2020-2021学年第1章 化学反应与能量转化第3节 电能转化为化学能——电解综合训练题

  第一章　化学反应与能量变化

第1节　化学反应的热效应

1.1.3 反应焓变的计算 达标测试

1.下列分别是利用不同能源发电的实例图形，其中不符合开源节流思想的是(　　)

A.风力发电        B.太阳能发电             C.火力发电          D.潮汐能发电

【答案】C

【解析】火力发电是利用煤作燃料，不属于新能源的开发利用。

2.氢气是人类未来最理想的燃料，以水为原料大量制取氢气的最理想的途径是(　　)

A.利用太阳能直接使水分解产生氢气

B.以焦炭和水制取水煤气(含CO和H2)后分离出氢气

C.用铁和盐酸反应放出氢气

D.由热电站提供电力电解水产生氢气

【答案】A

【解析】电解水制备H2需消耗大量电能；用焦炭制水煤气需消耗大量热能。

3.下列说法不正确的是(    )

A.应用盖斯定律，可计算某些难以测定的反应焓变

B.一个化学反应的焓变与反应途径无关

C.在特定条件下反应热可以等于焓变

D.一个反应一步完成或分几步完成，两者相比，经过的步骤越多，放出的热量越多

【答案】D

【解析】根据盖斯定律可知一个反应一步完成或分几步完成，反应的焓变是相同的，故D错误。

4.锡是大名鼎鼎的“五金”——金、银、铜、铁、锡之一。早在远古时代，人们便发现并使用锡了。灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。

已知：①Sn(s，白)+2HCl(aq)SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH1

②Sn(s，灰)+2HCl(aq)SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH2

③Sn(s，灰)Sn(s，白)　ΔH3=2.1 kJ·mol-1

下列说法正确的是(　　)

A.ΔH1>ΔH2

B.锡在常温下以灰锡状态存在

C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D.锡制器皿长期处在低于13.2 ℃的环境中，会自行毁坏

【答案】D

【解析】由③知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的，当温度低于13.2 ℃时Sn(白)自动转化为Sn(灰)，所以A、B、C都错，只能选D。

5.已知反应：H2(g)+O2(g)==H2O(g)　ΔH1

N2(g)+O2(g)==NO2(g)　ΔH2

N2(g)+H2(g)==2NH3(g)　ΔH3

则反应2NH3(g)+O2(g)==2NO2(g)+3H2O(g)的ΔH为(　　)

A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3          B.ΔH1+ΔH2-ΔH3

C.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3          D.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3

【答案】D

【解析】把已知反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律将方程式①×3+②×2-③×2得2NH3(g)+O2(g)====2NO2(g)+3H2O(g)　ΔH=3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3。

6.已知热化学方程式：①C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l)　ΔH1=-1 301.0 kJ·mol-1

②C(s)+O2(g)CO2(g)   ΔH2=-393.5 kJ·mol-1

③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1

则反应④2C(s)+H2(g)C2H2(g)的ΔH为 (　　)

A.+228.2 kJ·mol-1　　　　  B.-228.2 kJ·mol-1

C.+1 301.0 kJ·mol-1    D.+621.7 kJ·mol-1

【答案】A

【解析】热化学方程式①②③和④之间存在如下关系：2×②+③-①=④。

所以2ΔH2+ΔH3-ΔH1=ΔH=-2×393.5 kJ·mol-1-285.8 kJ·mol-1+1 301.0 kJ·mol-1=+228.2 kJ·mol-1。

7.已知25℃、101 kPa条件下：①4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)　ΔH=-2 834.9 kJ·mol-1

②4Al(s)+2O3(g)2Al2O3(s)　ΔH=-3 119.1 kJ·mol-1

由此得出的正确结论是(　　)

A.等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应

B.等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为放热反应

C.O3比O2稳定，由O2变O3为吸热反应

D.O2比O3稳定，由O2变O3为放热反应

【答案】D

【解析】据盖斯定律，①式-②式得：3O2(g)2O3(g)　ΔH=284.2 kJ·mol-1即等质量的O2比O3能量低，O2比O3稳定，O2变O3为吸热反应。

8.肼(N2H4)是火箭发动机的一种燃料，它与N2O4反应时N2O4为氧化剂，反应生成N2和水蒸气。已知：

①N2(g)+2O2(g)N2O4(g)ΔH=+8.7 kJ·mol-1

②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-534 kJ·mol-1

下列表示N2H4和N2O4反应的热化学方程式，正确的是(　　)

A.2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 076.7 kJ·mol-1

B.N2H4(g)+N2O4(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH=-542.7 kJ·mol-1

C.2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-542.7 kJ·mol-1

D.2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(l)　ΔH=-1 076.7 kJ·mol-1

【解析】A

【解析】根据盖斯定律，把已知两个反应相加减，可求得反应的ΔH。将②×2-①得2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)，ΔH=-1 076.7 kJ·mol-1。

9.氢气(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热化学方程式分别为

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－282.9 kJ·mol－1

C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)  ΔH＝－5 518 kJ·mol－1

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)   ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时，放出热量最少的是(　　)

A.H2(g)    B.CO(g)    C.C8H18(l)     D.CH4(g)

【答案】B

【解析】比较：、、、的大小，可知相同质量时，CO(g)放出的热量最少。

10.已知：①C(s)+H2O(g)====CO(g)+H2(g)　ΔH1=a kJ·mol-1

②2C(s)+O2(g)====2CO(g)　ΔH2=-220 kJ·mol-1

通常人们把断开1 mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。已知H—H、O＝O和O—H键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1，则a为(　　)

A.-332  B.-118  C.350  D.130

【答案】D

【解析】根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能可得出热化学方程式：

③2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)　ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1，即

③2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)　ΔH3=-480 kJ·mol-1，题中②2C(s)+O2(g)==2CO(g)　ΔH2=-220 kJ·mol-1，根据盖斯定律(②-③)×得①C(s)+H2O(g)====CO(g)+H2(g)　ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×，即a=(-220+480)×=130，选项D正确。

11.氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。

(1)上图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量的变化示意图，请写出1 mol N2(g)和H2(g)反应的热化学方程式：。 

(2)若已知下列数据：

根据表中及图中数据计算N—H键的键能是kJ·mol-1。

(3)用NH3催化还原NO，还可以消除氮氧化物的污染。已知：

4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)  ΔH1=-a kJ·mol-1　①

N2(g)+O2(g)2NO(g) 　ΔH2=-b kJ·mol-1 ②

求：若1 mol NH3还原NO至N2，则该反应过程中的反应热ΔH3=kJ·mol-1(用含a、b的式子表示)。 

【答案】(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92 kJ·mol-1    (2)390　(3)

【解析】(1)由图象可知，该反应为放热反应，且生成1 mol NH3(g)时，放出的热量为(300-254)kJ =46 kJ。故N2和H2反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1。

(2)设N—H键的键能为x，故反应热ΔH=-92 kJ·mol-1=(3×435+943) kJ·mol-1-6×x，解得x=390 kJ·mol-1。

(3)将②×3，反写，然后再与①相加，可得4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)，故其反应热ΔH=3b-a，故

1 mol NH3还原NO至N2，反应热为 kJ·mol-1。

12.在环境污染和能源危机日益严重的情况下，氢气作为很有发展前景的新型能源备受青睐，获取氢气的方式有很多。

(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：

已知：①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1

②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH3=-242 kJ·mol-1

计算反应①的ΔH1=。

(2)下图为两种制备氢气的方法。

①书写系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式。

②若制得等量H2时，比较两种系统所需能量的大小：。

【答案】(1)+123 kJ·mol-1

(2)①H2O(l)H2(g)+O2(g)　ΔH=+286 kJ·mol-1；

H2S(g)H2(g)+S(s)　ΔH=+20 kJ·mol-1

②系统(Ⅱ)需要的能量比系统(Ⅰ)需要的能量小

【解析】(1)②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH3=-242 kJ·mol-1

②-③得C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1=+123 kJ·mol-1。

(2)系统(Ⅰ)涉及水的分解，系统(Ⅱ)涉及硫化氢的分解，利用盖斯定律分别将系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)的热化学方程式相加，可得到水、硫化氢分解的热化学方程式。根据系统(Ⅰ)、系统(Ⅱ)的热化学方程式可知：每反应产生1 mol 氢气，后者吸收的热量比前者少，所以制取等量的H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。

13.红磷P(s)与Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的ΔH表示生成

1 mol 产物的数据)。 

根据图示回答下列问题：

(1)P与Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为。  

(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为。 

(3)P与Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3=，P与Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4(填“>”“<”或“=”)ΔH3。  

【答案】(1)P(s)+Cl2(g)PCl3(g)ΔH=-306 kJ·mol-1

(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)ΔH=+93 kJ·mol-1

(3)-399 kJ·mol-1　=

【解析】(1)由题图看出，1 mol P在Cl2中燃烧生成PCl3(g)放出的热量为306 kJ，所以P与Cl2反应

生成PCl3的热化学方程式为P(s)+Cl2(g)PCl3(g)　ΔH=-306 kJ·mol-1。

(2)中间产物PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量，其ΔH=-93 kJ·mol-1，所以PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)　ΔH=+93 kJ·mol-1。

(3)由盖斯定律可知，一步生成PCl5和两步生成PCl5的热效应相等，即ΔH3=ΔH4=ΔH1+ΔH2=-399 kJ·mol-1。