烧杯间填满碎纸条的作用是。(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值(填“偏大”“偏小”“无影响”)(4)实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L

23、NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量(填“相等”“不相等”),所求中和热(填“相等”“不相等”),简述理由:。(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会;用50 mL 0.50mol/L NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会。(均填“偏大”“偏小”“无影响”),环形玻璃搅拌棒,减少实验过程中的热量损失,偏小,不等,相等,因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的热量,与酸碱的用量无关,偏小,偏小,讨论:是不是任一反应的反应热 均能直接测出?,如何测出这个反应的反应热:C(s)+1/2O2(g)=CO(g);H1=?

24、,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)H2=-283.0kJ/molC(s)+O2(g)=CO2(g)H3=-393.5kJ/mol,+=,则H1+H2=H3 H1=H3-H2=-393.5kJ/mol+283.0kJ/mol=-110.5kJ/mol,应用了什么规律?,盖斯定律?,不管化学反应是一步完成或分几步完成,其反应热是相同的。化学反应的焓变(H)只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。,如何理解盖斯定律?,H、H1、H2之间有何关系?,H=H1+H2,B,H,某次发射火箭,用N2H4(肼)在NO2中燃烧,生成N2、液态H2O。已知:N2(g)+2O2(g)=2NO2(

25、g)H1=+67.2kJ/mol N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)H2=-534kJ/mol 假如都在相同状态下,请写出发射火箭反应的热化学方程式。,2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(l)H=-1135.2kJ/mol,例 题,例 题,已知:C(s)+O2(g)CO2(g)H1=393.5 kJ/mol CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)H2=283.0kJ/mol 求:C(s)+1/2O2(g)CO(g)的 H3=。,110.5 kJ/mol,已知:H2(g)+1/2 O2(g)H2O(g);H1=241.8kJ/mol H2(g)+1/2

26、 O2(g)H2O(l);H2=285.8kJ/mol H2O(l)H2O(g);则H1、H2、H3的关系。,H1=H2+H3,课堂练习,H3=+44.0kJ/mol,已知:金刚石、石墨的热化学方程式:C(s,金刚石)+O2(g)CO2(g)H=395.4 kJ/mol C(s,石墨)+O2(g)CO2(g)H=393.5 kJ/mol 则石墨转化为金刚石的反应热 H=,两物质中 较为稳定。,+1.9 kJ/mol,石 墨,课堂练习,能源的充分利用,一、标准燃烧热,1、定义:在101kPa时,l mol物质完全燃烧生成 稳定的氧化物时的反应热.,热值,定义:在101kPa时,l g物质完全燃烧

27、的反应热.,2、注意:燃烧的条件是在101kPa;可燃物以1mol作为标准,因此书写热化学方程式时,其它物质的化学计量数可用分数表示;物质燃烧都是放热反应,所以表达物质燃烧时的H均为负值;燃烧要完全,如H2S的标准燃烧热是指生成SO2,而不是生成S的不完全燃烧;生成的产物是稳定的氧化物,C的标准燃烧热是指生成CO2,而不是CO;H2的标准燃烧热是指生成H2O(l),而不是H2O(g)。如:H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l);H=285.8 kJ/mol,【思考】燃烧放出的热量与标准燃烧热有什么不同?,答:燃烧放出的热量与物质的多少有关,燃烧的物质越多,放出的热量就越多,而标准燃烧热规

28、定是1 mol的可燃物;研究燃烧放出的热量并未限定燃烧产物的形态,而研究标准燃烧热必须是生成稳定的氧化物。所以,不同量的同一物质完全燃烧,放出的热量可能不同,但标准燃烧热是一定的。,概念辨析:,1.下列各组物质的标准燃烧热相等的是:()A.碳和一氧化碳 B.1mol碳和2mol碳C.1mol乙炔和2mol碳 D.淀粉和纤维素,B,285.8 kJ/mol,297 kJmol-1,S(s)O2(g)SO2(g);H297kJmol-1,、有关标准燃烧热的计算,例:10g硫磺在氧气中完全燃烧生成气态SO2,放出的热量能使500gH2O温度由18升至62.4,则硫磺的标准燃烧热为,热化学方程式为。(

29、已知每克水温度每升高1 所需热量为4.18J),4、研究物质标准燃烧热的意义了解化学反应完成时产生热量的多少,以便更好地控制反应条件,充分利用能源。,5、小结:标准燃烧热和中和热的区别与联系,1mol反应物完全燃烧时放出的热量;不同反应物,标准燃烧热不同。,生成1mol水时放出的热量;强酸与强碱的中和热都约为57.3kJ/mol。,放热反应,H0;单位:kJ/mol,1mol可燃物,生成1mol水,二、使用化石燃料的利弊及新能源的开发,思考下列问题:1、世界上最重要的化石燃料有哪些?有何优点?2、广义讲,哪些物质可称为燃料?3、从资源蕴藏、开采、运输、资源综合利用以及环境保护等方面探讨煤作燃料

30、的利弊。4、我国能源利用现状?如何调整和优化能源结构的方向?5、新能源的特点?哪些是认为最有希望的新能源?,1、世界上最重要的化石燃料:煤(主要成分C)、石油(主要为烃的混合物,其中重要产物汽油的主要成分为辛烷C8H18)、天然气(主要成分甲烷)。优点:燃烧热都很高。2、广义讲,能够发生燃烧,反应放出热量的物质都可称为燃料。3、煤作燃料的利弊 从化学的角度,煤的燃烧热虽高,但燃烧反应速率慢,热量利用率低;且煤是重要的化工原料,把煤作燃料烧掉不仅会产生SO2等有害气体和烟尘,而且浪费资源。,从资源、环境的角度,煤是我国储量最多的能源资源,应充分利用。但煤的形成需经数亿年的时间,属于不可再生能源,

31、且大量开采虽成本较低,但存在造成地面塌陷及瓦斯爆炸等隐患。煤的直接燃烧是一种低效的利用,且对环境会造成污染。从综合经济效益角度,通过清洁煤技术,如煤的液化和气化,及实行烟气净化脱硫等,减少燃烧煤的对环境的污染,提高煤燃烧的热利用率。4、我国是少数以煤为主要能源的国家,且煤燃烧的热利用率较低。,我国调整和优化能源结构的方向:一方面,要提高煤燃烧的热利用率;另一方面,降低煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加快开发水电、核电和新能源,实现可持续发展。,5、新能源的特点:资源丰富,可再生,对环境无污染或很少污染。最有希望的新能源:太阳能、燃料电池、风能和氢能等。,练习:1、在一定条件下,CO和 CH

32、4燃烧的热化学方程式分别为:由1molCO和3mol CH4组成的混合气在上述条件下充分燃烧时,释放的热量为()A2912kJ B2953kJ C3236kJ D3867kJ,B,;H=566kJ/mol,;H=890kJ/mol,H2(g)=2H(g)H+Q11/2O2(g)=O(g)H+Q22H(g)+O(g)=H2O(g)H-Q3H2O(g)=H2O(l)H-Q4H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)H-Q5试指出Q5与Q1、Q2、Q3、Q4的关系。,2、已 知 下 列 反 应:,3、若在标准状况下,将H2和O2组成的混合气体点燃爆炸后再恢复到标况,气体体积减少了33.6L,则反应放出的热量是_kJ。,286,;H=484kJ/mol,;H=572kJ/mol,2H2(g)+O2(g)=2H2O(l),2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),4、已知热化学方程式 现有克纯炭不完全燃烧,所得气体中CO占 3/4体积,与克纯炭完全燃烧相比较,此反应损失了多少热量?,5、发射卫星用肼 N2H为燃料和NO2作氧化剂,两者反应生成N2 和 H2O(g)。已知:+2H2O(g)那么发射卫星时,燃烧1mol肼与NO2放出的热量是 kJ。,567.6,再 见,

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