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考点08 化学反应中的热效应——备战2022年浙江新高考一轮复习化学考点一遍过 试卷
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考点08 化学反应中的热效应
一、焓变与反应热
1.化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化:物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒:质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式:热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。
2.反应热(焓变)
(1)定义:在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量来描述,叫作反应热,又称为焓变。
(2)符号:ΔH。
(3)单位:kJ/mol。
(4)规定:放热反应的ΔH为“−”,吸热反应的ΔH为“+”。
注意:(1)任何化学反应都伴随着能量的变化,不存在不发生能量变化的化学反应。
(2)反应热的单位是kJ/mol,热量的单位是kJ,不能混淆。
(3)比较反应热大小时,应带“+”、“−”一起比较。
反应热的理解
1.从微观的角度说,反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形成放出的热量的差值,图中a表示旧化学键断裂吸收的热量;b表示新化学键形成放出的热量;c表示反应热。
2.从宏观的角度说,反应热是生成物的总能量与反应物的总能量的差值,图中a表示活化能,b表示活化分子结合成生成物所释放的能量,c表示反应热。
3.吸热反应和放热反应
化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应,把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
类型比较
放热反应
吸热反应
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
形成原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键的关系
生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量
生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
表示方法
ΔH<0
ΔH>0
联系
ΔH=ΔH(生成物)−ΔH(反应物),键能越大,物质能量越低,越稳定;键能越小,物质能量越高,越不稳定
常见反应类型
(1)所有的燃烧反应;
(2)酸碱中和反应;
(3)金属与酸或水的反应;
(4)原电池反应;
(5)少数分解反应(如TNT爆炸);
(6)大多数化合反应;
(7)电石制乙炔的反应
(1)大多数分解反应;
(2)少数化合反应,如C与CO2、C与水蒸气的反应;
(3)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;
(4)盐的水解、弱电解质的电离
4.吸热反应与放热反应的判断
化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应,把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
(1)理论分析判断法
ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。当ΔH>0时,反应吸热;当ΔH<0时,反应放热。
ΔH=反应物的键能之和−生成物的键能之和。当生成物分子成键释放的总能量>反应物分子断键吸收的总能量时,该反应表现为放热反应,即ΔH<0;当生成物分子成键释放的总能量<反应物分子断键吸收的总能量时,该反应表现为吸热反应,即ΔH>0。
(2)规律判断法
常见的吸热反应:①大多数分解反应;②以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应,如C+H2O(g)CO+H2;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应。
常见的放热反应:①金属与水或酸的反应;②酸碱中和反应;③大多数化合反应;④燃烧反应;⑤铝热反应;⑥营养物质在生物体内的氧化反应。
(3)图象判断法
当反应物的总能量高于生成物的总能量时,为放热反应;当反应物的总能量低于生成物的总能量时,为吸热反应。
(4)反应条件判断法
反应开始需要加热,而停止加热后,反应亦可继续进行,则为放热反应;若反应需要持续不断地加热才能进行,则可能为吸热反应也可能为放热反应。
(1)反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需要加热,反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去;有的放热反应在反应开始时也需要加热,反应发生后会放出一定的热量,如果放出的热量可使反应维持下去,则反应过程中不需要再加热,否则也必须不断加热才能使反应继续进行下去。
(2)常温下就能进行的反应不一定都是放热反应,如氢氧化钡和氯化铵的反应。
(3)任何化学反应都伴随着能量变化,但能量变化不一定都表现为热量变化,还可能以声、光、电等形式表现出来。
(4)放出热量(或吸收热量)的物质变化过程不一定是放热反应(或吸热反应),如水蒸气冷凝为水放热,干冰升华吸热,它们不是放热反应或吸热反应,而是物理变化过程。
5.反应热大小的比较
1.同一反应的比较
(1)反应物状态不同
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2<0
因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多,反应放出的热量就多,ΔH1<ΔH2。
(2)生成物状态不同
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1<0 H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2<0
因为等量产物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多,反应放出的热量少,所以ΔH1>ΔH2。(3)化学计量数不同
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH1<0 2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) ΔH2<0
有2ΔH1=ΔH2且ΔH1>ΔH2。
2.不同反应的比较
(1)根据反应物的本性比较
等物质的量的不同物质与同一物质反应时,越活泼,放热越多。
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1<0 H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH2<0
因Cl2比Br2活泼,故ΔH1<ΔH2。
(2)反应程度不同
C(g)+O2(g)CO2(g) ΔH1<0 C(g)+O2(g)CO(g) ΔH2<0
第一个反应程度大,放热多,因此ΔH1<ΔH2。
注意:比较反应热时,要将其数值和前面的符号“+”“−”看作一个整体进行比较,不能只比较数值的大小。
(1)若为放热反应,则有ΔH<0,反应放出的热量越多,ΔH的值越小。
(2)若为吸热反应,则有ΔH>0,反应吸收的热量越多,ΔH的值越大。
(3)对于不同的吸热、放热反应,吸热反应的ΔH大于放热反应的ΔH。
二、热化学方程式
1.定义
表示参加反应的物质的物质的量和反应热关系的化学方程式。
2.意义
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。如H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=−241.8 kJ·mol−1表示的意义为1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)时放出241.8 kJ的热量。
3.热化学方程式的书写与判断
(1)热化学方程式的书写步骤
步骤1 写方程——写出配平的化学方程式;
步骤2 标状态——用“s”、“l”、“g”、“aq”标明物质的聚集状态;
步骤3 标条件——标明反应物的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注);
步骤4 标ΔH——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“−”;
步骤5 标数值——根据化学计量数计算写出ΔH的数值及单位。ΔH的单位一般为kJ·mol−1。
(2)热化学方程式的判断
①检查是否标明聚集状态。
②检查ΔH的“+”“−”是否与吸热、放热一致。
③反应热ΔH的单位是否为“kJ·mol−1”。
④检查ΔH的数值是否与反应物或生成物的物质的量一致。
⑤表示燃烧热的热化学方程式,还要注意是否生成了稳定的氧化物。
书写热化学方程式的注意事项
(1)注意测定的条件:需注明反应热测定的温度和压强,如不注明条件,即指25℃,1.01×105 Pa。
(2)注意ΔH的标注:化学方程式的右边必须写上ΔH,若为吸热反应,ΔH为“+”,若为放热反应,ΔH为“−”,单位一般为kJ/mol或kJ·mol−1;根据焓的性质,若化学方程式中各物质的系数加倍,则ΔH的数值也加倍;若反应逆向进行,则ΔH改变符号,但绝对值不变。
(3)注意物质的聚集状态:反应热的数值和符号与反应物和生成物的聚集状态有关,因此必须注明物质的聚集状态(s、l、g、aq)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不需要标出“↑”和“↓”。
(4)注意化学计量数:热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量,可为整数或分数;而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。
(5)注意ΔH单位的意义:热化学方程式中,ΔH的单位为kJ·mol−1。这里的“mol−1”不表示具体物质,而是表示“1 mol反应”或“1 mol反应进度”,指“1 mol特定的反应组合”。如“H2(g)+O2(g)H2O(1) ΔH=−285. 8 kJ·mol−1”,“1 mol反应”指“1 mol H2(g)与 mol O2(g)生成1 mol H2O(l)”这一特定反应组合。
(6)注意可逆反应ΔH的意义:不论化学反应是否可逆,热化学方程式中的ΔH都表示反应进行到底时的能量变化。
4.化学方程式与热化学方程式的比较
化学方程式
热化学方程式
化学计量数
整数,既可以表示微粒个数,又可以表示物质的量
既可以是整数也可以是分数,只表示该物质的物质的量
物质状态
不要求注明
必须在化学式后注明
正负号及单位
无
必须注明
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅表明化学反应中的物质变化,还表明了化学反应中的能量变化
遵循规律
质量守恒
质量守恒和能量守恒
三、燃烧热和中和热
1.燃烧热
(1)概念:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ·mol−1表示。
燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等,其中的“完全燃烧”,是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。
(2)表示的意义:例如C的燃烧热为393.5 kJ·mol−1,表示在101 kPa时,1 mol C完全燃烧放出393.5 kJ的热量。
(3)书写热化学方程式:燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如:
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=−5 518 kJ·mol−1,即C8H18的燃烧热为5 518 kJ·mol−1。
(4)燃烧热的计算:可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放=n(可燃物)×ΔH
式中:Q放为可燃物燃烧反应放出的热量;n为可燃物的物质的量;ΔH为可燃物的燃烧热。
2.中和热
(1)概念:在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热叫中和热。
(2)注意几个限定词:
①稀溶液;
②产物是1 mol液态H2O;
③用离子方程式可表示为OH−(aq)+H+(aq)H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1。
3.燃烧热与中和热的异同
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH
ΔH<0,单位:kJ·mol−1
不同点
反应物的量
1 mol(O2不限量)
不限量
生成物的量
不限量
H2O(l)是1 mol
反应热的含义
1 mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量;不同的可燃物,其燃烧热一般不同
在稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应,生成1 mol H2O(l)和可溶性盐时放出的热量;不同的反应物中和热大致相同,均约为57.3 kJ·mol−1
表示方法
燃烧热为akJ·mol−1或ΔH=−a kJ·mol−1
酸与碱反应的中和热为57.3 kJ·mol-1或ΔH =−57.3 kJ·mol−1
热化学方程式的书写
以燃烧1 mol可燃物为标准配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)
以生成1 mol水为标准来配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)
备注
必须生成稳定的氧化物,如C燃烧应生成CO2而不是CO,H2燃烧应生成液态水而非气态水
①弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱),因电离吸热,放出的热量减小,中和热增大;②若用浓硫酸(或NaOH固体),放出热量增多,中和热减小
四、中和热的实验测定
实验原理
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热叫中和热。
H+(aq)+OH−(aq)H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1
实验装置
注意事项:
a.泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失。
b.为保证酸完全中和,采取的措施是碱稍过量。
实验说明
(1)中和热的测定实验中,NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保HCl反应完全。若采用的酸、碱浓度相等,可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。
(2)中和热的计算公式
ΔH=− kJ/mol
(3)实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱),因弱酸(或弱碱)电离出H+(或OH−)需要吸收热量,故测定的中和热的数值偏小;若用浓硫酸与强碱反应测定中和热,因浓硫酸稀释要放热,故测定的中和热的数值偏大。
误差分析
(1)分析的依据
看实验中有哪些因素能造成(t终−t始)出现误差。若(t终−t始)偏大,则|ΔH|偏大;若(t终−t始)偏小,则|ΔH|偏小。
(2)误差分析实例
50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液反应的误差分析:
引起误差的实验操作
t终−t始
|ΔH|
保温措施不好
偏小
偏小
搅拌不充分
偏小
偏小
所用酸、碱浓度过大
偏大
偏大
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
偏小
偏小
用同浓度的醋酸代替盐酸
偏小
偏小
用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液
偏小
偏小
五、能源
1.概念 能提供能量的自然资源。
2.发展阶段 柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。
3.分类
(1)化石燃料
①种类:煤、石油、天然气。
②特点:蕴藏量有限,且不能再生。
(2)太阳能、生物质能和氢能的利用
1)太阳能的利用
①直接利用:太阳能以光和热的形式传送到地面,人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。
②植物的光合作用:在太阳光的作用下,绿色植物把光能转化为化学能。
③间接利用
a.人类所需的能源大多来自于石油、天然气、煤,它们所蕴藏的能量就是远古生物吸收的太阳能。
b.动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是间接利用太阳能。
2)生物质能的利用
①直接燃烧。
②生物化学转换:用含糖较多的农作物转化成乙醇。
③热化学转换:转化成热值较高可燃性气体。
3)氢能的利用
①氢能的优点
②氢能的开发方式
a.以天然气、石油和煤为原料,高温下与水蒸气反应:
CH4+H2O(g)CO+3H2;C+H2O(g)CO+H2。
b.电解水:2H2O2H2↑+O2↑。
c.使用催化剂,利用太阳能分解水:2H2O2H2↑+O2↑。
d.利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。
4.能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是化石燃料,它们的蕴藏量有限,而且不能再生,最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。
5.解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有适当过量的空气,如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有足够大的接触面积,如将固体粉碎成粉末,使液体喷成雾状等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
六、反应热的计算
1.盖斯定律
内容:对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热都是一样的。即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为ΔH=ΔH1+ΔH2。
2.运用盖斯定律计算反应热
第一步,找目标 确定目标方程式,找出目标方程式中各物质出现在已知化学方程式中的位置。
第二步,定转变 根据目标方程式中各物质计量数和所在位置对已知化学方程式进行转变:或调整计量数,或调整方向。
第三步,相加减 对热化学方程式进行四则运算得到目标方程式及其ΔH。
应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时需要注意以下问题:
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。
④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
热化学方程式
焓变之间的关系
mAB ΔH1
AB ΔH2
ΔH2=ΔH1或ΔH1=mΔH2
mAB ΔH1
BmA ΔH2
ΔH1=−ΔH2
mAB ΔH1
BnC ΔH2
mAnC ΔH
ΔH=ΔH1+ΔH2
3.根据热化学方程式的反应热计算
计算依据:反应热与反应物中各物质的物质的量成正比。若题目给出了相应的热化学方程式,则按照热化学方程式与ΔH的关系计算反应热;若没有给出热化学方程式,则根据条件先得出热化学方程式,再计算反应热。
4.根据反应物和生成物的能量计算
(1)计算公式:ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。
(2)根据燃烧热计算要紧扣反应物为“1 mol”、生成物为稳定的氧化物来确定。Q放=n(可燃物)×ΔH。
5.根据反应物和生成物的键能计算
计算公式:ΔH=反应物的键能总和−生成物的键能总和。
根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目。
常见物质的共价键数目
物质
CH4
(C—H)
Si
(Si—Si)
SiO2
(Si—O)
金刚石
(C—C)
石墨
(C—C)
P4
(P—P))
1 mol微粒所含共价键数目/NA
4
2
4
2
1.5
6
七、反应热大小比较的技巧
直接比较法
ΔH 是一个有正负的数值,比较时应连同“+”、“−”号一起比较。
(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0,后者小于0)。
(2)同种物质燃烧时,可燃物物质的量越大,燃烧放出的热量越多,ΔH 越小。
(3)等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多,对应ΔH 越小。
(4)产物相同时,同种气态物质燃烧放出的热量比等量的固态物质燃烧放出的热量多,放出的热量多对应ΔH 越小。
反应物相同时,生成同种液态物质放出的热量比生成等量的气态物质放出的热量多,放出的热量多对应ΔH越小。
(5)生成等量的水时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱或弱碱和强酸或弱酸和弱碱的稀溶液反应放出的热量多,放出的热量多对应ΔH 越小。
(6)对于可逆反应,热化学方程式中的反应热是完全反应时的反应热,若按方程式反应物对应物质的量投料,因反应不能进行完全,实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值,放出的热量少对应ΔH 越大。
例如:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=−197 kJ/mol,
则向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,反应达到平衡后,放出的热量要小于197 kJ。
(7)不同单质燃烧,能态高(不稳定)的放热多,对应ΔH 越小。如:金刚石比石墨能态高,两者燃烧,金刚石放热多,对应ΔH 越小。
盖斯定律比较法
(1)同一反应生成物状态不同时:
A(g)+B(g)C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)C(l) ΔH2<0
因为C(g)C(l) ΔH3<0,而ΔH3=ΔH2−ΔH1,
所以|ΔH2|>|ΔH1|。
(2)同一反应物状态不同时:
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH1<0
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH2<0
S(s)SO2(g) ΔH3>0
ΔH3+ΔH2=ΔH1,且ΔH3>0,所以|ΔH1|<|ΔH2|。
(3)两个有联系的不同反应相比:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1<0
C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2<0
ΔH3+ΔH2=ΔH1,所以|ΔH1|>|ΔH2|。
图示比较法
画出化学变化过程中的能量变化图后,依据反应物的总能量与生成物的总能量的高低关系可以很方便地比较ΔH的大小。对于反应2A+B2C的能量变化如图所示:
考向一 反应过程与能量变化图象分析
典例1 单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如图所示,下列说法正确的是
A.S(s,单斜)S(s,正交) ΔH=+0.33 kJ·mol−1
B.相同物质的量的正交硫比单斜硫的能量高
C.正交硫比单斜硫稳定
D.①表示断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ
【解析】根据图示可知,相同物质的量的单斜硫的能量比正交硫的能量高,S(s,单斜)S(s,正交) ΔH =− 0.33 kJ·mol−1,A、B均错误;物质的能量越低越稳定,故正交硫比单斜硫稳定,C正确;①表示断裂1 mol O2中的共价键和1 mol单斜硫的化学键所吸收的能量比形成 1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ,D错误。
【答案】C
1.如图表示某反应的能量变化,对于该图的理解,你认为一定正确的是
A.曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示两个化学反应的能量变化
B.曲线Ⅱ可表示反应2KClO32KCl+3O2↑的能量变化
C.该反应不需要加热就能发生
D.该反应的ΔH=E2−E1
活化能与焓变的关系图解
(1)在无催化剂的情况下:
E1为正反应的活化能;E2为逆反应的活化能;ΔH=E1−E2为此反应的焓变。
(2)催化剂的作用:降低E1、E2,但不影响ΔH,反应放热还是吸热取决于起点(反应物)和终点(生成物)能量的高低。
考向二 热化学方程式的正误判断
典例1 下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)
A.C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=−1 367.0 kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3 kJ/mol(中和热)
C.S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=−296.8 kJ/mol(反应热)
D.2NO2O2+2NO ΔH=+116.2 kJ/mol(反应热)
【解析】燃烧热要求可燃物的物质的量必须为1 mol,得到的氧化物必须是稳定的氧化物,H2O的状态必须为液态,故A错;中和反应是放热反应,ΔH应小于0,故B错;热化学方程式的书写注明了物质的聚集状态、ΔH的正负号、数值、单位,故C正确;热化学方程式要注明物质在反应时的状态,故D错。
【答案】C
2.实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol−1
②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=−890.3 kJ·mol−1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=−890.3 kJ·mol−1
④2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=−571.6 kJ·mol−1
A.仅有② B.仅有②④ C.仅有②③④ D.全部符合要求
判断热化学方程式正误的“五审”
考向三 中和热的实验测定
典例1 将V1 mL 1.00 mol·L−1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。下列叙述正确的是
A.做该实验时环境温度为22℃
B.V1=45 mL时,该反应结束
C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol·L−1
D.该实验表明化学能可以转化为热能
【解析】本题考查了中和反应的热效应、图像分析能力及根据化学方程式计算的能力。从图中曲线可以看出,温度为22 ℃时,V1为5 mL,则此时已经开始发生反应,所以22℃一定不是做该实验时环境的温度,起始温度应为实验时环境温度,为20 ℃,故A错。分析题给图像知,当体系温度最高时,盐酸和氢氧化钠溶液恰好完全反应,则反应停止,所以V1=30 mL时,该反应结束,故B错。分析题给图像知,当体系温度最高时,盐酸和氢氧化钠溶液恰好完全反应,此时参加反应的盐酸溶液的体积是30 mL,由V1+V2=50 mL可知,消耗的氢氧化钠溶液的体积为20 mL,根据HCl+NaOHNaCl+H2O知,HCl和NaOH的物质的量相等,即1.0 mol•L−1×0.03 L=0.02 L×c(NaOH),c(NaOH)=1.5 mol/L,故C错。随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,则化学能转化为热能,故D正确。
【答案】D
3.50 mL 0.50 mol·L−1盐酸与50 mL 0.55 mol·L−1 NaOH溶液在如图所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”或”无影响”)。
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L−1盐酸跟50 mL 0.55 mol·L−1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量__________(填”相等”或”不相等”),所求中和热__________(填”相等”或”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__________(填”偏大”“偏小”或”无影响”,下同);用50 mL 0.50 mol·L−1 NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会__________。
考向四 能源的开发和利用
典例1 下列说法不正确的是
A.氢能、太阳能、核能均为新能源
B.生物质能的利用主要有直接燃烧、生物化学转换和热化学转换等方式
C.通过煤的气化、液化等物理方法将煤转化为CO、CH4等燃料气体,可以提高煤燃烧的热效率
D.地球上最基本的能源是太阳能,大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用
【解析】A.能源分为传统能源和新能源,煤、石油和天然气为传统能源,而氢能、太阳能和核能为新能源,故A正确;B.生物质能包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等,其利用方式有:直接燃烧、生物化学转化、热化学转化,故B正确;C.煤的气化是用煤做原料来生产水煤气的过程,为化学变化;煤的液化是用煤做原料来生产甲醇的过程,也为化学变化,故C错误;D.地球上的能源归根结底来自于太阳能,而大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用,故D正确。故选C。
【答案】C
4.下列表述正确的是
①开发使用新型清洁能源,减少化石燃料的燃烧,可从根本上防止酸雨的产生
②我国从2 000年起逐渐用二氧化氯取代氯气对饮用水进行消毒,因为二氧化氯杀菌、消毒能力强,持效长
③氧化镁可用来制造耐火砖和坩埚等
④明矾能使水中的悬浮物凝聚,可做为净水剂
⑤建设三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料
⑥给机动车安装尾气净化器,可减少光化学烟雾的发生
A.①④⑤ B.①②④⑤ C.②③④⑥ D.全部
考向五 反应热的相关计算
典例1 已知:Fe2O3(s)+C(s)===CO2(g)+2Fe(s) ΔH=+234.1 kJ·mol-1;
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1。
则2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是
A.-169.4 kJ·mol-1 B.-627.6 kJ·mol-1
C.-744.7 kJ·mol-1 D.-824.4 kJ·mol-1
【解析】将题目所给热化学方程式编号,①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1;②Fe2O3(s)+C(s)===CO2(g)+2Fe(s) ΔH=+234.1 kJ·mol-1,根据盖斯定律①×-②即可以得到2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH=-393.5 kJ·mol-1×-234.1 kJ·mol-1≈-824.4 kJ·mol-1,故D正确。
【答案】D
5.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH2
4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH4
2NH3(g)+3Cl2(g)===N2(g)+6HCl(g) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是
A.ΔH1>0,ΔH2>0 B.ΔH3>0,ΔH4>0
C.ΔH2=ΔH4+ΔH5 D.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
比较反应热大小的四个注意要点
(1)反应物和生成物的状态:
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系:
(2)ΔH的符号:比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)化学计量数:当反应物和生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)正确理解可逆反应的反应热(ΔH),如:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=−92.4 kJ·mol−1中的 92.4 kJ 是1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成 2 mol NH3(g)时放出的热量。
1.某反应由两步反应ABC构成,它的反应能量曲线如图,下列叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.三种化合物中C最稳定
C.A与C的能量差为E4
D.AB的反应,反应条件一定要加热
【答案】B
【详解】
A.A到B能量升高,为吸热反应,B到C能量降低,为放热反应,A错误;
B.能量越低越稳定,A、B、C三者C能量最低,最稳定,B正确;
C.从图上可知,A与C 的能量差为E4-E2-E1,C错误;
D.一个反应是放热还是吸热与是否加热无关,D错误。
答案选B。
2.通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8 kJ·mol-1
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.H2的燃烧热为571.6 kJ·mol-1
【答案】B
【详解】
A.太阳光催化分解水制氢气,是光能转化为化学能,故A错误;
B.根据盖斯定律:由②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol-1,③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol-1反应,③-②得:CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH=74.8 kJ·mol-1,该反应的△H>0为吸热反应,故B正确;
C.催化剂不能改变反应热的大小,只能改变化学反应速率,故C错误;
D.H2的燃烧热指1mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量,由①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol-1反应可知,H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,故D错误;
故答案:C。
3.50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55 mol·L -1INaOH 溶液进行中和反应,通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热,下列说法正确的是( )
A.在测定中和热的实验中,至少需要测定并记录的温度是3次
B.大烧杯上如不盖硬纸板,测得的中和热数值会偏小
C.用相同浓度和体积的氨水代替NaOH 溶液进行上述实验,测得中和热的数值会偏大
D.测定中和热的实验中,环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替,则测量出的中和热ΔH< -57.3 kJ·mol-1
【答案】B
【详解】
A、在测定中和热的实验中,每一组要记录3次温度,而我们实验时至少要做3组,所以至少要记录9次温度,选项A错误;
B、大烧杯上如不盖硬纸板,会有一部分热量散失,求得的中和热数值将会减小,选项B正确;
C、氨水是弱碱,在反应中发生电离,电离是吸热过程,所以用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得中和热的数值会偏小,选项C错误;
D、中和热的实验过程中,环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替,由于Cu是金属材料,导热性强,容易导致热量损失,则测量出的中和热数值偏小,ΔH>-57.3 kJ·mol-1,选项D错误。
答案选B。
4.“一次能源与二次能源”的叙述中正确的是( )
①直接从自然界中取得的能源都是一次能源
②二次能源是由一次能源加工、转换而得到
③太阳能、风能、地热能、氢能等都是一次能源
④煤、石油、天然气等化石能源都是一次能源
⑤电能是一种应用最广、污染最小的二次能源
⑥蒸汽能、机械能、水电、核电等都是二次能源
A.①②③⑤ B.①③④⑥ C.①②④⑤⑥ D.②③④⑤⑥
【答案】C
【详解】
①一次能源,是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能源,①正确;
②由一次能源经过加工、转换而得到的能源称为二级能源,②正确;
③太阳能、风能、地热能为一次能源,氢能是二次能源,③不正确;
④煤、石油、天然气等化石能源都直接来源于自然界,属于一次能源,④正确;
⑤不管是火力发电、水力发电还是太阳能发电,都由能源转化而来,所以属于二次能源,⑤正确;
⑥蒸汽能、机械能、水电、核电等都由一次能源转化而来,称为二次能源,⑥正确;
综合以上分析,①②④⑤⑥正确,故选C。
5.与ICl的反应分①、② 两步进行,其能量曲线如图所示,下列有关说法正确的是
A.反应①、反应② 均大于零
B.该反应的热反应方程式为:
C.反应①比反应② 的速率慢,与相应正反应的活化能无关
D.反应①、反应② 均为氧化还原反应
【答案】D
【详解】
A.由图可知反应、反应均为放热反应,均小于零,故A错误;
B.焓变的单位为,则热反应方程式为:,故B错误;
C.反应的正反应活化能小,反应速率快,故C错误;
D.反应、反应中均有元素的化合价变化,均为氧化还原反应,故D正确;
故选:D。
6.二氧化碳甲烷化对缓解能源危机意义重大,二氧化碳在催化剂的作用下与氢气作用制备甲烷的反应机理如下图所示。下列说法错误的是
A.Ni和是该反应的催化剂
B.的过程为放热过程
C.催化剂不能改变该反应的总体热效应
D.该反应的总反应方程式为
【答案】B
【详解】
A.由图可知该循环中Ni和是该反应的催化剂,故A正确;
B.为断键的过程,该过程为吸热过程,故B错误;
C.催化剂可以降低反应的活化能,但不能改变该反应的总体热效应,故C正确;
D.根据图中信息得到该反应的总反应方程式为,故D正确。
综上所述,答案为B。
7.下列说法正确的是
A.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量更多
B.甲烷的标准燃烧热为890.3 kJ·mol-1 ,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+ 2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.同温同压下,H2(g)+ Cl2(g)=2HCl(g)在光照条件和点燃条件下的ΔH 相同
D.500℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -38.6 kJ·mol- 1
【答案】C
【详解】
A.硫蒸气的能量高于硫固体,则等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,硫蒸气放出热量更多,故A错误;
B.1mol甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出的热量为燃烧热,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+ 2O2(g) =CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,故B错误;
C.反应热的大小与反应条件无关,则同温同压下,H2(g)+ Cl2(g)=2HCl(g)在光照条件和点燃条件下的ΔH 相同,故C正确;
D.合成氨的反应为可逆反应,500℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3的物质的量小于1mol,则生成2mol NH3放出的热量应大于38.6 kJ,故D错误;
故选C。
8.已知;
若使液态酒精完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为(单位为)( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】
将三个已知热化学方程式编号:①,
②,
③,可得液态乙醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式为,利用盖斯定律可知,即得目标反应热化学方程式,故,乙醇的物质的量为,则放出的热量为,故
D正确。
9.为探究NaHCO3、Na2CO3与1mol/L盐酸反应过程中的热效应,实验测得如下数据:
序号
试剂/35 mL
固体
混合前温度/℃
混合后温度/℃
①
水
2.5g (0.030mol) NaHCO3
20.0
18.5
②
水
3.2g (0.030mol) Na2CO3
20.0
24.3
③
盐酸
2.5g NaHCO3
20.0
16.2
④
盐酸
3.2g Na2CO3
20.0
25.1
由此得出的结论错误的是
A.Na2CO3溶液与盐酸的反应是放热反应
B.HCO3-(aq)+H+(aq)=CO2(g)+H2O(1) △H>0
C.含2.5gNaHCO3的饱和溶液(20.0℃)和35mL1mol/L'盐酸(20.0℃)混合后的温度将高于16.2℃
D.含3.2gNa2CO3的饱和溶液(20.0℃)和35mL1mol/L 盐酸(20.0℃)混合后的温度将高于 25. 1℃
【答案】D
【解析】
A.由表中数据可知,3.2gNa2CO3加入盐酸中,包括溶解和反应两个过程,其中溶解使温度升高到24.3℃,最终温度为25.1℃,说明Na2CO3与盐酸的反应是放热反应,故A正确;B.2.5gNaHCO3加入盐酸中,包括溶解和反应两个过程,其中溶解使温度降低到18.5℃,最终温度为16.2℃,说明NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应,故B正确;C.NaHCO3溶于水的过程为吸热过程,20.0℃时,含2.5gNaHCO3的饱和溶液和35mL盐酸混合,与固体相比较,缺少溶解吸热的过程,混合后的温度将高于16.2℃,故C正确;D.20.0℃时,含3.2gNa2CO3的饱和溶液和35mL盐酸混合,由于缺少溶解的过程,则混合后的温度将低于25.1℃,故D错误;故选D。
点睛:本题考查了探究吸热反应与放热反应的方法,正确分析题干数据为解答该题的关键。注意溶解热和反应热的区别。由表中数据可知,NaHCO3溶于水的过程为吸热过程,Na2CO3溶于水的过程为放热过程,NaHCO3与盐酸的反应后温度降低,说明该反应是吸热反应;Na2CO3与盐酸的反应后温度升高,说明该反应是放热反应。
10.热化学方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3kJ热量
B.1mol碳和1mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3kJ热量
C.1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气,并吸收131.3kJ热量
D.1个固态碳原子和1个水蒸气分子反应吸收131.3kJ热量
【答案】C
【分析】
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示1 mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1mol氢气,并吸收131.3 kJ热量。
【详解】
A.反应热与物质的聚集状态及物质的量有关,物质状态不同、物质的量不同,反应热不同,选项A错误;
B.反应热量变化需要说明物质的聚集状态,物质状态不同,反应能量变化不同,选项B错误;
C.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气并吸收131.3kJ热量,选项C正确;
D.热化学方程式的化学计量数只表示物质的量,不表示分子个数,选项D错误;
答案选C。
11.研究表明,地球上的碳循环,光合作用是必不可少的(如下图所示)。下列叙述正确的是
A.石油与煤是可再生能源
B.CO2是煤、石油形成淀粉、纤维素等的催化剂
C.光合作用将太阳能转化为化学能
D.图中所出现的物质中淀粉与纤维素为同分异构体
【答案】C
【详解】
A. 石油与煤是化石燃料,属于不可再生资源,A项错误;
B. 煤、石油燃烧会生成二氧化碳,生成的二氧化碳参与光合作用形成淀粉与纤维素等,因此二氧化碳不是催化剂,而是该过程的中间产物,B项错误;
C. 光合作用是绿色植物在叶绿体内吸收太阳光把二氧化碳和水合成葡萄糖,同时放出氧气,将太阳能转化为化学能,C项正确;
D. 图中所出现的物质中淀粉与纤维素分子式中的n值不同,因此不属于同分异构体,D项错误;
答案选C。
12.下列说法正确的是
A.氢气的燃烧热为285 . 5KJ/mol ,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g) △H=+285.5kJ/mol
B.已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) △H= -57.3 kJ/mol,则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热△H=2 ×(-57.3) kJ/mol
C.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C,该反应中化学能全都转化为热能
D.已知AX3的熔点和沸点分别为一93 .6℃和76℃, AX5的熔点为167℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 KJ/mol。该反应的热化学方程式为AX3(l)+ X2(g)= AX5(s) △H= 一123.8 kJ/mol
【答案】D
【解析】
A.氢气燃烧热是放热反应,焓变为负值,水电解过程是吸热反应,2mol水电解反应吸收热量为571.0kJ,故A错误;
B.中和热是指稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1molH2O所放出的热量,生成2molH2O所放出的热量为2×57.3kJ,但生成硫酸钡沉淀的反应还要放出热量,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热小于2×(-57.3)kJ/mol,故B错误;
C.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C,该反应中化学能部分转化为热能,部分转化为光能等,故C错误;
D.因为AX3的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃,室温时,AX3为液态,AX5为固态,生成1mol AX5,放出热量123.8kJ,该反应的热化学方程为:AX3(l)+X2(g)=AX5(s)△H=-123.8kJ/mol,故D正确;
故选D。
13.下列对定量实验误差的分析正确的是
A.中和热测定实验中,缓慢地将NaOH溶液倒入盐酸中——测定结果无影响
B.配制90 mL 1.0 mol·L-1 NaOH溶液,称取3.6 g NaOH固体配制——溶液浓度偏低
C.酸碱中和滴定,盛标准液的滴定管滴定前尖嘴无气泡而滴定后有气泡——测定结果偏高
D.测定溶液pH的实验中,用干燥pH试纸测定新制氯水的pH——测定结果无影响
【答案】B
【解析】
A项,在中和热测定实验中,应快速将NaOH溶液倒入测定装置,缓慢倒入会使部分热量散失,测定得出的反应热偏低,故A项错误;
B项,用100mL容量瓶来配制,则需要m(NaOH)=0.1L×1.0mol/L×40g/mol=4.0g,用3.6g NaOH固体配制会使溶液浓度偏低,故B项正确;
C项,酸碱滴定实验,滴定前无气泡而滴定后有气泡,会使测定的消耗标准溶液体积偏小,导致测定结果偏低,故C项错误;
D项,新制氯水具有强氧化性,能将pH试纸漂白,对测定结果有影响,故D项错误。
综上所述,本题正确答案为B。
14.已知A(g)+C(g)===D(g);ΔH=-Q1kJ/mol,B(g)+C(g)===E(g);ΔH=-Q2kJ/mol,Q1、Q2均大于0,且Q1>Q2,若A与B组成的混合气体 1mol与足量的C反应,放热为Q3kJ,则原混合气体中A与B物质的量之比为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】
A.1molA与C完全反应放出热量为Q1 kJ,1molB与C完全反应放出热量为Q2kJ ,设混合气体中A的物质的量为x,B的物质的量为y,则①x+y=1mol,再根据放出的热量可以知道:②xQ1+yQ2=Q3,根据①和②计算得出:x=mol、y=mol,则A和B的物质的量之比为::=:(), A. 符合题意; B. 不符合题意;C. 不符合题意;D. 不符合题意;答案:A。
二、填空题
15. (1)用的盐酸与的溶液在如下图所示的装置中进行中和反应,通过测定反应过程中放出的热量可计算中和反应反应热。回答下列问题:
①若将杯盖改为薄铁板,求得的反应热将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
②若通过测定计算出产生的热量为,请写出该反应的热化学方程式:________。
(2)①已知:
则与反应生成和的热化学方程式为________。
②一定条件下,在水溶液中所含离子、、、、各,其相对能量的大小如下图所示(各离子在图中用氯元素的相应化合价表示),则反应的________。
【答案】偏大 -117
【分析】
(1)中和热是强酸、强碱完全反应生成1mol水放出的热量,测定中和热要防止热量损失;
(2)①根据盖斯定律书写与反应生成和的热化学方程式;
②焓变=生成物总能量-反应物总能量;
【详解】
(1)①若改为薄铁板,则有热量散失,测得的反应热偏大;
②该反应中的溶液与的盐酸反应,氢氧化钠过量,反应生成,放出的热量为,那么生成时放出的热量,该反应的热化学方程式是;
(2)① ㈠
㈡
根据盖斯定律,㈠×2-㈡得 ;
②由图象可知的相对能量为,的相对能量为,的相对能量为,焓变=生成物总能量-反应物总能量,该反应的。
16.已知一些烷烃的燃烧热如下表:
化合物
燃烧热/kJ·mol−1
化合物
燃烧热/kJ·mol−1
甲烷
891.0
正丁烷
2 878.0
乙烷
1 560.8
异丁烷
2 869.6
丙烷
2 221.5
异戊烷
3 531.3
(1)热稳定性:正丁烷________(填“>”或“<”)异丁烷。
(2)写出表示乙烷燃烧热的热化学方程式_____________________________________。
(3)相同物质的量的烷烃,碳原子数越多,燃烧放出的热量越_______(填“多”或“少”)。
(4)有同学估计“正戊烷的燃烧热大约在3 540 kJ·mol−1左右”,你认为正确吗?______。理由是_______________________________________。
【答案】< C2H6(g)+7/2O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=−1 560.8 kJ·mol−1 多 正确 正丁烷的燃烧热比异丁烷的略大,所以正戊烷的燃烧热亦应略大于异戊烷
【详解】
(1)由表格中的数据可知,异丁烷的燃烧热比正丁烷的燃烧热小,则异丁烷的能量低,能量越低越稳定,即热稳定性为正丁烷<异丁烷;
(2)根据乙烷燃烧热的含义:完全燃烧1mol乙烷生成二氧化碳和液态水时会放出1560.8 kJ的热量,所以热化学方程式为C2H6(g)+7/2O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=−1 560.8 kJ·mol−1;
(3)根据表中数据可知相同物质的量的烷烃,碳原子数越多,燃烧放出的热量越多。
(4)由表中正丁烷、异丁烷的燃烧热比较可知,互为同分异构体的化合物,支链多的燃烧热小,正戊烷和2-甲基丁烷互为同分异构体,由于正丁烷的燃烧热比异丁烷的略大,所以正戊烷的燃烧热亦应略大于异戊烷,即正戊烷的燃烧热大约在3540 kJ/mol左右。
17.请参考题中图表,已知E1=134 kJ·mol-1、E2=368 kJ·mol-1,根据要求回答问题:
(1)图Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是________。请写出NO2和CO反应的热化学方程式:________________________________。
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+1/2 O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1
又知③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1,则甲醇蒸汽燃烧为液态水的热化学方程式为______________________。
(3)如表所示是部分化学键的键能参数:
化学键
P—P
P—O
O===O
P===O
键能/kJ·mol-1
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为d kJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示,则表中x=________kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代表数式表示)。
【答案】减小 不变 NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)△H=-234 kJ/mol CH3OH(g)+1.5O2(g)=CO2(g)+2H2O △H=-764.7 kJ/mol (6a+5c+d-12b)/4
【分析】
本题考查反应热和焓变,热化学方程式的书写,用盖斯定律进行有关反应热的计算等知识。注意盖斯定律的应用和物质聚集状态的标注。另外特别注意分析白磷和P4O10的分子结构,准确判断共价键的数目。
【详解】
(1)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小;催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差,即催化剂对反应热无影响,所以反应热ΔH不变;,由图可知,1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO放出热量368-134=234kJ,反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)= CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1 。
(2)①CH3OH(g)+H2O(g)==CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1、②CH3OH(g)+O2(g)== CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1、③H2O(g)==H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1,根据盖斯定律计算(②×3-①×2+③×2)× 得到 CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7 kJ·mol-1 。
(3)白磷燃烧的方程式为P4+5O2=P4O10,1mol白磷完全燃烧需拆开6mol P-P、5mol O=O,形成12molP-O、4mol P=O,所以12mol×bkJ/mol+4mol×xkJ/mol-(6mol×a kJ/mol+5 mol×c kJ/mol)=dkJ/mol,x= (d+6a+5c-12b)kJ·mol-1。
浙江真题题组
1.(2020年7月浙江选考).关于下列的判断正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
碳酸氢根的电离属于吸热过程,则CO(aq)+H+(aq)=HCO(aq)为放热反应,所以△H1<0;
CO(aq)+H2O(l)HCO(aq)+OHˉ(aq)为碳酸根的水解离子方程式,CO的水解反应为吸热反应,所以△H2>0;
OHˉ(aq)+H+(aq)=H2O(l)表示强酸和强碱的中和反应,为放热反应,所以△H3<0;
醋酸与强碱的中和反应为放热反应,所以△H4<0;
但由于醋酸是弱酸,电离过程中会吸收部分热量,所以醋酸与强碱反应过程放出的热量小于强酸和强碱反应放出的热量,则△H4>△H3;
综上所述,只有△H1<△H2正确,故答案为B。
2.[2021·4月浙江选考]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32−(g) M2+(g)+O2−(g)+CO2(g)
已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
【答案】C
【解析】根据盖斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,又易知Ca2+半径大于Mg2+半径,所以CaCO3的离子键强度弱于MgCO3,CaO的离子键强度弱于MgO。
A.ΔH1表示断裂CO32−和M2+的离子键所吸收的能量,离子键强度越大,吸收的能量越大,因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,A项正确;
B.ΔH2表示断裂CO32−中共价键形成O2−和CO2吸收的能量,与M2+无关,因而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B项正确;
C.由上可知ΔH1(CaCO3)−ΔH1(MgCO3)<0,而ΔH3表示形成MO离子键所放出的能量,ΔH3为负值,CaO的离子键强度弱于MgO,因而ΔH3(CaO)>ΔH3(MgO),ΔH3(CaO)−ΔH3(MgO)>0,C项错误;
D.由上分析可知ΔH1+ΔH2>0,ΔH3<0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,D项正确。故答案选C。
3.[2018·11月浙江选考]已知:
下列说法正确的是
A.∆H1<0,∆H2<0,∆H3<∆H4 B.6∆H1+∆H2+∆H3−∆H4=0
C.−6∆H1+∆H2+∆H3−∆H4=0 D.−6∆H1+∆H2−∆H3+∆H4=0
【答案】B
【解析】物质由气态转化为液态(液化)需要放热,物质由固态转化为气态需要吸热,比较反应3和反应4中 C6H12O6(s)→ C6H12O6(g)为吸热过程,6H2O(g)→ 6 H2O(l)为放热过程,所以反应4放出更多能量,△H更小,故△H3>△H4,选项A错误;由盖斯定律知,反应1的6倍与反应2与反应3的和可以得到反应4,即6△H1+△H2+△H3=△H4,经数学变形,可以得到6△H1+△H2+△H3-△H4=0,选项B正确;选项C、D均错误。答案选B。
【点睛】本题考查热化学方程式的书写,难度不大,注意书写燃烧热的热化学方程式时可燃物一定是1 mol,即可燃物的计量系数一定是1。
4.[2018·4月浙江选考]氢卤酸的能量关系如图所示下列说法正确的是
A.已知HF气体溶于水放热,则HF的△H1<0
B.相同条件下,HCl的△H2比HBr的小
C.相同条件下,HCl的△H3+△H4比HI的大
D.一定条件下,气态原子生成1molH−X键放出akJ能量,则该条件下△H2=+akJ/mol
【答案】D
【解析】A.△H1代表的是HX气体从溶液中逸出的过程,因为HF气体溶于水放热,则HF气体溶于水的逆过程吸热,即HF的△H1>0,故A错误;B.由于HCl比HBr稳定,所以相同条件下HCl的△H2比HBr的大,故B错误;C.△H3+△H4代表H(g)→H(aq)的焓变,与是HCl的还是HI的无关,故C错误;D.一定条件下,气态原子生成1molH−X键放出aKJ能量,则断开1molH−X键形成气态原子吸收aKJ的能量,即为△H2=+akJ/mol,故D正确;故选D。
5.[2021·11月浙江选考]下列不属于化石燃料的是
A.煤 B.石油 C.天然气 D.甲醇
【答案】D
【解析】煤、石油和天然气是三大化石燃料,乙醇不属于化石燃料,属于可再生能源。故选D。
6.[2021·11月浙江选考]根据Ca(OH)2/CaO 体系的能量循环图:
下列说法正确的是
A.ΔH5>0 B.ΔH1+ΔH2=0
C.ΔH3=ΔH4+ΔH5 D.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=0
【答案】D
【解析】A.水由510℃的气态变为25℃的液态,放热,△H5<0,故A错误;B.由图可知,有关△H1与△H2的反应进行时,反应物与生成物的温度不同,所以△H1+△H2≠0,故B错误;C.由图可知,△H3>0,△H4<0,△H5<0,所以△H3≠△H4+△H5,故C错误;D.根据能量守恒定律,ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=0,故D正确;故选D。
7.[2021·4月浙江选考]下列物质放入水中,会显著放热的是
A.食盐 B.蔗糖 C.酒精 D.生石灰
【答案】D
【解析】生石灰CaO溶于水,生成Ca(OH)2并会放出大量的热。
8.[2021·4月浙江选考]已知断裂1 mol H2(g)中的H—H键需要吸收436.4 kJ的能量,断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量,生成H2O(g)中的1 mol H—O键能放出462.8 kJ的能量。下列说法正确的是
A.断裂1 mol H2O中的化学键需要吸收925.6 kJ的能量
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-480.4 kJ·mol-1
C.2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=471.6 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-240.2 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】本题易错选A。1 mol H2O中2 mol H—O,断裂1 mol H2O(g)吸收热量为2×462.8 kJ,A选项未说明H2O状态,故不正确;C、D中都为H2O(l),根据题意,错误;经计算B方程式中ΔH=2×436.4 kJ·mol-1+498-4×462.8 kJ·mol-1=-480.4 (kJ·mol-1),故正确。
9.[2021·10月浙江选考]下列属于可再生能源的是
A.氢能 B.石油
C.煤 D.天然气
【答案】A
【解析】氢气燃烧的产物水在一定条件下可以分解生成氢气,属于可再生能源,A正确;石油、煤和天然气是化石燃料,不能再生。
10.[2021·10月浙江选考]根据能量变化示意图,下列热化学方程式正确的是
A.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-(b-a) kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
C.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g) ΔH=2(a+b-c) kJ·mol-1
D.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g) ΔH=2(b+c-a) kJ·mol-1
【答案】D
【解析】图示说明0.5 mol N2(g)与1.5 mol H2(g)完全反应生成1 mol NH3(g)时放出(b-a) kJ热量,若生成1 mol NH3(l)放出(b+c-a) kJ热量。A项,表示1 mol N2参加反应,错误;B项,一是表示1 mol N2参加反应,二是反应放热,ΔH<0,错误;C项,ΔH计算错误。
11.(2020年7月浙江选考).溶液与锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为,反应后最高温度为。
已知:反应前后,溶液的比热容均近似为、溶液的密度均近似为,忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算:
(1)反应放出的热量_____J。
(2)反应的______(列式计算)。
【答案】
(1)100mL 0.200mol/L CuSO4溶液与1.95g锌粉发生反应的化学方程式为:CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu,忽略溶液体积、质量变化可知,溶液的质量m==1.00g/cm3×100mL(cm3)=100g,忽略金属吸收的热量可知,反应放出的热量Q=cm=4.18×100g×(30.1-20.1)= 4.18×103J,故答案为:4.18×103;
(2)上述反应中硫酸铜的物质的量n(CuSO4)= 0.200mol/L×0.100L=0.020mol,锌粉的物质的量n(Zn)==0.030mol,由此可知,锌粉过量。根据题干与第(1)问可知,转化0.020mol硫酸铜所放出的热量为4.18×103J,又因为该反应中焓变代表反应1mol硫酸铜参加反应放出的热量,单位为kJ/mol,则可列出计算式为:,故答案为:(答案符合要求且合理即可)。
全国真题题组
1. (2020年北京卷).依据图示关系,下列说法不正确的是
A.石墨燃烧是放热反应
B.1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
【答案】C
【解析】
A.所有的燃烧都是放热反应,根据图示,C(石墨)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,ΔH1<0,则石墨燃烧是放热反应,故A正确;
B.根据图示,C(石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ/mol,根据反应可知都是放热反应,1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,1molC(石墨)放热多,故B正确;
C.根据B项分析,①C(石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ/mol,根据盖斯定律①-②x2可得:C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,故C错误;
D.根据盖斯定律可知,化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故D正确;
答案选C。
2. (2020年天津卷).理论研究表明,在101kPa和298K下,异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是
A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的
C.正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.使用催化剂,可以改变反应的反应热
【答案】D
【解析】
A.根据图中信息得到HCN能量比HNC能量低,再根据能量越低越稳定,因此HCN比HNC稳定,故A正确;
B.根据焓变等于生成物总能量减去反应物总能量,因此该异构化反应的,故B正确;
C.根据图中信息得出该反应是吸热反应,因此正反应的活化能大于逆反应的活化能,故C正确;
D.使用催化剂,不能改变反应的反应热,只改变反应路径,反应热只与反应物和生成物的总能量有关,故D错误。
综上所述,答案为D。
3.[2021江苏]氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−4OH−
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:
ΔH=反应中形成新共价键的键能之和−反应中断裂旧共价键的键能之和
【答案】A
【解析】A.体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向,该反应属于混乱度减小的反应,能自发说明该反应为放热反应,即∆H<0,故A正确;
B.氢氧燃料电池,氢气作负极,失电子发生氧化反应,中性条件的电极反应式为:2H2 − 4e− =4H+,故B错误;
C.常温常压下,Vm≠22.L/mol,无法根据气体体积进行微粒数目的计算,故C错误;
D.反应中,应该如下估算:∆H=反应中断裂旧化学键的键能之和−反应中形成新共价键的键能之和,故D错误;故选A。
4.[2018海南]炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是
A.每活化一个氧分子吸收0.29eV能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C.氧分子的活化是O-O的断裂与C-O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂
【答案】CD
【解析】A.由图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此是放出能量,故A不符合题意;
B.由图可知,水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18eV,故B不符合题意;
C.由图可知,氧分子的活化是O-O的断裂与C-O键的生成过程,故C符合题意;
D.活化氧可以快速氧化SO2,而炭黑颗粒可以活化氧分子,因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂,故D符合题意;故答案为CD。
5.[2018北京]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C―H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C―C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
【答案】D
【解析】A项,根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH,总反应为CH4+CO2CH3COOH,只有CH3COOH一种生成物,原子利用率为100%,A项正确;B项,CH4选择性活化变为①过程中,有1个C—H键发生断裂,B项正确;C项,根据图示,①的总能量高于②的总能量,①→②放出能量,对比①和②,①→②形成C—C键,C项正确;D项,催化剂只影响化学反应速率,不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误;答案选D。
点睛:本题考查原子利用率、化学反应的实质、化学反应中的能量变化、催化剂对化学反应的影响,解题的关键是准确分析示意图中的信息。注意催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,催化剂不能改变ΔH、不能使化学平衡发生移动。
6.[2021江苏]通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确的是
①C(s) + H2O(g)CO(g) + H2 (g) ΔH1 = a kJ·mol−1
②CO(g) + H2O(g)CO2 (g) + H2 (g) ΔH 2 = b kJ·mol−1
③CO2 (g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH 3 = c kJ·mol−1
④2CH3OH(g)CH3OCH3 (g) + H2O(g) ΔH 4 = d kJ·mol−1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)CH3OCH3 (g) +H2O(l)的ΔH =kJ·mol−1
D.反应 2CO(g) + 4H2 (g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)的ΔH = ( 2b + 2c + d ) kJ·mol−1
【答案】C
【解析】A.反应①、②的生成物CO2和H2是反应③的反应物,A正确;B.反应③可将二氧化碳转化为甲醇,变废为宝,B正确;C.4个反应中,水全是气态,没有给出水由气态变为液态的焓变,所以C错误;D.把反应②③④三个反应按(②+③)×2+④可得该反应及对应的焓变,D正确。
【名师点睛】本题以合成新能源二甲醚为背景,考查学生对简单化工流程的反应原理、能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律的运用等知识的掌握和理解程度,同时关注了节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新能源等社会热点问题。
7.[2021江苏]通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+ O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol–1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+ H2O(g)CO(g)+ H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol–1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol–1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8 kJ·mol–1
【答案】D
【解析】A、①中太阳能转化为化学能,A错误;B、②中ΔH2131.3 kJ·mol–1>0,反应为吸热反应,B错误;C、使用催化剂能改变反应的活化能,从而改变反应速率,但不能改变化学反应的焓变,C错误;D、根据盖斯定律:③-②即可得反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=206.1 kJ·mol–1-131.3 kJ·mol–1=74.8 kJ·mol–1,D正确。答案选D。
【名师点睛】应用盖斯定律进行反应热的简单计算的关键在于设计反应过程,同时还需要注意:①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。答题时注意灵活应用。
8.[2021海南]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.由反应的ΔH=E5−E2 B.由反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率 D.升高温度有利于提高Z的产率
【答案】BC
【解析】A.根据化学反应的实质,由反应的ΔH=E3−E2,A项错误;B.由图象可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即由反应的ΔH<0,B项正确;C.根据化学反应2X(g)3Y(g),该反应是气体分子数增加的可逆反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,C项正确;D.由B分析可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,D项错误;答案选BC。
【名师点睛】对于化学图象问题,可按以下的方法进行分析: ①认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与化学反应原理挂钩。②紧扣反应特征,搞清反应方向是吸热还是放热,体积增大还是减小,有无固体、纯液体物质参加反应。③看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势等等。本题考查化学反应与能量变化,主要结合物质反应与能量变化图,考查学生对化学反应热的理解。对于AB两项判断反应是放热反应还是吸热反应,可以从三个角度判断:一是比较反应物和生成物的总能量相对大小,生成物总能量比反应物总能量高的反应是吸热反应;二是比较反应物和生成物的总键能;三是从常见的反应分类去判断。
9.[2021海南]油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g) 57CO2(g)+52H2O(l)已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为
A.3.8×104 kJ·mol−1 B.-3.8×104 kJ·mol−1
C.3.4×104 kJ·mol−1 D.-3.4×104 kJ·mol−1
【答案】D
【解析】燃烧热指的是燃烧1 mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。燃烧1 kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104 kJ,则燃烧1 mol油酸甘油酯释放出热量为3.4×104 kJ,则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH=-3.4× 104 kJ·mol−1。
【名师点睛】将化学反应中的物质变化和能量变化综合起来考查将成为一种热门的题型,同时注意到由于能源日益匮乏,因此有关燃烧热、中和热、盖斯定律等问题必将成为今后命题的重点。新课程背景下的高考热化学方程式试题大多是一些思路型题型,题目变化较多,但思路变化却较少,主干知识依然是重点考查的内容。此类试题比较贴近当前的教学实际,虽然形式上有各种各样的变化,但只要学会了基础题型的解题思路和应对策略,缜密分析、逐层递解,再经过一些变化演绎,就可以准确解答相关题型。此外,通过此类题型的解题策略探究还有利于培养学生科学素养、创新精神和灵活运用所学知识综合解决实际问题的能力。
10.[2018新课标Ⅲ卷]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式__________。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol−1
3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=−30 kJ·mol−1
则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJ·mol−1。
【答案】(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl
(2)114
【解析】(1)根据题目表述,三氯氢硅和水蒸气反应得到(HSiO)2O,方程式为:2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。
(2)将第一个方程式扩大3倍,再与第二个方程式相加就可以得到第三个反应的焓变,所以焓变为48×3+(-30)=114kJ·mol−1。
11.[2018北京卷] 近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式:________________。
【答案】(1)3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1
【解析】(1)根据过程,反应II为SO2催化歧化生成H2SO4和S,反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S。应用盖斯定律,反应I+反应III得,2H2SO4(l)+S(s)=3SO2(g)+2H2O(g)ΔH=ΔH1+ΔH3=(+551kJ/mol)+(−297kJ/mol)=+254kJ/mol,反应II的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)ΔH=−254 kJ/mol。
12.[2018江苏卷] NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下:
2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·mol−1
3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol−1
反应3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·mol−1。
【答案】(1)−136.2
【解析】(1)将两个热化学方程式编号,
2NO2(g)+H2O(l)=HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·mol−1(①式)
3HNO2(aq)=HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol−1(②式)
应用盖斯定律,将(①式×3+②式)÷2得,反应3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g)ΔH=[(−116.1 kJ·mol−1)×3+75.9 kJ·mol−1]÷2=−136.2kJ·mol−1。
一、焓变与反应热
1.化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化:物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒:质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式:热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。
2.反应热(焓变)
(1)定义:在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量来描述,叫作反应热,又称为焓变。
(2)符号:ΔH。
(3)单位:kJ/mol。
(4)规定:放热反应的ΔH为“−”,吸热反应的ΔH为“+”。
注意:(1)任何化学反应都伴随着能量的变化,不存在不发生能量变化的化学反应。
(2)反应热的单位是kJ/mol,热量的单位是kJ,不能混淆。
(3)比较反应热大小时,应带“+”、“−”一起比较。
反应热的理解
1.从微观的角度说,反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形成放出的热量的差值,图中a表示旧化学键断裂吸收的热量;b表示新化学键形成放出的热量;c表示反应热。
2.从宏观的角度说,反应热是生成物的总能量与反应物的总能量的差值,图中a表示活化能,b表示活化分子结合成生成物所释放的能量,c表示反应热。
3.吸热反应和放热反应
化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应,把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
类型比较
放热反应
吸热反应
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
形成原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键的关系
生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量
生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
表示方法
ΔH<0
ΔH>0
联系
ΔH=ΔH(生成物)−ΔH(反应物),键能越大,物质能量越低,越稳定;键能越小,物质能量越高,越不稳定
常见反应类型
(1)所有的燃烧反应;
(2)酸碱中和反应;
(3)金属与酸或水的反应;
(4)原电池反应;
(5)少数分解反应(如TNT爆炸);
(6)大多数化合反应;
(7)电石制乙炔的反应
(1)大多数分解反应;
(2)少数化合反应,如C与CO2、C与水蒸气的反应;
(3)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;
(4)盐的水解、弱电解质的电离
4.吸热反应与放热反应的判断
化学反应过程中释放或吸收的能量,都可以用热量(或换算成热量)来表述。通常把释放热量的化学反应称为放热反应,把吸收热量的化学反应称为吸热反应。
(1)理论分析判断法
ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。当ΔH>0时,反应吸热;当ΔH<0时,反应放热。
ΔH=反应物的键能之和−生成物的键能之和。当生成物分子成键释放的总能量>反应物分子断键吸收的总能量时,该反应表现为放热反应,即ΔH<0;当生成物分子成键释放的总能量<反应物分子断键吸收的总能量时,该反应表现为吸热反应,即ΔH>0。
(2)规律判断法
常见的吸热反应:①大多数分解反应;②以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应,如C+H2O(g)CO+H2;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应。
常见的放热反应:①金属与水或酸的反应;②酸碱中和反应;③大多数化合反应;④燃烧反应;⑤铝热反应;⑥营养物质在生物体内的氧化反应。
(3)图象判断法
当反应物的总能量高于生成物的总能量时,为放热反应;当反应物的总能量低于生成物的总能量时,为吸热反应。
(4)反应条件判断法
反应开始需要加热,而停止加热后,反应亦可继续进行,则为放热反应;若反应需要持续不断地加热才能进行,则可能为吸热反应也可能为放热反应。
(1)反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应。有些吸热反应不但反应开始时需要加热,反应发生过程中仍需不断加热才能使反应继续进行下去;有的放热反应在反应开始时也需要加热,反应发生后会放出一定的热量,如果放出的热量可使反应维持下去,则反应过程中不需要再加热,否则也必须不断加热才能使反应继续进行下去。
(2)常温下就能进行的反应不一定都是放热反应,如氢氧化钡和氯化铵的反应。
(3)任何化学反应都伴随着能量变化,但能量变化不一定都表现为热量变化,还可能以声、光、电等形式表现出来。
(4)放出热量(或吸收热量)的物质变化过程不一定是放热反应(或吸热反应),如水蒸气冷凝为水放热,干冰升华吸热,它们不是放热反应或吸热反应,而是物理变化过程。
5.反应热大小的比较
1.同一反应的比较
(1)反应物状态不同
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1<0 S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2<0
因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多,反应放出的热量就多,ΔH1<ΔH2。
(2)生成物状态不同
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1<0 H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2<0
因为等量产物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多,反应放出的热量少,所以ΔH1>ΔH2。(3)化学计量数不同
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH1<0 2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) ΔH2<0
有2ΔH1=ΔH2且ΔH1>ΔH2。
2.不同反应的比较
(1)根据反应物的本性比较
等物质的量的不同物质与同一物质反应时,越活泼,放热越多。
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1<0 H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH2<0
因Cl2比Br2活泼,故ΔH1<ΔH2。
(2)反应程度不同
C(g)+O2(g)CO2(g) ΔH1<0 C(g)+O2(g)CO(g) ΔH2<0
第一个反应程度大,放热多,因此ΔH1<ΔH2。
注意:比较反应热时,要将其数值和前面的符号“+”“−”看作一个整体进行比较,不能只比较数值的大小。
(1)若为放热反应,则有ΔH<0,反应放出的热量越多,ΔH的值越小。
(2)若为吸热反应,则有ΔH>0,反应吸收的热量越多,ΔH的值越大。
(3)对于不同的吸热、放热反应,吸热反应的ΔH大于放热反应的ΔH。
二、热化学方程式
1.定义
表示参加反应的物质的物质的量和反应热关系的化学方程式。
2.意义
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。如H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=−241.8 kJ·mol−1表示的意义为1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)时放出241.8 kJ的热量。
3.热化学方程式的书写与判断
(1)热化学方程式的书写步骤
步骤1 写方程——写出配平的化学方程式;
步骤2 标状态——用“s”、“l”、“g”、“aq”标明物质的聚集状态;
步骤3 标条件——标明反应物的温度和压强(101 kPa、25 ℃时可不标注);
步骤4 标ΔH——在方程式后写出ΔH,并根据信息注明ΔH的“+”或“−”;
步骤5 标数值——根据化学计量数计算写出ΔH的数值及单位。ΔH的单位一般为kJ·mol−1。
(2)热化学方程式的判断
①检查是否标明聚集状态。
②检查ΔH的“+”“−”是否与吸热、放热一致。
③反应热ΔH的单位是否为“kJ·mol−1”。
④检查ΔH的数值是否与反应物或生成物的物质的量一致。
⑤表示燃烧热的热化学方程式,还要注意是否生成了稳定的氧化物。
书写热化学方程式的注意事项
(1)注意测定的条件:需注明反应热测定的温度和压强,如不注明条件,即指25℃,1.01×105 Pa。
(2)注意ΔH的标注:化学方程式的右边必须写上ΔH,若为吸热反应,ΔH为“+”,若为放热反应,ΔH为“−”,单位一般为kJ/mol或kJ·mol−1;根据焓的性质,若化学方程式中各物质的系数加倍,则ΔH的数值也加倍;若反应逆向进行,则ΔH改变符号,但绝对值不变。
(3)注意物质的聚集状态:反应热的数值和符号与反应物和生成物的聚集状态有关,因此必须注明物质的聚集状态(s、l、g、aq)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不需要标出“↑”和“↓”。
(4)注意化学计量数:热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量,可为整数或分数;而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。
(5)注意ΔH单位的意义:热化学方程式中,ΔH的单位为kJ·mol−1。这里的“mol−1”不表示具体物质,而是表示“1 mol反应”或“1 mol反应进度”,指“1 mol特定的反应组合”。如“H2(g)+O2(g)H2O(1) ΔH=−285. 8 kJ·mol−1”,“1 mol反应”指“1 mol H2(g)与 mol O2(g)生成1 mol H2O(l)”这一特定反应组合。
(6)注意可逆反应ΔH的意义:不论化学反应是否可逆,热化学方程式中的ΔH都表示反应进行到底时的能量变化。
4.化学方程式与热化学方程式的比较
化学方程式
热化学方程式
化学计量数
整数,既可以表示微粒个数,又可以表示物质的量
既可以是整数也可以是分数,只表示该物质的物质的量
物质状态
不要求注明
必须在化学式后注明
正负号及单位
无
必须注明
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅表明化学反应中的物质变化,还表明了化学反应中的能量变化
遵循规律
质量守恒
质量守恒和能量守恒
三、燃烧热和中和热
1.燃烧热
(1)概念:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ·mol−1表示。
燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等,其中的“完全燃烧”,是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。
(2)表示的意义:例如C的燃烧热为393.5 kJ·mol−1,表示在101 kPa时,1 mol C完全燃烧放出393.5 kJ的热量。
(3)书写热化学方程式:燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如:
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=−5 518 kJ·mol−1,即C8H18的燃烧热为5 518 kJ·mol−1。
(4)燃烧热的计算:可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放=n(可燃物)×ΔH
式中:Q放为可燃物燃烧反应放出的热量;n为可燃物的物质的量;ΔH为可燃物的燃烧热。
2.中和热
(1)概念:在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态H2O时的反应热叫中和热。
(2)注意几个限定词:
①稀溶液;
②产物是1 mol液态H2O;
③用离子方程式可表示为OH−(aq)+H+(aq)H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1。
3.燃烧热与中和热的异同
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH
ΔH<0,单位:kJ·mol−1
不同点
反应物的量
1 mol(O2不限量)
不限量
生成物的量
不限量
H2O(l)是1 mol
反应热的含义
1 mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量;不同的可燃物,其燃烧热一般不同
在稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应,生成1 mol H2O(l)和可溶性盐时放出的热量;不同的反应物中和热大致相同,均约为57.3 kJ·mol−1
表示方法
燃烧热为akJ·mol−1或ΔH=−a kJ·mol−1
酸与碱反应的中和热为57.3 kJ·mol-1或ΔH =−57.3 kJ·mol−1
热化学方程式的书写
以燃烧1 mol可燃物为标准配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)
以生成1 mol水为标准来配平其余物质的化学计量数(常用分数表示)
备注
必须生成稳定的氧化物,如C燃烧应生成CO2而不是CO,H2燃烧应生成液态水而非气态水
①弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱),因电离吸热,放出的热量减小,中和热增大;②若用浓硫酸(或NaOH固体),放出热量增多,中和热减小
四、中和热的实验测定
实验原理
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热叫中和热。
H+(aq)+OH−(aq)H2O(l) ΔH=−57.3 kJ·mol−1
实验装置
注意事项:
a.泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温隔热,减少实验过程中的热量损失。
b.为保证酸完全中和,采取的措施是碱稍过量。
实验说明
(1)中和热的测定实验中,NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保HCl反应完全。若采用的酸、碱浓度相等,可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。
(2)中和热的计算公式
ΔH=− kJ/mol
(3)实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱),因弱酸(或弱碱)电离出H+(或OH−)需要吸收热量,故测定的中和热的数值偏小;若用浓硫酸与强碱反应测定中和热,因浓硫酸稀释要放热,故测定的中和热的数值偏大。
误差分析
(1)分析的依据
看实验中有哪些因素能造成(t终−t始)出现误差。若(t终−t始)偏大,则|ΔH|偏大;若(t终−t始)偏小,则|ΔH|偏小。
(2)误差分析实例
50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液反应的误差分析:
引起误差的实验操作
t终−t始
|ΔH|
保温措施不好
偏小
偏小
搅拌不充分
偏小
偏小
所用酸、碱浓度过大
偏大
偏大
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
偏小
偏小
用同浓度的醋酸代替盐酸
偏小
偏小
用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液
偏小
偏小
五、能源
1.概念 能提供能量的自然资源。
2.发展阶段 柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。
3.分类
(1)化石燃料
①种类:煤、石油、天然气。
②特点:蕴藏量有限,且不能再生。
(2)太阳能、生物质能和氢能的利用
1)太阳能的利用
①直接利用:太阳能以光和热的形式传送到地面,人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。
②植物的光合作用:在太阳光的作用下,绿色植物把光能转化为化学能。
③间接利用
a.人类所需的能源大多来自于石油、天然气、煤,它们所蕴藏的能量就是远古生物吸收的太阳能。
b.动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是间接利用太阳能。
2)生物质能的利用
①直接燃烧。
②生物化学转换:用含糖较多的农作物转化成乙醇。
③热化学转换:转化成热值较高可燃性气体。
3)氢能的利用
①氢能的优点
②氢能的开发方式
a.以天然气、石油和煤为原料,高温下与水蒸气反应:
CH4+H2O(g)CO+3H2;C+H2O(g)CO+H2。
b.电解水:2H2O2H2↑+O2↑。
c.使用催化剂,利用太阳能分解水:2H2O2H2↑+O2↑。
d.利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。
4.能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是化石燃料,它们的蕴藏量有限,而且不能再生,最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。
5.解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应,使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有适当过量的空气,如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有足够大的接触面积,如将固体粉碎成粉末,使液体喷成雾状等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
六、反应热的计算
1.盖斯定律
内容:对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热都是一样的。即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。如:由反应物A生成产物B可以设计如下两条途径,则ΔH、ΔH1、ΔH2的关系可以表示为ΔH=ΔH1+ΔH2。
2.运用盖斯定律计算反应热
第一步,找目标 确定目标方程式,找出目标方程式中各物质出现在已知化学方程式中的位置。
第二步,定转变 根据目标方程式中各物质计量数和所在位置对已知化学方程式进行转变:或调整计量数,或调整方向。
第三步,相加减 对热化学方程式进行四则运算得到目标方程式及其ΔH。
应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时需要注意以下问题:
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。
④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
热化学方程式
焓变之间的关系
mAB ΔH1
AB ΔH2
ΔH2=ΔH1或ΔH1=mΔH2
mAB ΔH1
BmA ΔH2
ΔH1=−ΔH2
mAB ΔH1
BnC ΔH2
mAnC ΔH
ΔH=ΔH1+ΔH2
3.根据热化学方程式的反应热计算
计算依据:反应热与反应物中各物质的物质的量成正比。若题目给出了相应的热化学方程式,则按照热化学方程式与ΔH的关系计算反应热;若没有给出热化学方程式,则根据条件先得出热化学方程式,再计算反应热。
4.根据反应物和生成物的能量计算
(1)计算公式:ΔH=生成物的总能量−反应物的总能量。
(2)根据燃烧热计算要紧扣反应物为“1 mol”、生成物为稳定的氧化物来确定。Q放=n(可燃物)×ΔH。
5.根据反应物和生成物的键能计算
计算公式:ΔH=反应物的键能总和−生成物的键能总和。
根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目。
常见物质的共价键数目
物质
CH4
(C—H)
Si
(Si—Si)
SiO2
(Si—O)
金刚石
(C—C)
石墨
(C—C)
P4
(P—P))
1 mol微粒所含共价键数目/NA
4
2
4
2
1.5
6
七、反应热大小比较的技巧
直接比较法
ΔH 是一个有正负的数值,比较时应连同“+”、“−”号一起比较。
(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0,后者小于0)。
(2)同种物质燃烧时,可燃物物质的量越大,燃烧放出的热量越多,ΔH 越小。
(3)等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多,对应ΔH 越小。
(4)产物相同时,同种气态物质燃烧放出的热量比等量的固态物质燃烧放出的热量多,放出的热量多对应ΔH 越小。
反应物相同时,生成同种液态物质放出的热量比生成等量的气态物质放出的热量多,放出的热量多对应ΔH越小。
(5)生成等量的水时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱或弱碱和强酸或弱酸和弱碱的稀溶液反应放出的热量多,放出的热量多对应ΔH 越小。
(6)对于可逆反应,热化学方程式中的反应热是完全反应时的反应热,若按方程式反应物对应物质的量投料,因反应不能进行完全,实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值,放出的热量少对应ΔH 越大。
例如:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=−197 kJ/mol,
则向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,反应达到平衡后,放出的热量要小于197 kJ。
(7)不同单质燃烧,能态高(不稳定)的放热多,对应ΔH 越小。如:金刚石比石墨能态高,两者燃烧,金刚石放热多,对应ΔH 越小。
盖斯定律比较法
(1)同一反应生成物状态不同时:
A(g)+B(g)C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)C(l) ΔH2<0
因为C(g)C(l) ΔH3<0,而ΔH3=ΔH2−ΔH1,
所以|ΔH2|>|ΔH1|。
(2)同一反应物状态不同时:
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH1<0
S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH2<0
S(s)SO2(g) ΔH3>0
ΔH3+ΔH2=ΔH1,且ΔH3>0,所以|ΔH1|<|ΔH2|。
(3)两个有联系的不同反应相比:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1<0
C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2<0
ΔH3+ΔH2=ΔH1,所以|ΔH1|>|ΔH2|。
图示比较法
画出化学变化过程中的能量变化图后,依据反应物的总能量与生成物的总能量的高低关系可以很方便地比较ΔH的大小。对于反应2A+B2C的能量变化如图所示:
考向一 反应过程与能量变化图象分析
典例1 单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如图所示,下列说法正确的是
A.S(s,单斜)S(s,正交) ΔH=+0.33 kJ·mol−1
B.相同物质的量的正交硫比单斜硫的能量高
C.正交硫比单斜硫稳定
D.①表示断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ
【解析】根据图示可知,相同物质的量的单斜硫的能量比正交硫的能量高,S(s,单斜)S(s,正交) ΔH =− 0.33 kJ·mol−1,A、B均错误;物质的能量越低越稳定,故正交硫比单斜硫稳定,C正确;①表示断裂1 mol O2中的共价键和1 mol单斜硫的化学键所吸收的能量比形成 1 mol SO2中的共价键所放出的能量少297.16 kJ,D错误。
【答案】C
1.如图表示某反应的能量变化,对于该图的理解,你认为一定正确的是
A.曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示两个化学反应的能量变化
B.曲线Ⅱ可表示反应2KClO32KCl+3O2↑的能量变化
C.该反应不需要加热就能发生
D.该反应的ΔH=E2−E1
活化能与焓变的关系图解
(1)在无催化剂的情况下:
E1为正反应的活化能;E2为逆反应的活化能;ΔH=E1−E2为此反应的焓变。
(2)催化剂的作用:降低E1、E2,但不影响ΔH,反应放热还是吸热取决于起点(反应物)和终点(生成物)能量的高低。
考向二 热化学方程式的正误判断
典例1 下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)
A.C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=−1 367.0 kJ/mol(燃烧热)
B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3 kJ/mol(中和热)
C.S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH=−296.8 kJ/mol(反应热)
D.2NO2O2+2NO ΔH=+116.2 kJ/mol(反应热)
【解析】燃烧热要求可燃物的物质的量必须为1 mol,得到的氧化物必须是稳定的氧化物,H2O的状态必须为液态,故A错;中和反应是放热反应,ΔH应小于0,故B错;热化学方程式的书写注明了物质的聚集状态、ΔH的正负号、数值、单位,故C正确;热化学方程式要注明物质在反应时的状态,故D错。
【答案】C
2.实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.3 kJ·mol−1
②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=−890.3 kJ·mol−1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=−890.3 kJ·mol−1
④2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=−571.6 kJ·mol−1
A.仅有② B.仅有②④ C.仅有②③④ D.全部符合要求
判断热化学方程式正误的“五审”
考向三 中和热的实验测定
典例1 将V1 mL 1.00 mol·L−1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。下列叙述正确的是
A.做该实验时环境温度为22℃
B.V1=45 mL时,该反应结束
C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol·L−1
D.该实验表明化学能可以转化为热能
【解析】本题考查了中和反应的热效应、图像分析能力及根据化学方程式计算的能力。从图中曲线可以看出,温度为22 ℃时,V1为5 mL,则此时已经开始发生反应,所以22℃一定不是做该实验时环境的温度,起始温度应为实验时环境温度,为20 ℃,故A错。分析题给图像知,当体系温度最高时,盐酸和氢氧化钠溶液恰好完全反应,则反应停止,所以V1=30 mL时,该反应结束,故B错。分析题给图像知,当体系温度最高时,盐酸和氢氧化钠溶液恰好完全反应,此时参加反应的盐酸溶液的体积是30 mL,由V1+V2=50 mL可知,消耗的氢氧化钠溶液的体积为20 mL,根据HCl+NaOHNaCl+H2O知,HCl和NaOH的物质的量相等,即1.0 mol•L−1×0.03 L=0.02 L×c(NaOH),c(NaOH)=1.5 mol/L,故C错。随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,则化学能转化为热能,故D正确。
【答案】D
3.50 mL 0.50 mol·L−1盐酸与50 mL 0.55 mol·L−1 NaOH溶液在如图所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”或”无影响”)。
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L−1盐酸跟50 mL 0.55 mol·L−1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量__________(填”相等”或”不相等”),所求中和热__________(填”相等”或”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__________(填”偏大”“偏小”或”无影响”,下同);用50 mL 0.50 mol·L−1 NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会__________。
考向四 能源的开发和利用
典例1 下列说法不正确的是
A.氢能、太阳能、核能均为新能源
B.生物质能的利用主要有直接燃烧、生物化学转换和热化学转换等方式
C.通过煤的气化、液化等物理方法将煤转化为CO、CH4等燃料气体,可以提高煤燃烧的热效率
D.地球上最基本的能源是太阳能,大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用
【解析】A.能源分为传统能源和新能源,煤、石油和天然气为传统能源,而氢能、太阳能和核能为新能源,故A正确;B.生物质能包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等,其利用方式有:直接燃烧、生物化学转化、热化学转化,故B正确;C.煤的气化是用煤做原料来生产水煤气的过程,为化学变化;煤的液化是用煤做原料来生产甲醇的过程,也为化学变化,故C错误;D.地球上的能源归根结底来自于太阳能,而大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用,故D正确。故选C。
【答案】C
4.下列表述正确的是
①开发使用新型清洁能源,减少化石燃料的燃烧,可从根本上防止酸雨的产生
②我国从2 000年起逐渐用二氧化氯取代氯气对饮用水进行消毒,因为二氧化氯杀菌、消毒能力强,持效长
③氧化镁可用来制造耐火砖和坩埚等
④明矾能使水中的悬浮物凝聚,可做为净水剂
⑤建设三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料
⑥给机动车安装尾气净化器,可减少光化学烟雾的发生
A.①④⑤ B.①②④⑤ C.②③④⑥ D.全部
考向五 反应热的相关计算
典例1 已知:Fe2O3(s)+C(s)===CO2(g)+2Fe(s) ΔH=+234.1 kJ·mol-1;
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1。
则2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是
A.-169.4 kJ·mol-1 B.-627.6 kJ·mol-1
C.-744.7 kJ·mol-1 D.-824.4 kJ·mol-1
【解析】将题目所给热化学方程式编号,①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1;②Fe2O3(s)+C(s)===CO2(g)+2Fe(s) ΔH=+234.1 kJ·mol-1,根据盖斯定律①×-②即可以得到2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH=-393.5 kJ·mol-1×-234.1 kJ·mol-1≈-824.4 kJ·mol-1,故D正确。
【答案】D
5.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH2
4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH4
2NH3(g)+3Cl2(g)===N2(g)+6HCl(g) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是
A.ΔH1>0,ΔH2>0 B.ΔH3>0,ΔH4>0
C.ΔH2=ΔH4+ΔH5 D.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
比较反应热大小的四个注意要点
(1)反应物和生成物的状态:
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系:
(2)ΔH的符号:比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)化学计量数:当反应物和生成物的状态相同时,化学计量数越大,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)正确理解可逆反应的反应热(ΔH),如:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=−92.4 kJ·mol−1中的 92.4 kJ 是1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成 2 mol NH3(g)时放出的热量。
1.某反应由两步反应ABC构成,它的反应能量曲线如图,下列叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.三种化合物中C最稳定
C.A与C的能量差为E4
D.AB的反应,反应条件一定要加热
【答案】B
【详解】
A.A到B能量升高,为吸热反应,B到C能量降低,为放热反应,A错误;
B.能量越低越稳定,A、B、C三者C能量最低,最稳定,B正确;
C.从图上可知,A与C 的能量差为E4-E2-E1,C错误;
D.一个反应是放热还是吸热与是否加热无关,D错误。
答案选B。
2.通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8 kJ·mol-1
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.H2的燃烧热为571.6 kJ·mol-1
【答案】B
【详解】
A.太阳光催化分解水制氢气,是光能转化为化学能,故A错误;
B.根据盖斯定律:由②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol-1,③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol-1反应,③-②得:CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH=74.8 kJ·mol-1,该反应的△H>0为吸热反应,故B正确;
C.催化剂不能改变反应热的大小,只能改变化学反应速率,故C错误;
D.H2的燃烧热指1mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量,由①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol-1反应可知,H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,故D错误;
故答案:C。
3.50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55 mol·L -1INaOH 溶液进行中和反应,通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热,下列说法正确的是( )
A.在测定中和热的实验中,至少需要测定并记录的温度是3次
B.大烧杯上如不盖硬纸板,测得的中和热数值会偏小
C.用相同浓度和体积的氨水代替NaOH 溶液进行上述实验,测得中和热的数值会偏大
D.测定中和热的实验中,环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替,则测量出的中和热ΔH< -57.3 kJ·mol-1
【答案】B
【详解】
A、在测定中和热的实验中,每一组要记录3次温度,而我们实验时至少要做3组,所以至少要记录9次温度,选项A错误;
B、大烧杯上如不盖硬纸板,会有一部分热量散失,求得的中和热数值将会减小,选项B正确;
C、氨水是弱碱,在反应中发生电离,电离是吸热过程,所以用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得中和热的数值会偏小,选项C错误;
D、中和热的实验过程中,环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替,由于Cu是金属材料,导热性强,容易导致热量损失,则测量出的中和热数值偏小,ΔH>-57.3 kJ·mol-1,选项D错误。
答案选B。
4.“一次能源与二次能源”的叙述中正确的是( )
①直接从自然界中取得的能源都是一次能源
②二次能源是由一次能源加工、转换而得到
③太阳能、风能、地热能、氢能等都是一次能源
④煤、石油、天然气等化石能源都是一次能源
⑤电能是一种应用最广、污染最小的二次能源
⑥蒸汽能、机械能、水电、核电等都是二次能源
A.①②③⑤ B.①③④⑥ C.①②④⑤⑥ D.②③④⑤⑥
【答案】C
【详解】
①一次能源,是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能源,①正确;
②由一次能源经过加工、转换而得到的能源称为二级能源,②正确;
③太阳能、风能、地热能为一次能源,氢能是二次能源,③不正确;
④煤、石油、天然气等化石能源都直接来源于自然界,属于一次能源,④正确;
⑤不管是火力发电、水力发电还是太阳能发电,都由能源转化而来,所以属于二次能源,⑤正确;
⑥蒸汽能、机械能、水电、核电等都由一次能源转化而来,称为二次能源,⑥正确;
综合以上分析,①②④⑤⑥正确,故选C。
5.与ICl的反应分①、② 两步进行,其能量曲线如图所示,下列有关说法正确的是
A.反应①、反应② 均大于零
B.该反应的热反应方程式为:
C.反应①比反应② 的速率慢,与相应正反应的活化能无关
D.反应①、反应② 均为氧化还原反应
【答案】D
【详解】
A.由图可知反应、反应均为放热反应,均小于零,故A错误;
B.焓变的单位为,则热反应方程式为:,故B错误;
C.反应的正反应活化能小,反应速率快,故C错误;
D.反应、反应中均有元素的化合价变化,均为氧化还原反应,故D正确;
故选:D。
6.二氧化碳甲烷化对缓解能源危机意义重大,二氧化碳在催化剂的作用下与氢气作用制备甲烷的反应机理如下图所示。下列说法错误的是
A.Ni和是该反应的催化剂
B.的过程为放热过程
C.催化剂不能改变该反应的总体热效应
D.该反应的总反应方程式为
【答案】B
【详解】
A.由图可知该循环中Ni和是该反应的催化剂,故A正确;
B.为断键的过程,该过程为吸热过程,故B错误;
C.催化剂可以降低反应的活化能,但不能改变该反应的总体热效应,故C正确;
D.根据图中信息得到该反应的总反应方程式为,故D正确。
综上所述,答案为B。
7.下列说法正确的是
A.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量更多
B.甲烷的标准燃烧热为890.3 kJ·mol-1 ,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+ 2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.同温同压下,H2(g)+ Cl2(g)=2HCl(g)在光照条件和点燃条件下的ΔH 相同
D.500℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -38.6 kJ·mol- 1
【答案】C
【详解】
A.硫蒸气的能量高于硫固体,则等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,硫蒸气放出热量更多,故A错误;
B.1mol甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出的热量为燃烧热,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+ 2O2(g) =CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,故B错误;
C.反应热的大小与反应条件无关,则同温同压下,H2(g)+ Cl2(g)=2HCl(g)在光照条件和点燃条件下的ΔH 相同,故C正确;
D.合成氨的反应为可逆反应,500℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3的物质的量小于1mol,则生成2mol NH3放出的热量应大于38.6 kJ,故D错误;
故选C。
8.已知;
若使液态酒精完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为(单位为)( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】
将三个已知热化学方程式编号:①,
②,
③,可得液态乙醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式为,利用盖斯定律可知,即得目标反应热化学方程式,故,乙醇的物质的量为,则放出的热量为,故
D正确。
9.为探究NaHCO3、Na2CO3与1mol/L盐酸反应过程中的热效应,实验测得如下数据:
序号
试剂/35 mL
固体
混合前温度/℃
混合后温度/℃
①
水
2.5g (0.030mol) NaHCO3
20.0
18.5
②
水
3.2g (0.030mol) Na2CO3
20.0
24.3
③
盐酸
2.5g NaHCO3
20.0
16.2
④
盐酸
3.2g Na2CO3
20.0
25.1
由此得出的结论错误的是
A.Na2CO3溶液与盐酸的反应是放热反应
B.HCO3-(aq)+H+(aq)=CO2(g)+H2O(1) △H>0
C.含2.5gNaHCO3的饱和溶液(20.0℃)和35mL1mol/L'盐酸(20.0℃)混合后的温度将高于16.2℃
D.含3.2gNa2CO3的饱和溶液(20.0℃)和35mL1mol/L 盐酸(20.0℃)混合后的温度将高于 25. 1℃
【答案】D
【解析】
A.由表中数据可知,3.2gNa2CO3加入盐酸中,包括溶解和反应两个过程,其中溶解使温度升高到24.3℃,最终温度为25.1℃,说明Na2CO3与盐酸的反应是放热反应,故A正确;B.2.5gNaHCO3加入盐酸中,包括溶解和反应两个过程,其中溶解使温度降低到18.5℃,最终温度为16.2℃,说明NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应,故B正确;C.NaHCO3溶于水的过程为吸热过程,20.0℃时,含2.5gNaHCO3的饱和溶液和35mL盐酸混合,与固体相比较,缺少溶解吸热的过程,混合后的温度将高于16.2℃,故C正确;D.20.0℃时,含3.2gNa2CO3的饱和溶液和35mL盐酸混合,由于缺少溶解的过程,则混合后的温度将低于25.1℃,故D错误;故选D。
点睛:本题考查了探究吸热反应与放热反应的方法,正确分析题干数据为解答该题的关键。注意溶解热和反应热的区别。由表中数据可知,NaHCO3溶于水的过程为吸热过程,Na2CO3溶于水的过程为放热过程,NaHCO3与盐酸的反应后温度降低,说明该反应是吸热反应;Na2CO3与盐酸的反应后温度升高,说明该反应是放热反应。
10.热化学方程式C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3kJ热量
B.1mol碳和1mol水反应生成一氧化碳和氢气并吸收131.3kJ热量
C.1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气,并吸收131.3kJ热量
D.1个固态碳原子和1个水蒸气分子反应吸收131.3kJ热量
【答案】C
【分析】
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示1 mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1mol氢气,并吸收131.3 kJ热量。
【详解】
A.反应热与物质的聚集状态及物质的量有关,物质状态不同、物质的量不同,反应热不同,选项A错误;
B.反应热量变化需要说明物质的聚集状态,物质状态不同,反应能量变化不同,选项B错误;
C.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气并吸收131.3kJ热量,选项C正确;
D.热化学方程式的化学计量数只表示物质的量,不表示分子个数,选项D错误;
答案选C。
11.研究表明,地球上的碳循环,光合作用是必不可少的(如下图所示)。下列叙述正确的是
A.石油与煤是可再生能源
B.CO2是煤、石油形成淀粉、纤维素等的催化剂
C.光合作用将太阳能转化为化学能
D.图中所出现的物质中淀粉与纤维素为同分异构体
【答案】C
【详解】
A. 石油与煤是化石燃料,属于不可再生资源,A项错误;
B. 煤、石油燃烧会生成二氧化碳,生成的二氧化碳参与光合作用形成淀粉与纤维素等,因此二氧化碳不是催化剂,而是该过程的中间产物,B项错误;
C. 光合作用是绿色植物在叶绿体内吸收太阳光把二氧化碳和水合成葡萄糖,同时放出氧气,将太阳能转化为化学能,C项正确;
D. 图中所出现的物质中淀粉与纤维素分子式中的n值不同,因此不属于同分异构体,D项错误;
答案选C。
12.下列说法正确的是
A.氢气的燃烧热为285 . 5KJ/mol ,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g) △H=+285.5kJ/mol
B.已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) △H= -57.3 kJ/mol,则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热△H=2 ×(-57.3) kJ/mol
C.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C,该反应中化学能全都转化为热能
D.已知AX3的熔点和沸点分别为一93 .6℃和76℃, AX5的熔点为167℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 KJ/mol。该反应的热化学方程式为AX3(l)+ X2(g)= AX5(s) △H= 一123.8 kJ/mol
【答案】D
【解析】
A.氢气燃烧热是放热反应,焓变为负值,水电解过程是吸热反应,2mol水电解反应吸收热量为571.0kJ,故A错误;
B.中和热是指稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1molH2O所放出的热量,生成2molH2O所放出的热量为2×57.3kJ,但生成硫酸钡沉淀的反应还要放出热量,则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热小于2×(-57.3)kJ/mol,故B错误;
C.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C,该反应中化学能部分转化为热能,部分转化为光能等,故C错误;
D.因为AX3的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃,室温时,AX3为液态,AX5为固态,生成1mol AX5,放出热量123.8kJ,该反应的热化学方程为:AX3(l)+X2(g)=AX5(s)△H=-123.8kJ/mol,故D正确;
故选D。
13.下列对定量实验误差的分析正确的是
A.中和热测定实验中,缓慢地将NaOH溶液倒入盐酸中——测定结果无影响
B.配制90 mL 1.0 mol·L-1 NaOH溶液,称取3.6 g NaOH固体配制——溶液浓度偏低
C.酸碱中和滴定,盛标准液的滴定管滴定前尖嘴无气泡而滴定后有气泡——测定结果偏高
D.测定溶液pH的实验中,用干燥pH试纸测定新制氯水的pH——测定结果无影响
【答案】B
【解析】
A项,在中和热测定实验中,应快速将NaOH溶液倒入测定装置,缓慢倒入会使部分热量散失,测定得出的反应热偏低,故A项错误;
B项,用100mL容量瓶来配制,则需要m(NaOH)=0.1L×1.0mol/L×40g/mol=4.0g,用3.6g NaOH固体配制会使溶液浓度偏低,故B项正确;
C项,酸碱滴定实验,滴定前无气泡而滴定后有气泡,会使测定的消耗标准溶液体积偏小,导致测定结果偏低,故C项错误;
D项,新制氯水具有强氧化性,能将pH试纸漂白,对测定结果有影响,故D项错误。
综上所述,本题正确答案为B。
14.已知A(g)+C(g)===D(g);ΔH=-Q1kJ/mol,B(g)+C(g)===E(g);ΔH=-Q2kJ/mol,Q1、Q2均大于0,且Q1>Q2,若A与B组成的混合气体 1mol与足量的C反应,放热为Q3kJ,则原混合气体中A与B物质的量之比为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】
A.1molA与C完全反应放出热量为Q1 kJ,1molB与C完全反应放出热量为Q2kJ ,设混合气体中A的物质的量为x,B的物质的量为y,则①x+y=1mol,再根据放出的热量可以知道:②xQ1+yQ2=Q3,根据①和②计算得出:x=mol、y=mol,则A和B的物质的量之比为::=:(), A. 符合题意; B. 不符合题意;C. 不符合题意;D. 不符合题意;答案:A。
二、填空题
15. (1)用的盐酸与的溶液在如下图所示的装置中进行中和反应,通过测定反应过程中放出的热量可计算中和反应反应热。回答下列问题:
①若将杯盖改为薄铁板,求得的反应热将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
②若通过测定计算出产生的热量为,请写出该反应的热化学方程式:________。
(2)①已知:
则与反应生成和的热化学方程式为________。
②一定条件下,在水溶液中所含离子、、、、各,其相对能量的大小如下图所示(各离子在图中用氯元素的相应化合价表示),则反应的________。
【答案】偏大 -117
【分析】
(1)中和热是强酸、强碱完全反应生成1mol水放出的热量,测定中和热要防止热量损失;
(2)①根据盖斯定律书写与反应生成和的热化学方程式;
②焓变=生成物总能量-反应物总能量;
【详解】
(1)①若改为薄铁板,则有热量散失,测得的反应热偏大;
②该反应中的溶液与的盐酸反应,氢氧化钠过量,反应生成,放出的热量为,那么生成时放出的热量,该反应的热化学方程式是;
(2)① ㈠
㈡
根据盖斯定律,㈠×2-㈡得 ;
②由图象可知的相对能量为,的相对能量为,的相对能量为,焓变=生成物总能量-反应物总能量,该反应的。
16.已知一些烷烃的燃烧热如下表:
化合物
燃烧热/kJ·mol−1
化合物
燃烧热/kJ·mol−1
甲烷
891.0
正丁烷
2 878.0
乙烷
1 560.8
异丁烷
2 869.6
丙烷
2 221.5
异戊烷
3 531.3
(1)热稳定性:正丁烷________(填“>”或“<”)异丁烷。
(2)写出表示乙烷燃烧热的热化学方程式_____________________________________。
(3)相同物质的量的烷烃,碳原子数越多,燃烧放出的热量越_______(填“多”或“少”)。
(4)有同学估计“正戊烷的燃烧热大约在3 540 kJ·mol−1左右”,你认为正确吗?______。理由是_______________________________________。
【答案】< C2H6(g)+7/2O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=−1 560.8 kJ·mol−1 多 正确 正丁烷的燃烧热比异丁烷的略大,所以正戊烷的燃烧热亦应略大于异戊烷
【详解】
(1)由表格中的数据可知,异丁烷的燃烧热比正丁烷的燃烧热小,则异丁烷的能量低,能量越低越稳定,即热稳定性为正丁烷<异丁烷;
(2)根据乙烷燃烧热的含义:完全燃烧1mol乙烷生成二氧化碳和液态水时会放出1560.8 kJ的热量,所以热化学方程式为C2H6(g)+7/2O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=−1 560.8 kJ·mol−1;
(3)根据表中数据可知相同物质的量的烷烃,碳原子数越多,燃烧放出的热量越多。
(4)由表中正丁烷、异丁烷的燃烧热比较可知,互为同分异构体的化合物,支链多的燃烧热小,正戊烷和2-甲基丁烷互为同分异构体,由于正丁烷的燃烧热比异丁烷的略大,所以正戊烷的燃烧热亦应略大于异戊烷,即正戊烷的燃烧热大约在3540 kJ/mol左右。
17.请参考题中图表,已知E1=134 kJ·mol-1、E2=368 kJ·mol-1,根据要求回答问题:
(1)图Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是________。请写出NO2和CO反应的热化学方程式:________________________________。
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1
②CH3OH(g)+1/2 O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1
又知③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1,则甲醇蒸汽燃烧为液态水的热化学方程式为______________________。
(3)如表所示是部分化学键的键能参数:
化学键
P—P
P—O
O===O
P===O
键能/kJ·mol-1
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为d kJ·mol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示,则表中x=________kJ·mol-1(用含a、b、c、d的代表数式表示)。
【答案】减小 不变 NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)△H=-234 kJ/mol CH3OH(g)+1.5O2(g)=CO2(g)+2H2O △H=-764.7 kJ/mol (6a+5c+d-12b)/4
【分析】
本题考查反应热和焓变,热化学方程式的书写,用盖斯定律进行有关反应热的计算等知识。注意盖斯定律的应用和物质聚集状态的标注。另外特别注意分析白磷和P4O10的分子结构,准确判断共价键的数目。
【详解】
(1)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小;催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差,即催化剂对反应热无影响,所以反应热ΔH不变;,由图可知,1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO放出热量368-134=234kJ,反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)= CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ·mol-1 。
(2)①CH3OH(g)+H2O(g)==CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·mol-1、②CH3OH(g)+O2(g)== CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1、③H2O(g)==H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1,根据盖斯定律计算(②×3-①×2+③×2)× 得到 CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7 kJ·mol-1 。
(3)白磷燃烧的方程式为P4+5O2=P4O10,1mol白磷完全燃烧需拆开6mol P-P、5mol O=O,形成12molP-O、4mol P=O,所以12mol×bkJ/mol+4mol×xkJ/mol-(6mol×a kJ/mol+5 mol×c kJ/mol)=dkJ/mol,x= (d+6a+5c-12b)kJ·mol-1。
浙江真题题组
1.(2020年7月浙江选考).关于下列的判断正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
碳酸氢根的电离属于吸热过程,则CO(aq)+H+(aq)=HCO(aq)为放热反应,所以△H1<0;
CO(aq)+H2O(l)HCO(aq)+OHˉ(aq)为碳酸根的水解离子方程式,CO的水解反应为吸热反应,所以△H2>0;
OHˉ(aq)+H+(aq)=H2O(l)表示强酸和强碱的中和反应,为放热反应,所以△H3<0;
醋酸与强碱的中和反应为放热反应,所以△H4<0;
但由于醋酸是弱酸,电离过程中会吸收部分热量,所以醋酸与强碱反应过程放出的热量小于强酸和强碱反应放出的热量,则△H4>△H3;
综上所述,只有△H1<△H2正确,故答案为B。
2.[2021·4月浙江选考]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32−(g) M2+(g)+O2−(g)+CO2(g)
已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
【答案】C
【解析】根据盖斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3,又易知Ca2+半径大于Mg2+半径,所以CaCO3的离子键强度弱于MgCO3,CaO的离子键强度弱于MgO。
A.ΔH1表示断裂CO32−和M2+的离子键所吸收的能量,离子键强度越大,吸收的能量越大,因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,A项正确;
B.ΔH2表示断裂CO32−中共价键形成O2−和CO2吸收的能量,与M2+无关,因而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B项正确;
C.由上可知ΔH1(CaCO3)−ΔH1(MgCO3)<0,而ΔH3表示形成MO离子键所放出的能量,ΔH3为负值,CaO的离子键强度弱于MgO,因而ΔH3(CaO)>ΔH3(MgO),ΔH3(CaO)−ΔH3(MgO)>0,C项错误;
D.由上分析可知ΔH1+ΔH2>0,ΔH3<0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,D项正确。故答案选C。
3.[2018·11月浙江选考]已知:
下列说法正确的是
A.∆H1<0,∆H2<0,∆H3<∆H4 B.6∆H1+∆H2+∆H3−∆H4=0
C.−6∆H1+∆H2+∆H3−∆H4=0 D.−6∆H1+∆H2−∆H3+∆H4=0
【答案】B
【解析】物质由气态转化为液态(液化)需要放热,物质由固态转化为气态需要吸热,比较反应3和反应4中 C6H12O6(s)→ C6H12O6(g)为吸热过程,6H2O(g)→ 6 H2O(l)为放热过程,所以反应4放出更多能量,△H更小,故△H3>△H4,选项A错误;由盖斯定律知,反应1的6倍与反应2与反应3的和可以得到反应4,即6△H1+△H2+△H3=△H4,经数学变形,可以得到6△H1+△H2+△H3-△H4=0,选项B正确;选项C、D均错误。答案选B。
【点睛】本题考查热化学方程式的书写,难度不大,注意书写燃烧热的热化学方程式时可燃物一定是1 mol,即可燃物的计量系数一定是1。
4.[2018·4月浙江选考]氢卤酸的能量关系如图所示下列说法正确的是
A.已知HF气体溶于水放热,则HF的△H1<0
B.相同条件下,HCl的△H2比HBr的小
C.相同条件下,HCl的△H3+△H4比HI的大
D.一定条件下,气态原子生成1molH−X键放出akJ能量,则该条件下△H2=+akJ/mol
【答案】D
【解析】A.△H1代表的是HX气体从溶液中逸出的过程,因为HF气体溶于水放热,则HF气体溶于水的逆过程吸热,即HF的△H1>0,故A错误;B.由于HCl比HBr稳定,所以相同条件下HCl的△H2比HBr的大,故B错误;C.△H3+△H4代表H(g)→H(aq)的焓变,与是HCl的还是HI的无关,故C错误;D.一定条件下,气态原子生成1molH−X键放出aKJ能量,则断开1molH−X键形成气态原子吸收aKJ的能量,即为△H2=+akJ/mol,故D正确;故选D。
5.[2021·11月浙江选考]下列不属于化石燃料的是
A.煤 B.石油 C.天然气 D.甲醇
【答案】D
【解析】煤、石油和天然气是三大化石燃料,乙醇不属于化石燃料,属于可再生能源。故选D。
6.[2021·11月浙江选考]根据Ca(OH)2/CaO 体系的能量循环图:
下列说法正确的是
A.ΔH5>0 B.ΔH1+ΔH2=0
C.ΔH3=ΔH4+ΔH5 D.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=0
【答案】D
【解析】A.水由510℃的气态变为25℃的液态,放热,△H5<0,故A错误;B.由图可知,有关△H1与△H2的反应进行时,反应物与生成物的温度不同,所以△H1+△H2≠0,故B错误;C.由图可知,△H3>0,△H4<0,△H5<0,所以△H3≠△H4+△H5,故C错误;D.根据能量守恒定律,ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=0,故D正确;故选D。
7.[2021·4月浙江选考]下列物质放入水中,会显著放热的是
A.食盐 B.蔗糖 C.酒精 D.生石灰
【答案】D
【解析】生石灰CaO溶于水,生成Ca(OH)2并会放出大量的热。
8.[2021·4月浙江选考]已知断裂1 mol H2(g)中的H—H键需要吸收436.4 kJ的能量,断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量,生成H2O(g)中的1 mol H—O键能放出462.8 kJ的能量。下列说法正确的是
A.断裂1 mol H2O中的化学键需要吸收925.6 kJ的能量
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-480.4 kJ·mol-1
C.2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=471.6 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-240.2 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】本题易错选A。1 mol H2O中2 mol H—O,断裂1 mol H2O(g)吸收热量为2×462.8 kJ,A选项未说明H2O状态,故不正确;C、D中都为H2O(l),根据题意,错误;经计算B方程式中ΔH=2×436.4 kJ·mol-1+498-4×462.8 kJ·mol-1=-480.4 (kJ·mol-1),故正确。
9.[2021·10月浙江选考]下列属于可再生能源的是
A.氢能 B.石油
C.煤 D.天然气
【答案】A
【解析】氢气燃烧的产物水在一定条件下可以分解生成氢气,属于可再生能源,A正确;石油、煤和天然气是化石燃料,不能再生。
10.[2021·10月浙江选考]根据能量变化示意图,下列热化学方程式正确的是
A.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-(b-a) kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
C.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g) ΔH=2(a+b-c) kJ·mol-1
D.2NH3(l)===N2(g)+3H2(g) ΔH=2(b+c-a) kJ·mol-1
【答案】D
【解析】图示说明0.5 mol N2(g)与1.5 mol H2(g)完全反应生成1 mol NH3(g)时放出(b-a) kJ热量,若生成1 mol NH3(l)放出(b+c-a) kJ热量。A项,表示1 mol N2参加反应,错误;B项,一是表示1 mol N2参加反应,二是反应放热,ΔH<0,错误;C项,ΔH计算错误。
11.(2020年7月浙江选考).溶液与锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为,反应后最高温度为。
已知:反应前后,溶液的比热容均近似为、溶液的密度均近似为,忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算:
(1)反应放出的热量_____J。
(2)反应的______(列式计算)。
【答案】
(1)100mL 0.200mol/L CuSO4溶液与1.95g锌粉发生反应的化学方程式为:CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu,忽略溶液体积、质量变化可知,溶液的质量m==1.00g/cm3×100mL(cm3)=100g,忽略金属吸收的热量可知,反应放出的热量Q=cm=4.18×100g×(30.1-20.1)= 4.18×103J,故答案为:4.18×103;
(2)上述反应中硫酸铜的物质的量n(CuSO4)= 0.200mol/L×0.100L=0.020mol,锌粉的物质的量n(Zn)==0.030mol,由此可知,锌粉过量。根据题干与第(1)问可知,转化0.020mol硫酸铜所放出的热量为4.18×103J,又因为该反应中焓变代表反应1mol硫酸铜参加反应放出的热量,单位为kJ/mol,则可列出计算式为:,故答案为:(答案符合要求且合理即可)。
全国真题题组
1. (2020年北京卷).依据图示关系,下列说法不正确的是
A.石墨燃烧是放热反应
B.1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
【答案】C
【解析】
A.所有的燃烧都是放热反应,根据图示,C(石墨)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,ΔH1<0,则石墨燃烧是放热反应,故A正确;
B.根据图示,C(石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ/mol,根据反应可知都是放热反应,1molC(石墨)和1molCO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,1molC(石墨)放热多,故B正确;
C.根据B项分析,①C(石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol,②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ/mol,根据盖斯定律①-②x2可得:C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,故C错误;
D.根据盖斯定律可知,化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故D正确;
答案选C。
2. (2020年天津卷).理论研究表明,在101kPa和298K下,异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是
A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的
C.正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.使用催化剂,可以改变反应的反应热
【答案】D
【解析】
A.根据图中信息得到HCN能量比HNC能量低,再根据能量越低越稳定,因此HCN比HNC稳定,故A正确;
B.根据焓变等于生成物总能量减去反应物总能量,因此该异构化反应的,故B正确;
C.根据图中信息得出该反应是吸热反应,因此正反应的活化能大于逆反应的活化能,故C正确;
D.使用催化剂,不能改变反应的反应热,只改变反应路径,反应热只与反应物和生成物的总能量有关,故D错误。
综上所述,答案为D。
3.[2021江苏]氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−4OH−
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:
ΔH=反应中形成新共价键的键能之和−反应中断裂旧共价键的键能之和
【答案】A
【解析】A.体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向,该反应属于混乱度减小的反应,能自发说明该反应为放热反应,即∆H<0,故A正确;
B.氢氧燃料电池,氢气作负极,失电子发生氧化反应,中性条件的电极反应式为:2H2 − 4e− =4H+,故B错误;
C.常温常压下,Vm≠22.L/mol,无法根据气体体积进行微粒数目的计算,故C错误;
D.反应中,应该如下估算:∆H=反应中断裂旧化学键的键能之和−反应中形成新共价键的键能之和,故D错误;故选A。
4.[2018海南]炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是
A.每活化一个氧分子吸收0.29eV能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C.氧分子的活化是O-O的断裂与C-O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂
【答案】CD
【解析】A.由图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此是放出能量,故A不符合题意;
B.由图可知,水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18eV,故B不符合题意;
C.由图可知,氧分子的活化是O-O的断裂与C-O键的生成过程,故C符合题意;
D.活化氧可以快速氧化SO2,而炭黑颗粒可以活化氧分子,因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂,故D符合题意;故答案为CD。
5.[2018北京]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C―H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C―C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
【答案】D
【解析】A项,根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH,总反应为CH4+CO2CH3COOH,只有CH3COOH一种生成物,原子利用率为100%,A项正确;B项,CH4选择性活化变为①过程中,有1个C—H键发生断裂,B项正确;C项,根据图示,①的总能量高于②的总能量,①→②放出能量,对比①和②,①→②形成C—C键,C项正确;D项,催化剂只影响化学反应速率,不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误;答案选D。
点睛:本题考查原子利用率、化学反应的实质、化学反应中的能量变化、催化剂对化学反应的影响,解题的关键是准确分析示意图中的信息。注意催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,催化剂不能改变ΔH、不能使化学平衡发生移动。
6.[2021江苏]通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3 )。下列说法不正确的是
①C(s) + H2O(g)CO(g) + H2 (g) ΔH1 = a kJ·mol−1
②CO(g) + H2O(g)CO2 (g) + H2 (g) ΔH 2 = b kJ·mol−1
③CO2 (g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH 3 = c kJ·mol−1
④2CH3OH(g)CH3OCH3 (g) + H2O(g) ΔH 4 = d kJ·mol−1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)CH3OCH3 (g) +H2O(l)的ΔH =kJ·mol−1
D.反应 2CO(g) + 4H2 (g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)的ΔH = ( 2b + 2c + d ) kJ·mol−1
【答案】C
【解析】A.反应①、②的生成物CO2和H2是反应③的反应物,A正确;B.反应③可将二氧化碳转化为甲醇,变废为宝,B正确;C.4个反应中,水全是气态,没有给出水由气态变为液态的焓变,所以C错误;D.把反应②③④三个反应按(②+③)×2+④可得该反应及对应的焓变,D正确。
【名师点睛】本题以合成新能源二甲醚为背景,考查学生对简单化工流程的反应原理、能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律的运用等知识的掌握和理解程度,同时关注了节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新能源等社会热点问题。
7.[2021江苏]通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+ O2(g) ΔH1=571.6 kJ·mol–1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+ H2O(g)CO(g)+ H2(g) ΔH2=131.3 kJ·mol–1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1 kJ·mol–1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8 kJ·mol–1
【答案】D
【解析】A、①中太阳能转化为化学能,A错误;B、②中ΔH2131.3 kJ·mol–1>0,反应为吸热反应,B错误;C、使用催化剂能改变反应的活化能,从而改变反应速率,但不能改变化学反应的焓变,C错误;D、根据盖斯定律:③-②即可得反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=206.1 kJ·mol–1-131.3 kJ·mol–1=74.8 kJ·mol–1,D正确。答案选D。
【名师点睛】应用盖斯定律进行反应热的简单计算的关键在于设计反应过程,同时还需要注意:①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。答题时注意灵活应用。
8.[2021海南]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.由反应的ΔH=E5−E2 B.由反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率 D.升高温度有利于提高Z的产率
【答案】BC
【解析】A.根据化学反应的实质,由反应的ΔH=E3−E2,A项错误;B.由图象可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即由反应的ΔH<0,B项正确;C.根据化学反应2X(g)3Y(g),该反应是气体分子数增加的可逆反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,C项正确;D.由B分析可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,D项错误;答案选BC。
【名师点睛】对于化学图象问题,可按以下的方法进行分析: ①认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与化学反应原理挂钩。②紧扣反应特征,搞清反应方向是吸热还是放热,体积增大还是减小,有无固体、纯液体物质参加反应。③看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势等等。本题考查化学反应与能量变化,主要结合物质反应与能量变化图,考查学生对化学反应热的理解。对于AB两项判断反应是放热反应还是吸热反应,可以从三个角度判断:一是比较反应物和生成物的总能量相对大小,生成物总能量比反应物总能量高的反应是吸热反应;二是比较反应物和生成物的总键能;三是从常见的反应分类去判断。
9.[2021海南]油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g) 57CO2(g)+52H2O(l)已知燃烧1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为
A.3.8×104 kJ·mol−1 B.-3.8×104 kJ·mol−1
C.3.4×104 kJ·mol−1 D.-3.4×104 kJ·mol−1
【答案】D
【解析】燃烧热指的是燃烧1 mol可燃物生成稳定的氧化物所放出的热量。燃烧1 kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104 kJ,则燃烧1 mol油酸甘油酯释放出热量为3.4×104 kJ,则得油酸甘油酯的燃烧热ΔH=-3.4× 104 kJ·mol−1。
【名师点睛】将化学反应中的物质变化和能量变化综合起来考查将成为一种热门的题型,同时注意到由于能源日益匮乏,因此有关燃烧热、中和热、盖斯定律等问题必将成为今后命题的重点。新课程背景下的高考热化学方程式试题大多是一些思路型题型,题目变化较多,但思路变化却较少,主干知识依然是重点考查的内容。此类试题比较贴近当前的教学实际,虽然形式上有各种各样的变化,但只要学会了基础题型的解题思路和应对策略,缜密分析、逐层递解,再经过一些变化演绎,就可以准确解答相关题型。此外,通过此类题型的解题策略探究还有利于培养学生科学素养、创新精神和灵活运用所学知识综合解决实际问题的能力。
10.[2018新课标Ⅲ卷]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式__________。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol−1
3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=−30 kJ·mol−1
则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJ·mol−1。
【答案】(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl
(2)114
【解析】(1)根据题目表述,三氯氢硅和水蒸气反应得到(HSiO)2O,方程式为:2SiHCl3+3H2O=(HSiO)2O+6HCl。
(2)将第一个方程式扩大3倍,再与第二个方程式相加就可以得到第三个反应的焓变,所以焓变为48×3+(-30)=114kJ·mol−1。
11.[2018北京卷] 近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式:________________。
【答案】(1)3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1
【解析】(1)根据过程,反应II为SO2催化歧化生成H2SO4和S,反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S。应用盖斯定律,反应I+反应III得,2H2SO4(l)+S(s)=3SO2(g)+2H2O(g)ΔH=ΔH1+ΔH3=(+551kJ/mol)+(−297kJ/mol)=+254kJ/mol,反应II的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)ΔH=−254 kJ/mol。
12.[2018江苏卷] NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下:
2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·mol−1
3HNO2(aq)HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol−1
反应3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)的ΔH=___________kJ·mol−1。
【答案】(1)−136.2
【解析】(1)将两个热化学方程式编号,
2NO2(g)+H2O(l)=HNO3(aq)+HNO2(aq) ΔH=−116.1 kJ·mol−1(①式)
3HNO2(aq)=HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l) ΔH=75.9 kJ·mol−1(②式)
应用盖斯定律,将(①式×3+②式)÷2得,反应3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g)ΔH=[(−116.1 kJ·mol−1)×3+75.9 kJ·mol−1]÷2=−136.2kJ·mol−1。
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