2020届高考化学二轮复习教师用书：第10讲　化学反应与能量变化


第10讲　化学反应与能量变化
[考纲·考向·素养]
考纲要求
热点考向
核心素养
(1)了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
(2)了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
(3)了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
(4)了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
(5)了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
(6)理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
(1)焓变与反应热
(2)热化学方程式及盖斯定律的应用
宏观辨识与微观探析：从宏观和微观相结合的视角分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构化学键之间的联系。
变化观念与平衡思想：能运用守恒的观点分析化学变化，并能运用化学计量单位定量分析化学变化及其伴随发生的能量转化。

1．一念对错(正确的划“√”，错误的划“×”)
(1)如图表示燃料燃烧反应的能量变化(×)

(2)催化剂能改变反应的焓变(×)
(3)催化剂能降低反应的活化能(√)
(4)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(5)甲烷的燃烧热ΔH＝－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(×)
(6)25 ℃、101 kPa时，强酸、强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ·mol－1，则2H＋(aq)＋SO(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－114.6 kJ·mol－1(×)
(7)已知P(白磷，s)===P(红磷，s)ΔH＜0，则白磷比红磷稳定(×)
(8)已知S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1＝－Q1 kJ·mol－1，S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－Q2 kJ·mol－1，则Q1＜Q2(√)
(9)已知反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－99 kJ·mol－1中的相关化学键能如下：
化学键
H—H
C—O
C≡O
H—O
C—H
E/(kJ·mol－1)
436
343
x
465
413
则x＝976(√)
(10)500 ℃、30 MPa下，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1；将1.5 mol H2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量19.3 kJ(×)
2．写出下列反应的热化学方程式
(1)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和H2，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式：_________________________________
________________________________________________________________________。
(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s)，放热44.4 kJ，该反应的热化学方程式：_______________________
________________________________________________________________________。
(3)1 mol CH3OH(l)在O2(g)中完全燃烧，生成CO2(g)和H2O(l)，放出443.5 kJ热量：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示(假设该反应反应完全)。

试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式：_______________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　ΔH＝－216.0 kJ·mol－1
(2)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s)　ΔH＝－177.6 kJ·mol－1
(3)CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
(4)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－2(c＋b－a)kJ·mol－1
3．试比较下列三组ΔH的大小：
(1)A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1＜0
A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2＜0
ΔH1________ΔH2(填“＞”“＜”或“＝”，下同)。
(2)P4(g)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1＜0
P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH2＜0
则ΔH1________ΔH2。
(3)C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＜0
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2＜0
则ΔH1________ΔH2。
答案：(1)＞　(2)＜　(3)＜

考点一　反应热
[真题引领]
1．(2019·江苏，T11)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
解析：A　[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ΔH<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：ΔH＝反应中断裂旧共价键的键能之和－反应中形成新共价键的键能之和，故D错误。]
2．(2018·北京，7)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
解析：D　[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―→CH3COOH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；故选D。]
3．(2018·海南化学)(双选)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二氧化硫。下列说法正确的是(　　)

A．每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量
B．水可使活化氧分子的活化能降低0.42 eV
C．氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程
D．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
解析：CD　[由图可知每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量，A错误；水可使活化氧分子的活化能升高0.42 eV，B错误。]
4．(1)(2017·全国卷Ⅰ，节选)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为________________、________________________________________________________________________，
制得等量H2所需能量较少的是________。
(2)(2017·天津理综，7(3))0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为_____________。
(3)(2016·天津理综)硅和氯两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物，恢复至室温，放热687 kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为－69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)①H2SO4(aq)===SO2(g)＋H2O(l)＋O2(g)　ΔH1＝＋327 kJ·mol－1
②SO2(g)＋I2(s)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq)　ΔH2＝－151 kJ·mol－1
③2HI(aq)===H2(g)＋I2(s)　ΔH3＝＋110 kJ·mol－1
④H2S(g)＋H2SO4(aq)===S(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH4＝＋61 kJ·mol－1
①＋②＋③，整理可得系统(Ⅰ)的热化学方程式H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋286 kJ·mol－1；
②＋③＋④，整理可得系统(Ⅱ)的热化学方程式H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20 kJ·mol－1。
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)。
(3)Si与Cl2生成Si的最高价化合物为SiCl4，根据SiCl4的熔、沸点可知其室温下状态为液态，故该反应的热化学方程式为Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1。
答案：(1)H2O(l)===H2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋286 kJ·mol－1
H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20 kJ·mol－1　系统(Ⅱ)
(2)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g)
ΔH＝－85.6 kJ·mol－1
(3)Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)
ΔH＝－687 kJ·mol－1

[知能必备]
1．产生化学反应热效应的原因

(1)从宏观角度分析
ΔH＝H1生成物的总能量－H2反应物的总能量。
(2)从微观角度分析
ΔH＝E1反应物的键能总和－E2生成物的键能总和。
(3)从活化能角度分析
ΔH＝E1正反应活化能－E2逆反应活化能。
2．热化学方程式书写和正误判断的六个易错点

3．反应热的大小比较方法
(1)利用盖斯定律比较。
(2)同一反应的生成物状态不同时，如A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1，A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。
(3)同一反应的同一反应物状态不同时，如A(s)＋B(g)===C(g)　ΔH1，A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。
(4)两个有联系的反应相比较时，如①2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH1；②2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH2；
③2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH3，ΔH1与ΔH2比较。利用反应②(包括ΔH2)乘以某计量数减去反应①(包括ΔH1)乘以某计量数，即得出ΔH3＝ΔH2×某计量数－ΔH1×某计量数，根据ΔH3小于0进行比较。
[题组训练]
[题组1]　能量变化图像
1．下列有关图像的叙述不正确的是(　　)

A．图Ⅰ：H2的燃烧热为245 kJ·mol－1
B．图Ⅱ：b可能为使用催化剂的曲线，活化能降低
C．图Ⅱ：恒温恒容时，向容器中充入1 mol N2、3 mol H2，充分反应后放热小于92.2 kJ
D．图Ⅲ：HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋90.7 kJ·mol－1
解析：A　[根据燃烧热的概念，H2的燃烧热为1 mol H2(g)完全燃烧生成稳定氧化物H2O(l)时所放出的热量，由图Ⅰ可知H2O为气态，A项叙述错误。由图Ⅱ可知，曲线b的活化能低于a的，b可能使用了催化剂，B项叙述正确。由于N2与H2合成NH3为可逆反应，故充分反应后达到平衡时放热小于92.2 kJ，C项叙述正确。由图Ⅲ可知，HgO(s)分解为Hg(l)和O2(g)为吸热反应，热化学方程式书写正确，D项叙述正确。]
2．中国研究人员研制一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如下图所示

下列说法不正确的是(　　)
A．整个过程实现了光能向化学能的转化
B．过程Ⅱ放出能量并生成了O—O键
C．总反应2H2O→2H2＋O2
D．过程Ⅲ属于分解反应也是吸热反应
解析：D　[A.由图可知，利用太阳光在催化剂表面实现水分解为氢气和氧气，光能转化为化学能，A正确；B.过程Ⅱ生成了O—O键，释放能量，B正确；C.该过程的总反应是水分解为氢气和氧气，C正确；D.由图可知，过程Ⅲ有既有O—H键断裂，也有H—H键形成，D错误。]
[题组2]　热化学方程式书写
3．(1)在高温下， 一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。
已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
②CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH2＝＋172.5 kJ·mol－1
③S(s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH3＝－296.0 kJ·mol－1
请写出CO与SO2反应的热化学方程式：____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)硝酸厂常用催化还原方法处理尾气。CH4在催化条件下可以将NO2还原为N2。
已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－889.6 kJ·mol－1
②N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)
ΔH＝＋67.7 kJ·mol－1
则CH4还原NO2生成水蒸气和氮气的热化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，热化学方程式是由①—②—③得到。(2)根据盖斯定律，热化学方程式是由①—②得到。
答案：(1)2CO(g)＋SO2(g)===S(s)＋2CO2(g)　ΔH＝－270.0 kJ·mol－1
(2)CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－957.3 kJ·mol－1
[题组3]　反应热的比较
4．同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2＞Q1的是(　　)
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－Q1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－Q2
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q2
C．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－Q1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q2
D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－Q1
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH＝－Q2
解析：C　[反应放出或吸收的热量的多少，跟反应物和生成物的聚集状态有密切关系。A中两式仅生成物中水的状态不同，由于生成液态水比生成气态水放热多，所以Q1＞Q2；B中两式仅硫的状态不同，由于固态硫变成气态硫要吸收热量，所以Q1＞Q2；C中固态碳与氧气完全反应生成二氧化碳，放出的热量Q2应大于不完全燃烧时生成一氧化碳所放出的热量Q1；D中两式各物质的物质的量不同，有Q1＝2Q2的关系。]
5．室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)
A．ΔH2＞ΔH3
B．ΔH1＜ΔH3
C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2
D．ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
解析：B　[1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故ΔH1＞0,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热反应，故ΔH2＜0,1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水，然后1 mol CuSO4(s)再溶于水，CuSO4·5H2O的分解为吸热反应，即ΔH3＞0，根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1＜ΔH3。]
考点二　盖斯定律与反应热的计算
[真题引领]
1．(2018·全国卷Ⅰ节选)(1)已知：
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)(2018·全国卷Ⅱ节选)CH4—CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)
ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
(3)(2018·全国卷Ⅲ节选)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为________kJ·mol－1。
解析：(1)把已知两反应按顺序编号为a、b，根据盖斯定律，a式×－b式可得：N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝53.1 kJ·mol－1。
(2)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝247 kJ·mol－1。
(3)将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)，则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48 kJ·mol－1＋(－30 kJ·mol－1)＝114 kJ·mol－1。
答案：(1)53.1　(2)247　(3)114
2．(2017·全国卷Ⅲ节选)已知：As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2
2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3
则反应As2O5(s) ＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝________。
解析：将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。
答案：2ΔH1－3ΔH2－ΔH3
3．(1)(2018·天津理综)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C===O
H—H
CO(CO)
键能/kJ·mol－1
413
745
436
1 075
则该反应的ΔH＝________。
(2)(2015·全国卷Ⅰ，节选)已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)　ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________ kJ。
解析：(1)反应的ΔH＝413 kJ·mol－1×4＋745 kJ·mol－1×2－1 075 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1×2＝＋120 kJ·mol－1。
(2)根据焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和可知：2×EH－1－EH－H－EI－I＝11 kJ，得EH－I＝299 kJ。
答案：(1)＋120 kJ·mol－1　(2)299
[知能必备]
1．定义
化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，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。
2．图示：盖斯定律的理解
热化学方程式
焓变之间的关系
aA===B　
ΔH1A===B　ΔH2
ΔH2＝ΔH1或ΔH1＝aΔH2
aA===B　ΔH1
B===aA　ΔH2
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
3.反应热的计算方法
◆[方法1]　利用键能计算反应热(ΔH)
①计算公式：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能
②熟悉掌握常见物质中的化学键数目
物质
CO2
(C＝O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
金刚石
S8
(S—S)
Si
键数
2
4
6
4
1.5
2
8
2
◆[方法2]　利用盖斯定律计算反应热
根据盖斯定律计算ΔH的步骤

◆[方法3]　依据能量变化图计算反应热(ΔH)
如：已知由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示：

若生成1 mol N2，则ΔH＝(209－348)kJ·mol－1＝－139 kJ·mol－1
[题组训练]
[题组1]　盖斯定律的应用
1．某反应的能量转换如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
B．ΔH1＜0、ΔH2＞0、ΔH3＜0
C．将煤转化为H2(g)和CO(g)后燃烧与煤直接燃烧放出的热量一样多
D．将煤转化为水煤气后再燃烧，从提高煤燃烧利用率看是得不偿失
解析：D　[由盖斯定律可知，ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，A项正确；反应1是放热反应、反应2是吸热反应、反应3是放热反应，故ΔH1＜0、ΔH2＞0、ΔH3＜0，B项正确；将煤转化为H2(g)和CO(g)是吸热过程，根据盖斯定律可知，将煤转化为H2(g)和CO(g)后燃烧与煤直接燃烧放出的热量一样多，C项正确；将煤转化为水煤气后再燃烧，提高了煤燃烧利用率，D项错误。]
2．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ΔH1＜0
B．相同条件下，HCl的ΔH2比HBr小
C．相同条件下，HCl的ΔH3＋ΔH4比HI大
D．一定条件下，气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量，则该条件下ΔH2＝＋a kJ·mol－1
解析：D　[HF气体溶于水放热，则HF气体溶于水的逆过程吸热，即HF的ΔH1＞0，A项错误；由于HCl比HBr稳定，故相同条件下HCl的ΔH2比HBr大，B项错误；ΔH3＋ΔH4代表H(g)→H＋(aq)的焓变，与HCl和HI无关，C项错误；形成1 mol H—X键放出a kJ能量，则断开1 mol H—X键形成气态原子吸收a kJ能量，即ΔH2＝＋a kJ·mol－1，D项正确。]
[题组2]　反应热的计算
3．已知几种化学键的键能和热化学方程式如下：
化学键
H—N
N—N
Cl—Cl
N≡N
H—Cl
键能/
(kJ·mol－1)
391
193
243
946
432
N2H4(g)＋2Cl2(g)===N2(g)＋4HCl(g)　ΔH。下列推断正确的是(　　)
A．H(g)＋Cl(g)===HCl(g)　ΔH＝＋432 kJ·mol－1
B．断裂1 mol Cl—Cl键吸收能量比断裂1 mol N≡N键多703 kJ
C．上述反应中，ΔH＝－431 kJ·mol－1
D．上述反应中，断裂极性键和非极性键，只形成极性键
解析：C　[形成化学键时放出能量，A项错误；根据表格数据知，氯氯键的键能小于氮氮三键键能，B项错误；反应热等于断裂化学键的总键能与形成化学键的总键能之差，ΔH＝(391×4＋193＋243×2－946－432×4) kJ·mol－1＝－431 kJ·mol－1，C项正确；反应物N2H4中含极性键和非极性键，氯气中含非极性键，产物氮气中含非极性键，氯化氢中含极性键，所以该反应中断裂和形成的化学键都有极性键和非极性键，D项错误。]
4．向Na2CO3溶液中滴加盐酸，反应过程中能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．反应HCO(aq)＋H＋(aq)===CO2(g)＋H2O(l)为放热反应
B．CO(aq)＋2H＋(aq)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
C．ΔH1＞ΔH2，ΔH2＜ΔH3
D．H2CO3(aq)===CO2(g)＋H2O(l)，若使用催化剂，则ΔH3变小
解析：B　[由题意可知，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，则反应HCO(aq)＋H＋(aq)===CO2(g)＋H2O(l)为吸热反应，A错误；反应CO(aq)＋2H＋(aq)===CO2(g)＋H2O(l)分三步进行：CO(aq)＋2H＋(aq)―→HCO(aq)＋H＋(aq)―→H2CO3(aq)―→CO2(g)＋H2O(l)，则该反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，B正确；由图可知，反应CO(aq)＋2H＋(aq)===HCO(aq)＋H＋(aq)放出的能量比反应HCO(aq)＋H＋(aq)===H2CO3(aq)放出的能量多，则有ΔH1＜ΔH2，C错误；使用催化剂能改变反应的活化能，从而改变反应速率，但反应热不变，故ΔH3不变，D错误。]

1．中国学者在水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题，该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下：

下列说法正确的是(　　)
A．过程Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程
B．过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C．使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D．图示过程中的H2O均参与了反应过程
解析：D　[A.根据反应过程示意图，过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂的过程为吸热过程，故A错误；B.过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气，H2中的化学键为非极性键，故B错误；C.催化剂不能改变反应的ΔH，故C错误；D.根据反应过程示意图，过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ也是水分子中的化学键断裂的过程，过程Ⅲ中形成了水分子，因此H2O均参与了反应过程，故D正确。]
2．N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程(图甲)及能量变化过程(图乙)如下：

下列说法正确的是(　　)
A．由图甲可知：ΔH1＝ΔH＋ΔH2
B．由图乙可知：ΔH＝－226 kJ·mol－1
C．为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O
D．由图乙可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
解析：B　[①N2O(g)＋Pt2O＋(s)===Pt2O(s)＋N2(g)　ΔH1，②Pt2O(s)＋CO(g)===Pt2O＋(s)＋CO2(g)　ΔH2，结合盖斯定律计算①＋②得到Na2O(g)＋CO(g)===CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A错误；由图乙分析可知，反应物能量高于生成物的能量，反应为放热反应，反应焓变ΔH＝134 kJ·mol－1－360 kJ·mol－1＝－226 kJ·mol－1，B正确；反应过程中Pt2O＋和Pt2O参与反应后又生成，不需要补充，C错误；正反应的活化能(E1＝134 kJ·mol－1)小于逆反应的活化能(E2＝360 kJ·mol－1)，D错误。]
3．下列依据热化学方程式得出的结论正确的是(　　)
A．若S(单斜，s)===S(斜方，s)
ΔH＝－0.33 kJ·mol－1，则单斜硫比斜方硫稳定
B．若2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－2 687.2 kJ·mol－1，则C2H2(g)的燃烧热
ΔH＝－1 343.6 kJ·mol－1
C．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则NaOH(s)与稀盐酸完全中和生成1 mol H2O(l)时，放出57.3 kJ的热量
D．已知2H2S(g)＋O2(g)===2S(g)＋2H2O(l)　ΔH1；
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2，则ΔH1＜ΔH2
解析：B　[单斜硫转化为斜方硫的反应为放热反应，说明等质量的斜方硫能量比单斜硫的低，能量越低的物质越稳定，A项错误；燃烧热为1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，B项正确；NaOH固体溶于水放热，C项错误；物质完全燃烧时放热更多，而比较ΔH1和ΔH2时要带上正负号比较，D项错误。]
4．利用图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。

下列推断正确的是(　　)
A．2H2O2(l)2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＞0
B．N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＞0
C．烧瓶A中气体颜色比烧瓶B中的深
D．2 mol NO2(g)的总能量低于1 mol N2O4(g)的总能量
解析：B　[由图(a)可知，H2O2的分解反应是放热反应，即ΔH＜0，A项错误；由图(b)知，NO2生成N2O4时放出热量。则N2O4分解时吸收热量，B项正确；对于图(c)，因为NO2呈红棕色，B对应烧杯中水的温度较高，促进平衡2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0向左移动，故烧瓶B中气体颜色加深，C项错误。根据图(b)知，2 mol NO2(g)的总能量高于1 mol N2O4(g)的总能量，D项错误。]
5．已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2
③S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3
④S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4
⑤4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)　ΔH5
⑥4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH6
以下表述不正确的是(　　)
A．ΔH1＜ΔH2　　　　　 B．ΔH3＞ΔH4
C．ΔH5＜ΔH6 D．ΔH5＞ΔH6
解析：D　[能量：H2O(l)＜H2O(g)，燃烧为放热反应，生成H2O(l)时放热较多，故ΔH1＜ΔH2，A项正确；能量；S(s)＜S(g)，燃烧为放热反应，S(g)燃烧放出热量较多，故ΔH3＞ΔH4，B项正确；⑤－⑥可得铝与Fe2O3的铝热反应方程式，铝热反应是放热反应，即ΔH5－ΔH6＜0，故ΔH5＜ΔH6，C项正确，D项错误。]
6．三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，其催化剂表面物质转化的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．转化过程中，氮元素均被还原
B．依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程
C．还原过程中生成0.1 mol N2，转移电子数为0.5 mol
D．三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化
解析：D　[根据图中信息可知，NOx被氧气氧化得到硝酸盐，硝酸盐还原产生氮气，A项错误；催化剂参与储存和还原过程，反应前后质量和化学性质不变，B项错误；还原过程中氮元素从＋5价降为0价，生成0.1 mol N2，转移电子数为1.0 mol，C项错误；三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化，转化为无污染的气体再排放，D项正确。]
7．碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)

A．碳是构成有机物的主要元素
B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程
C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一
D．石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志
解析：D　[有机物中一定含有碳元素，A项正确；光合作用是利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程，B项正确；化石燃料大量燃烧生成的二氧化碳和烃类，均能产生温室效应，C项正确；乙烯的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志，D项错误。]
8．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
解析：D　[水由510 ℃的气态变为25 ℃的液态放热，ΔH5＜0，A项错误；由图可知，有关ΔH1与ΔH2的反应进行时，反应物与生成物的温度不同，ΔH1＋ΔH2≠0，B项错误；由图可知，ΔH3＞0，ΔH4＜0，ΔH5＜0，所以ΔH3≠ΔH4＋ΔH5，C项错误；根据能量守恒定律，ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0，D项正确。]
9．CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：
①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1；
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1；
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)
ΔH3＝c kJ·mol－1。
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＞0
B．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝－2b kJ·mol－1
C．CO2与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%
D．2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)　ΔH＝(2a＋4b－c) kJ·mol－1
解析：D　[燃烧为放热反应，ΔH1＜0，A项错误；反应②中水的状态为气态，B项错误；原子利用率为100%是指反应物的原子全部转化到目标产物中，C项错误；根据盖斯定律①×2＋②×4－③得：2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)　ΔH＝(2a＋4b－c) kJ·mol－1，D项正确。]
10．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·mol－1，V2O5存在时，该反应机理为V2O5＋SO2―→2VO2＋SO3(快)；4VO2＋O2―→2V2O5(慢)。
下列说法正确的是(　　)
A．反应速率主要取决于V2O5的质量
B．VO2是该反应的催化剂
C．逆反应的活化能大于198 kJ·mol－1
D．升高温度，该反应的ΔH增大
解析：C　[V2O5是固体，该反应速率取决于第二步反应，A项错误；V2O5为催化剂，B项错误；反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，故逆反应的活化能大于198 kJ·mol－1，C项正确；温度不影响反应热，D项错误。]
11．(2019·河北衡水期中)已知：①CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH1；②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH2。
下列推断正确的是(　　)
A．若CO的燃烧热为ΔH3，则H2的燃烧热为ΔH3－ΔH1
B．反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1
C．若反应②的反应物总能量低于生成物总能量，则ΔH2＜0
D．若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多，则ΔH1＞0
解析：B　[若CO的燃烧热为ΔH3，则③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3，根据盖斯定律，③－①得H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH4＝ΔH3－ΔH1，但生成的水不是液态，故H2的燃烧热不是ΔH3－ΔH1，A错误；根据盖斯定律，由②－①得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝ΔH2－ΔH1，B正确；若反应②的反应物总能量低于生成物总能量，则该反应为吸热反应，ΔH2＞0，C错误；若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多，则ΔH3＜ΔH4，ΔH1＝ΔH3－ΔH4＜0，D错误。]
12．已知：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－x kJ·mol－1。蒸发1 mol H2O(l)需要吸收的热量为44 kJ，其他相关数据如下表：

NH3(g)
O2(g)
NO(g)
H2O(g)
1 mol分子中的
化学键断裂时需
要吸收的能量
a kJ
b kJ
z kJ
d kJ
则表中z(用x、a、b、d表示)的大小为(　　)
A.
B.
C.
D.
解析：A　[由题给条件可得6H2O(l)===6H2O(g)　ΔH＝＋264 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将此式与题干中热化学方程式相加得4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－(x－264) kJ·mol－1，依据键能与反应热的关系可得4a＋5b－(4z＋6d)＝－(x－264)，解得z＝，A项正确。]
13．氨在工农业生产中应用广泛。在压强为30 MPa时，合成氨时平衡混合气体中NH3的体积分数与温度的关系如表所示：
温度/℃
200
300
400
500
600
氨的体积分数/%
89.9
71.0
47.0
26.4
13.8
请回答下列问题：
(1)根据表中数据，结合化学平衡移动原理，说明合成氨反应是放热反应的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)据图写出合成氨反应的热化学方程式：_______________________________
________________________________________________________________________。

(3)将1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量________(填“大于”“等于”或“小于”)92.2 kJ，原因是____________
________________________________________________________________________；
若加入催化剂，ΔH＝________(填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)已知分别破坏1 mol N≡N键、1 mol H—H键时需要吸收的能量为946 kJ、436 kJ，则破坏1 mol N—H键需要吸收的能量为________kJ。
(5)N2H4可视为NH3分子中的H被—NH2取代的产物。发射卫星时以N2H4(g)为燃料、NO2为氧化剂，二者反应生成N2和H2O(g)。
已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)
ΔH1＝＋67.7 kJ·mol－1
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－534 kJ·mol－1
则1 mol N2H4与NO2完全反应的热化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(3)合成氨的反应是可逆反应，1 mol N2(g)和3 mol H2(g)不能完全反应生成2 mol NH3(g)，故测得反应放出的热量小于92.2 kJ。
(4)设破坏1 mol N—H键需吸收的能量为x kJ，则946＋436×3－6x＝－92.2，x≈391。
(5)N2H4和NO2反应的化学方程式为N2H4(g)＋NO2(g)===N2(g)＋2H2O(g)，依据盖斯定律可得此反应的ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－567.85 kJ·mol－1。
答案：(1)温度升高，平衡向吸热反应方向移动，因氨在混合气体中的体积分数减小，故正反应是放热反应
(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.2 kJ·mol－1
(3)小于　该反应是可逆反应，反应物不能全部转化为生成物　不变
(4)391
(5)N2H4(g)＋NO2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－567.85 kJ·mol－1
14．根据已知热化学方程式写出下列变化的热化学方程式：
(1)用H2或CO催化还原NO可达到消除污染的目的。
已知：①2NO(g)===N2(g)＋O2(g)
ΔH＝－180.5 kJ·mol－1
②2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1
则用H2催化还原NO消除污染的热化学方程式是__________________________
________________________________________________________________________。
(2)将H2与CO2以4∶1的体积比混合，在适当的条件下制得CH4。已知：
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是__________________
________________________________________________________________________。
(3)已知：
①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1
②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1
③S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q3 kJ·mol－1
工业上常用CO将SO2还原为单质硫，该反应的热化学方程式是________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，由①－②即得2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－752.1 kJ·mol－1。
(2)利用盖斯定律，由4×②－①得CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。
(3)SO2与CO反应的化学方程式为SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)，运用盖斯定律，由2×②－③－①即得该反应的ΔH＝(Q1－2Q2＋Q3) kJ·mol－1。
答案：(1)2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－752.1 kJ·mol－1
(2)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－252.9 kJ·mol－1
(3)SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)
ΔH＝(Q1－2Q2＋Q3) kJ·mol－1