專題五 化學反應與能量變化
第一單元 化學反應中的熱效應
一、選擇題
1．已知反應X＋Y===M＋N為吸熱反應，對這個反應的下列說法中正確的是( )
A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量
B．因為該反應為吸熱反應，故一定要加熱反應才能進行
C．破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學鍵所放出的能量
D．X和Y的總能量一定低于M和N的總能量
解析 X＋Y===M＋N ΔH>0，說明X與Y的總能量低于M與N的總能量，A錯誤，D正確；破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量大于形成生成物中化學鍵所放出的能量，C錯誤；吸熱反應有的不需要加熱也可反應，如氫氧化鋇晶體與氯化銨攪拌即可，B錯誤。
答案 D
2．下列與化學反應能量變化相關的敘述正確的是( )
A．生成物總能量一定低于反應物總能量
B．放熱反應的反應速率總是大于吸熱反應的反應速率
C．應用蓋斯定律，可計算某些難以直接測量的反應焓變
D．同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH不同
解析 放熱反應生成物總能量低于反應物總能量，吸熱反應生成物總能量高于反應物總能量，A錯誤?；瘜W反應的速率與反應物本身的性質(zhì)、溫度、壓強、濃度、催化劑等因素有關，與吸熱、放熱反應無關，B錯誤。通過蓋斯定律可以間接測量某些難以直接測量的反應的焓變，C正確。同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反應條件不會影響ΔH的值，D錯誤。
答案 C
3．臭氧層中臭氧分解歷程如圖所示，下列說法正確的是( )。
A．催化反應①、②均為放熱反應
B．催化劑不能改變該反應的焓變
C．ClO是該反應的催化劑
D．在該反應過程中沒有化學鍵的斷裂與生成
解析 由題可知反應①為吸熱反應，反應②為放熱反應，A錯誤；催化劑改變了反應的活化能，沒有改變反應的焓變，B正確；ClO是中間產(chǎn)物，Cl是催化劑，C錯誤；任何化學反應中都既有化學鍵的斷裂又有化學鍵的形成，D錯誤。
答案 B
4．下列圖像分別表示有關反應的反應過程與能量變化的關系
據(jù)此判斷下列說法中正確的是 ( )。
A．石墨轉變?yōu)榻饎偸俏鼰岱磻?
B．白磷比紅磷穩(wěn)定
C．S(g)===S(s) ΔH＞0
D．H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH＞0
解析 紅磷的能量低，更穩(wěn)定，B錯誤。氣態(tài)硫能量高，S(g)===S(s)放出熱量，ΔH＜0，C錯誤。D中反應為放熱反應，ΔH＜0。
答案 A
5．在298 K、100 kPa時，已知：
2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g) ΔH1
Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g) ΔH2
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g) ΔH3
則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關系正確的是 ( )。
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
解析 依次給三個熱化學方程式編號為①、②、③，則③＝①＋2×②，故ΔH3＝ΔH1＋2×ΔH2。
答案 A
6．氫化熱是指一定條件下，1 mol不飽和化合物加氫時放出的熱量。表中是環(huán)己烯()、環(huán)己二烯()和苯的氫化熱數(shù)據(jù)。
化合物
＋H2
＋2H2
＋3H2
氫化熱ΔH(kJ·mol－1)
－119.7
－232.7
－208.4
下列說法正確的是 ( )。
A．環(huán)己二烯與H2的反應最劇烈
B．環(huán)己烯、環(huán)己二烯和苯有相同的官能團
C．三種化合物中環(huán)己二烯的穩(wěn)定性最強
D．上述條件下，1 mol轉變?yōu)闀r放熱113 kJ
解析 A項，劇烈與否，與放出熱量多少無關，錯誤；B項中，苯分子中無碳碳雙鍵，錯誤；C項，環(huán)己二烯最活潑，錯誤。
答案 D
7．白磷與氧可發(fā)生如下反應：P4＋5O2===P4O10。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為P-P a kJ·mol－1，P-O b kJ·mol－1、P===O c kJ·mol－1、O===O d kJ·mol－1。
根據(jù)圖示的分子結構和有關數(shù)據(jù)估算該反應的ΔH，其中正確的是( )。
A．(6a＋5d－4c－12b)kJ·mol－1 B．(4c＋12b－6a－5d)kJ·mol－1
C．(4c＋12b－4c－5d)kJ·mol－1 D．(4a＋5d－4c－12b)kJ·mol－1
解析 1 mol P4中有6 mol的P-P,5 mol O2中含有5 mol O===O，1 mol P4O10中含有4 mol P===O、12 mol P-O，所以ΔH＝(6a＋5d－4c－12b)kJ·mol－1
答案 A
二、非選擇題
8．(1)丙烷熱值較高，污染較小，是一種優(yōu)良的燃料。試回答下列問題。
①如圖是一定量丙烷完全燃燒生成CO2和1 mol H2O(l)過程中的能量變化圖，請在圖中的括號內(nèi)填入"＋"或"－"。
②寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式：________________________ ______________________________________________________。
③二甲醚(CH3OCH3)是一種新型燃料，應用前景廣闊。1 mol二甲醚完全燃燒生成CO2和液態(tài)水放出1 455 kJ熱量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水共放出1 645 kJ熱量，則混合氣體中，丙烷和二甲醚的物質(zhì)的量之比為________。
(2)蓋斯定律認為：不管化學過程是一步完成或分幾步完成，整個過程的總熱效應相同。試運用蓋斯定律回答下列問題：
①已知：H2O(g)===H2O(l) ΔH1＝－Q1 kJ·mol－1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH2＝－Q2 kJ·mol－1
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH3＝－Q3 kJ·mol－1
若使46 g液態(tài)無水酒精完全燃燒，并恢復到室溫，則整個過程中放出的熱量為________kJ。
②碳在氧氣供應不充足時，生成CO同時還部分生成CO2，因此無法通過實驗直接測得反應：C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH。但可設計實驗、利用蓋斯定律計算出該反應的ΔH，計算時需要測得的實驗數(shù)據(jù)有________。
解析 (1)①丙烷完全燃燒生成CO2和1 mol H2O(l)的過程放熱，ΔH為"－"。
②燃燒熱是101 kPa時，1 mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，所以表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式為C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1。③n(二甲醚)×1 455 kJ·mol－1＋[1 mol－n(二甲醚)]×2 215.0 kJ·mol－1＝1 645 kJ，解得n(二甲醚)＝0.75 mol，n(丙烷)＝0.25 mol。
(2)①由①×3＋③－②可得C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH4＝－(3Q1－Q2＋Q3)kJ·mol－1，所以使46 g液態(tài)無水酒精完全燃燒，并恢復到室溫，整個過程中放出的熱量為(3Q1－Q2＋Q3)kJ。
②利用蓋斯定律計算反應C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH，需要測得的實驗數(shù)據(jù)有碳和CO的燃燒熱。
答案 (1)①－ ②C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1?、?∶3
(2)①3Q1－Q2＋Q3?、谔己虲O的燃燒熱
9．測定稀硫酸和稀氫氧化鈉中和熱的實驗裝置如圖所示。
(1)寫出該反應的熱化學方程式(中和熱為57.3 kJ·mol－1)：
_____________________________________________________________。
(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表。
①請?zhí)顚懴卤碇械目瞻祝?
溫度
實驗次數(shù)
起始溫度T1/℃
終止溫度
T2/℃
溫度差平
均值(T2
－T1)/℃
H2SO4
溶液
NaOH
溶液
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
②近似認為0.50 mol·L－1NaOH溶液和0.50 mol·L－1硫酸溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后生成溶液的比熱容c＝4.18 J·g－1·℃－1。則中和熱ΔH＝________(取小數(shù)點后一位)。
③上述實驗數(shù)值結果與57.3 kJ·mol－1有偏差，產(chǎn)生偏差的原因可能是________(填字母)。
a．實驗裝置保溫、隔熱效果差
b．量取NaOH溶液的體積時仰視讀數(shù)
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中
d．用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定H2SO4溶液的溫度
解析 (1)寫熱化學方程式時除注意化學方程式配平外，還要注意物質(zhì)的聚集狀態(tài)，ΔH的符號和單位。
(2)①實驗2的誤差太大要舍去
②ΔH＝－＝－
＝－53 504 J·mol－1≈－53.5 kJ·mol－1。
③a、c項易使部分熱量損失，導致結果偏低，b項仰視讀數(shù)，V(NaOH)偏大，會導致結果偏高，d項會使溫差變小、導致結果偏低。
答案 (1)H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 (2)①4.0?、冢?3.5 kJ·mol－1?、踑cd
10．能源危機是當前全球問題，開源節(jié)流是應對能源危機的重要舉措。
(1)下列做法有助于能源"開源節(jié)流"的是________(填字母)。
a．大力發(fā)展農(nóng)村沼氣，將廢棄的秸稈轉化為清潔高效的能源
b．大力開采煤、石油和天然氣以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的能源需求
c．開發(fā)太陽能、水能、風能、地熱等新能源、減少使用煤、石油等化石燃料
d．減少資源消耗，增加資源的重復使用、資源的循環(huán)再生
(2)金剛石和石墨均為碳的同素異形體，它們在氧氣不足時燃燒生成一氧化碳，充分燃燒時生成二氧化碳，反應中放出的熱量如下圖所示。
①在通常狀況下，金剛石和石墨中________(填"金剛石"或"石墨")更穩(wěn)定，石墨的燃燒熱為________。
②12 g石墨在一定量空氣中燃燒，生成氣體36 g，該過程放出的熱量________。
(3)已知：N2、O2分子中化學鍵的鍵能分別是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝180.0 kJ·mol－1。
NO分子中化學鍵的鍵能為________kJ·mol－1。
(4)綜合上述有關信息，請寫出CO與NO反應的熱化學方程式：______________________________________________________________。
解析 (2)①由圖知石墨的能量比金剛石的小，所以石墨比金剛石穩(wěn)定；石墨的燃燒熱ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝－110.5 kJ·mol－1＋(－283.0 kJ·mol－1)＝－393.5 kJ·mol－1。②n(CO)×28 g·mol－1＋n(CO2)×44 g·mol－1＝36 g，n(CO)＋n(CO2)＝1 mol，所以n(CO)＝n(CO2)＝0.5 mol，放出的熱量為：110.5 kJ·mol－1×0.5 mol＋393.5 kJ·mol－1×0.5 mol＝252.0 kJ。(3)設NO分子中化學鍵的鍵能為x，則946 kJ·mol－1＋497 kJ·mol－1－2x＝180.0 kJ·mol－1，x＝631.5 kJ·mol－1。(4)由圖知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·mol－1，將該式減去N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝180.0 kJ·mol－1得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.0 kJ·mol－1。
答案 (1)acd (2)①石墨 393.5 kJ·mol－ 1②252.0 kJ
(3)631.5 (4)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.0 kJ·mol－1
11．已知某種新型燃料的主要成分是高濃度乙炔和液氨。請回答下列問題。
(1)下列說法正確的是________(填序號)。
A．液氨在汽化過程中ΔH＜0
B．乙炔(CHCH)和液氨在密封體系中發(fā)生氧化還原反應而釋放能量
C．乙炔和液氨在純氧中完全燃燒時不產(chǎn)生有毒物質(zhì)
D．這種新型燃料燃燒過程中只是將化學能轉化為動能
(2)已知充分燃燒a g乙炔氣體時生成二氧化碳氣體和液態(tài)水，并放出熱量b kJ，則下列熱化學方程式中正確的是________(填序號)。
A．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－kJ·mol－1
B．C2H2＋O2===2CO2＋H2O ΔH＝－ kJ·mol－1
C．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－ kJ·mol－1
D．2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2b kJ·mol－1
(3)已知下列數(shù)據(jù)：
化學鍵
H-N
H-O
NN
OO
斷鍵所需能量/
(kJ·mol－1)
386
463
942
498
請寫出NH3(g)完全燃燒生成N2和水蒸氣的熱化學反應方程式__________________________________________________________。
(4)已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝44.0 kJ·mol－1。液氫也是一種常用燃料，將煤與水蒸氣在高溫下反應是獲取H2的重要方法。C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃燒的熱化學方程式分別為
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
根據(jù)以上信息，則12 kg C(s)與水蒸氣反應________(填"吸收"或"放出")________kJ熱量。
解析 (1)選項A，液氨汽化過程中需要吸收熱量，故ΔH＞0。選項B，乙炔和液氨在封閉體系中不發(fā)生反應，錯誤；選項C，在純氧中，C2H2完全燃燒的產(chǎn)物為CO2、H2O，NH3完全燃燒的產(chǎn)物為N2和H2O，這些產(chǎn)物都是無毒的；D選項，燃燒的過程中化學能轉化為熱能和光能，錯誤。
(2)a g C2H2完全燃燒釋放出b kJ熱量，所以1 mol C2H2完全燃燒生成CO2、液態(tài)水時釋放出 kJ熱量，再根據(jù)熱化學方程式的書寫原則可知選項C正確。
(3)根據(jù)反應方程式：2NH3(g)＋O2(g)===N2(g)＋3H2O(g)，反應物分子斷裂時所吸收的熱量＝2×3 mol×386 kJ·mol－1＋ mol×498 kJ·mol－1＝3 063 kJ，生成物分子形成時釋放出的熱量＝1 mol×942 kJ·mol－1＋3×2 mol×463 kJ·mol－1＝3 720 kJ，整個反應釋放出的熱量＝3 720 kJ－3 063 kJ＝657 kJ。其熱化學反應方程式為2NH3(g)＋O2(g)===N2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－657 kJ·mol－1。
(4)根據(jù)蓋斯定律，可得C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1。ΔH＞0，故該反應為吸熱反應。12 g C(s)與水蒸氣反應吸收131.3 kJ熱量，故12 kg C(s)與水蒸氣反應吸收1.313×105 kJ熱量。
答案 (1)C (2)C (3)2NH3(g)＋O2(g)===N2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－657 kJ·mol－1 (4)吸收 1．313×105
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