专题五 化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
一、选择题
1．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )
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．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行
C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量
D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
解析 X＋Y===M＋N ΔH>0，说明X与Y的总能量低于M与N的总能量，A错误，D正确；破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误；吸热反应有的不需要加热也可反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵搅拌即可，B错误。
答案 D
2．下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( )
A．生成物总能量一定低于反应物总能量
B．放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变
D．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
解析 放热反应生成物总能量低于反应物总能量，吸热反应生成物总能量高于反应物总能量，A错误。化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关，与吸热、放热反应无关，B错误。通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变，C正确。同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不会影响ΔH的值，D错误。
答案 C
3．臭氧层中臭氧分解历程如图所示，下列说法正确的是( )。
A．催化反应①、②均为放热反应
B．催化剂不能改变该反应的焓变
C．ClO是该反应的催化剂
D．在该反应过程中没有化学键的断裂与生成
解析 由题可知反应①为吸热反应，反应②为放热反应，A错误；催化剂改变了反应的活化能，没有改变反应的焓变，B正确；ClO是中间产物，Cl是催化剂，C错误；任何化学反应中都既有化学键的断裂又有化学键的形成，D错误。
答案 B
4．下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系
据此判断下列说法中正确的是 ( )。
A．石墨转变为金刚石是吸热反应
B．白磷比红磷稳定
C．S(g)===S(s) ΔH＞0
D．H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH＞0
解析 红磷的能量低，更稳定，B错误。气态硫能量高，S(g)===S(s)放出热量，ΔH＜0，C错误。D中反应为放热反应，ΔH＜0。
答案 A
5．在298 K、100 kPa时，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
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是 ( )。
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
解析 依次给三个热化学方程式编号为①、②、③，则③＝①＋2×②，故ΔH3＝ΔH1＋2×ΔH2。
答案 A
6．氢化热是指一定条件下，1 mol不饱和化合物加氢时放出的热量。表中是环己烯()、环己二烯()和苯的氢化热数据。
化合物
＋H2
＋2H2
＋3H2
氢化热ΔH(kJ·mol－1)
－119.7
－232.7
－208.4
下列说法正确的是 ( )。
A．环己二烯与H2的反应最剧烈
B．环己烯、环己二烯和苯有相同的官能团
C．三种化合物中环己二烯的稳定性最强
D．上述条件下，1 mol转变为时放热113 kJ
解析 A项，剧烈与否，与放出热量多少无关，错误；B项中，苯分子中无碳碳双键，错误；C项，环己二烯最活泼，错误。
答案 D
7．白磷与氧可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P-P a kJ·mol－1，P-O b kJ·mol－1、P===O c kJ·mol－1、O===O d kJ·mol－1。
根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( )。
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、非选择题
8．(1)丙烷热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题。
①如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，请在图中的括号内填入"＋"或"－"。
②写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：________________________ ______________________________________________________。
③二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水共放出1 645 kJ热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比为________。
(2)盖斯定律认为：不管化学过程是一步完成或分几步完成，整个过程的总热效应相同。试运用盖斯定律回答下列问题：
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液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，则整个过程中放出的热量为________kJ。
②碳在氧气供应不充足时，生成CO同时还部分生成CO2，因此无法通过实验直接测得反应：C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH。但可设计实验、利用盖斯定律计算出该反应的ΔH，计算时需要测得的实验数据有________。
解析 (1)①丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)的过程放热，ΔH为"－"。
②燃烧热是101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为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液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，整个过程中放出的热量为(3Q1－Q2＋Q3)kJ。
②利用盖斯定律计算反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH，需要测得的实验数据有碳和CO的燃烧热。
答案 (1)①－ ②C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 215.0 kJ·mol－1 ③1∶3
(2)①3Q1－Q2＋Q3 ②碳和CO的燃烧热
9．测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如图所示。
(1)写出该反应的热化学方程式(中和热为57.3 kJ·mol－1)：
_____________________________________________________________。
(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，实验数据如下表。
①请填写下表中的空白：
温度
实验次数
起始温度T1/℃
终止温度
T2/℃
温度差平
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近似认为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热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。则中和热ΔH＝________(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol－1有偏差，产生偏差的原因可能是________(填字母)。
a．实验装置保温、隔热效果差
b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
解析 (1)写热化学方程式时除注意化学方程式配平外，还要注意物质的聚集状态，ΔH的符号和单位。
(2)①实验2的误差太大要舍去
②ΔH＝－＝－
＝－53 504 J·mol－1≈－53.5 kJ·mol－1。
③a、c项易使部分热量损失，导致结果偏低，b项仰视读数，V(NaOH)偏大，会导致结果偏高，d项会使温差变小、导致结果偏低。
答案 (1)H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 (2)①4.0 ②－53.5 kJ·mol－1 ③acd
10．能源危机是当前全球问题，开源节流是应对能源危机的重要举措。
(1)下列做法有助于能源"开源节流"的是________(填字母)。
a．大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b．大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c．开发太阳能、水能、风能、地热等新能源、减少使用煤、石油等化石燃料
d．减少资源消耗，增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如下图所示。
①在通常状况下，金刚石和石墨中________(填"金刚石"或"石墨")更稳定，石墨的燃烧热为________。
②12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量________。
(3)已知：N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝180.0 kJ·mol－1。
NO分子中化学键的键能为________kJ·mol－1。
(4)综合上述有关信息，请写出CO与NO反应的热化学方程式：______________________________________________________________。
解析 (2)①由图知石墨的能量比金刚石的小，所以石墨比金刚石稳定；石墨的燃烧热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，放出的热量为：110.5 kJ·mol－1×0.5 mol＋393.5 kJ·mol－1×0.5 mol＝252.0 kJ。(3)设NO分子中化学键的键能为x，则946 kJ·mol－1＋497 kJ·mol－1－2x＝180.0 kJ·mol－1，x＝631.5 kJ·mol－1。(4)由图知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·mol－1，将该式减去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．已知某种新型燃料的主要成分是高浓度乙炔和液氨。请回答下列问题。
(1)下列说法正确的是________(填序号)。
A．液氨在汽化过程中ΔH＜0
B．乙炔(CHCH)和液氨在密封体系中发生氧化还原反应而释放能量
C．乙炔和液氨在纯氧中完全燃烧时不产生有毒物质
D．这种新型燃料燃烧过程中只是将化学能转化为动能
(2)已知充分燃烧a g乙炔气体时生成二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则下列热化学方程式中正确的是________(填序号)。
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)已知下列数据：
化学键
H-N
H-O
NN
OO
断键所需能量/
(kJ·mol－1)
386
463
942
498
请写出NH3(g)完全燃烧生成N2和水蒸气的热化学反应方程式__________________________________________________________。
(4)已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝44.0 kJ·mol－1。液氢也是一种常用燃料，将煤与水蒸气在高温下反应是获取H2的重要方法。C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为
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
根据以上信息，则12 kg C(s)与水蒸气反应________(填"吸收"或"放出")________kJ热量。
解析 (1)选项A，液氨汽化过程中需要吸收热量，故ΔH＞0。选项B，乙炔和液氨在封闭体系中不发生反应，错误；选项C，在纯氧中，C2H2完全燃烧的产物为CO2、H2O，NH3完全燃烧的产物为N2和H2O，这些产物都是无毒的；D选项，燃烧的过程中化学能转化为热能和光能，错误。
(2)a g C2H2完全燃烧释放出b kJ热量，所以1 mol C2H2完全燃烧生成CO2、液态水时释放出 kJ热量，再根据热化学方程式的书写原则可知选项C正确。
(3)根据反应方程式：2NH3(g)＋O2(g)===N2(g)＋3H2O(g)，反应物分子断裂时所吸收的热量＝2×3 mol×386 kJ·mol－1＋ mol×498 kJ·mol－1＝3 063 kJ，生成物分子形成时释放出的热量＝1 mol×942 kJ·mol－1＋3×2 mol×463 kJ·mol－1＝3 720 kJ，整个反应释放出的热量＝3 720 kJ－3 063 kJ＝657 kJ。其热化学反应方程式为2NH3(g)＋O2(g)===N2(g)＋3H2O(g) ΔH＝－657 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律，可得C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1。ΔH＞0，故该反应为吸热反应。12 g C(s)与水蒸气反应吸收131.3 kJ热量，故12 kg C(s)与水蒸气反应吸收1.313×105 kJ热量。
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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