训练(15) 反应热的测量与计算 能源的充分利用-2024年高一化学暑假作业（江苏专版）

训练(十五)　反应热的测量与计算　能源的充分利用 知识点一 中和反应反应热的测量 1.原理 通常以盐酸与氢氧化钠溶液反应为例测定中和反应的反应热。 2．实验中用到的仪器和药品 (1)实验仪器(如下图)。 (2)实验药品：0.50 mol·L－1的盐酸、0.50 mol·L－1的氢氧化钠溶液。 3．测定的实验步骤 (1)测量反应前初始温度 ①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度(T1)。 ②另取一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度(T2)。 (2)测量反应后最高温度 将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出反应体系的最高温度(T3)并记录。 (3)重复上述实验操作步骤三次，记录每次的实验数据，取每次测得反应前后温度变化的平均值作为计算依据。 4．实验数据处理与计算 ΔH＝－。 提高中和反应反应热的测定准确度的措施 (1)原理方面 ①为使测得的数据更准确，酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液(浓度不宜过大，避免稀释放热，也要避免浓度过小)。测定实验中若用弱酸或弱碱，因其电离吸热使测定数值偏小；若用浓酸或浓碱，因其稀释放热使测定数值偏大。 ②为保证盐酸被完全中和，碱的浓度应稍大些。 (2)操作方面 ①“快”：实验操作要快，尽量减小热量散失。 ②“准”：准确测量溶液温度和体积。在测量反应混合液的温度时，温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部，要随时读取温度值，记录下最高温度值。 (3)仪器方面 ①不可将温度计当搅拌器使用；环形玻璃搅拌棒应上下移动。 ②应使用玻璃搅拌器，不能用金属搅拌器代替。　 知识点二 盖斯定律及其应用 1.内容：一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。 例如，如图分别有三个途径：(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)。 则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。 2．本质：在恒压条件下，化学反应的热效应________(填“大于”“小于”或“等于”)焓变(ΔH)，而ΔH仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。可见，在上述条件下，化学反应热效应的计算就是反应焓变的计算。 3．应用：可以应用该定律间接地把不易测定的反应的反应热计算出来。 4．运用盖斯定律求反应热的计算原则 (1)若一个反应的焓变ΔH＝a kJ·mol－1，则其逆反应的焓变ΔH＝－a kJ·mol－1。 (2)若一个反应化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而得到。 知识点三 能源的充分利用 1.能源 (1)能源的概念 能源是指可以提供能量的自然资源，它包括________、________、________、________、________等。 (2)能源的分类 (3)能源危机的解决方法 开发新能源，节约现有能源，提高能源的利用率。 2．标准燃烧热和热值 (1)标准燃烧热 ①定义：在101 kPa下，1 mol物质完全燃烧的反应热。 ②表示意义： CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，表示在101 kPa条件下，1 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出的热是 890.3 kJ。 (2)热值：1 g物质完全燃烧的反应热。 (3)完全燃烧的标准：物质中所含有的氮元素转化为N2(g)，氢元素转化为H2O(l)，碳元素转化为CO2(g)。 (1)书写表示标准燃烧热、中和热的热化学方程式时的注意事项 　 1．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是(　　) A．H2O的分解反应是放热反应 B．氢能源已被普遍使用 C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量 D．氢气是不可再生能源 2．下列分别是利用不同能源发电的实例，其中不属于新能源开发利用的是(　　) 3．在实验室进行中和热测定实验，下列有关叙述错误的是(　　) A．保温层的作用是减少热量损失 B．测量终止温度时，应当记录混合溶液的最高温度 C．为了使酸碱充分反应，应当快速一次倒入NaOH溶液并搅拌 D．可用金属材质的环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 4．某实验小组学生用50 mL 0.50 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L的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计算反应热。下列说法不正确的是(　　) A．若改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，从理论上说所求反应热不变 B．图中实验装置缺少环形玻璃搅拌棒 C．烧杯间填满碎纸条的作用是防止热量损失，减少实验误差 D．如图条件下实验过程中没有热量损失 5．中和热是在稀溶液中，强酸、强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量，中和热为57.3 kJ·mol－1。下列热化学方程式中正确的是(　　) A．HNO3(aq)＋KOH(aq)===H2O(l)＋KNO3(aq) 　ΔH>－57.3 kJ·mol－1 B．HNO3(aq)＋NH3·H2O(aq)===H2O(l)＋NH4NO3(aq)　ΔH<－57.3 kJ·mol－1 C．CH3COOH(aq)＋KOH(aq)===H2O(l)＋CH3COOK(aq)　ΔH<－57.3 kJ·mol－1 D．CH3COOH(aq)＋NH3·H2O(aq)===H2O(l)＋CH3COONH4(aq)　ΔH>－57.3 kJ·mol－1 6．已知碳的气化反应过程部分化学反应的热化学方程式为①C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1 ②C(s)＋O2(g)===CO2 (g)　ΔH2 ③C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3。则催化重整反应CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)的ΔH为(　　) A．2ΔH3－ΔH1－ΔH2 B．2ΔH3－ΔH1＋ΔH2 C．2ΔH3＋ΔH1－ΔH2 D．2ΔH3－ΔH1－2ΔH2 7．下列关于如图所示转化关系(X代表卤素)的说法不正确的是(　　) A．ΔH3<0 B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝0 C．按照Cl、Br、I的顺序，ΔH2依次减小 D．一定条件下，断裂1 mol气态HX中化学键需要吸收a kJ能量，则该条件下ΔH3＝－2a kJ·mol－1 8．以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如下： 相关反应的热化学方程式为： 反应Ⅰ：SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(l)===2HI(aq)＋H2SO4(aq)　ΔH1＝－213 kJ·mol－1 反应Ⅱ：H2SO4(aq)===SO2(g)＋H2O(l)＋O2(g)　ΔH2＝327 kJ·mol－1 反应Ⅲ：2HI(aq)===H2(g)＋I2(g)　ΔH3＝172 kJ·mol－1 下列说法不正确的是(　　) A．该过程实现了太阳能到化学能的转化 B．SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用 C．总反应的热化学方程式为2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝286 kJ·mol－1 D．该过程使水分解制氢反应更加容易发生，但总反应的ΔH不变 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 ①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 ②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1 ③C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　 ΔH＝－5 518 kJ·mol－1 ④CH4(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，放出的热最少的是(　　) A．H2(g)　　　　　　B．CO(g) C．C8H18(l) D．CH4(g) 10．①101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1 ②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572 kJ·mol－1 ③稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 下列结论正确的是(　　) A．碳的标准燃烧热ΔH＝－110.5 kJ·mol－1 B．氢气的热值为143 kJ·g－1 C．浓硫酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol 水，放出57.3 kJ的热 D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol 水，放出57.3 kJ的热 11．盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。现根据下列3个热化学方程式： ①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－25 kJ·mol－1 ②Fe2O3(s)＋CO(g)===Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH＝－15.7 kJ·mol－1 ③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)　ΔH＝19 kJ·mol－1 试写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式：__________________________________。 12．当今世界，能源的发展日益成为全人类共同关心的问题。乙烷、二甲醚燃烧热较大，可用作燃料，下图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图。请回答下列问题： (1)乙烷的燃烧热ΔH＝______kJ·mol－1。 (2)等物质的量的液态乙烷完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热比气态乙烷________(填“多”或“少”) 。 (3)根据该图写出二甲醚燃烧的热化学方程式：________________________________________________________________________。 (4)二氧化碳是主要的温室气体，从环保角度分析，放出相同的热时，选择______(填“乙烷”或“二甲醚”)作为燃料产生的CO2较少。 答案 训练(十五)　反应热的测量与计算　能源的充分利用 [知识巩固] 知识点一 2．温度计　环形玻璃搅拌棒 4．J·℃－1 知识点二 2．等于 知识点三 1．(1)化石燃料　阳光　风力　流水　潮汐 [知能训练] 1．C　2H2O2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量，A错误，C正确；因由水制取H2耗能多且H2不易储存和运输，所以氢能源的使用并未普及，但发展前景广阔，氢气是可再生能源，B、D错误。 2．C　风能是清洁无污染的环保新能源，A不符合题意；太阳能是清洁无污染的新能源，B不符合题意；火力发电需要煤作燃料，煤是不可再生能源，C符合题意；潮汐能是新开发利用的环保新能源，D不符合题意。 3．D　保温层的作用是减少热量损失，减小测量误差，故A正确；充分反应，放出热量最多时，温度最高，测量终止温度时，应当记录混合溶液的最高温度，故B正确；为了使酸碱充分反应，应当快速一次倒入NaOH溶液并搅拌，防止热量散失，故C正确；金属材质的环形搅拌棒导热能力强，造成热量散失，产生实验误差较大，故D错误。 4．D　中和热指强酸和强碱在稀溶液中反应生成 1 mol 液态水时放出的热量，同一个反应的反应热只与反应计量数有关，因此若改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，从理论上说所求反应热不变，A正确；中和热的测定实验需要用到环形玻璃搅拌棒，题图装置缺少环形玻璃搅拌棒，B正确；本实验的关键是减少热量的损失，烧杯间填满碎纸条、盖硬纸板的作用均是防止热量损失，减小实验误差，C正确；根据装置图可知，小烧杯和大烧杯之间没有填满纸片，存在热量损失，D错误。 5．D　HNO3和 KOH分别是强酸和强碱，当其反应生成1 mol水时，放出的热量即为57.3 kJ，故反应热ΔH应等于－57.3 kJ·mol－1，故A错误；NH3·H2O是弱碱，CH3COOH是弱酸，电离吸热，故当NH3·H2O与HNO3、CH3COOH与KOH和CH3COOH与NH3·H2O生成1 mol水时，放出的热量小于57.3 kJ，则反应热ΔH应大于－57.3 kJ·mol－1，故B、C错误，D正确。 6．A　根据盖斯定律，2×③－①－②，可得CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH＝2ΔH3－ΔH1－ΔH2，故A正确。 7．B　形成化学键放出热量，即2H(g)＋2X(g)===2HX(g)　ΔH3<0，A正确；由盖斯定律可知，反应一步完成与分步完成的热效应相同， 则ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，所以ΔH1－ΔH2－ΔH3＝0，B错误；Cl2、Br2、I2中键能：Cl—Cl键>Br—Br键>I—I键，由于断裂化学键吸热，则吸收的热量逐渐减小，所以途径Ⅱ吸收的热量依次减小，即ΔH2依次减小，C正确；一定条件下，断裂1 mol气态HX中化学键需要吸收a kJ能量，即形成1 mol HX放出能量是 a kJ，因此形成2 mol HX放出能量为2a kJ，所以该条件下ΔH3＝－2a kJ·mol－1，D正确。 8．C　通过流程图可知，反应Ⅱ和Ⅲ实现了太阳能到化学能的转化，故A正确；根据流程可知，总反应为H2O===H2↑＋O2↑，SO2和I2起到催化剂的作用，故B正确；反应Ⅰ＋反应Ⅱ＋反应Ⅲ，得到H2O(l)===H2(g)＋O2(g)，根据盖斯定律，ΔH＝ΔH1 ＋ΔH2 ＋ΔH3 ＝(－213＋327＋172) kJ·mol－1＝286 kJ·mol－1，或者2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝572 kJ·mol－1，故C错误；由盖斯定律知ΔH只与始态和终态有关，ΔH不变，故D正确。 9．B　比较、、、的大小，可知相同质量时，CO(g)放出的热最少，故选B。 10．B　CO是C不完全燃烧的产物，所以1 mol C完全燃烧生成CO2时放出的热大于110.5 kJ，即碳的标准燃烧热ΔH<－110.5 kJ·mol－1，故A错误；H2的热值为：＝143 kJ·g－1，故B正确；浓硫酸稀释放热，浓硫酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放热大于57.3 kJ，故C错误；醋酸是弱酸，电离时吸热，所以稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放热小于57.3 kJ，故D错误。 11．解析　根据盖斯定律由①－②－③×计算得到2CO(g)＋2FeO(s)===2Fe(s)＋2CO2(g)，ΔH＝－25 kJ·mol－1－(－15.7 kJ·mol－1)－19 kJ·mol－1×≈－22 kJ·mol－1，即CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g) 　ΔH＝－11 kJ·mol－1。 答案　CO(g)＋FeO(s)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ·mol－1 12．解析　以产物1 mol H2O(l)作基准，确定a＝，b＝，c＝1，d＝，得C2H6(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH1＝－520 kJ·mol－1， CH3OCH3(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)　ΔH2＝－485 kJ·mol－1，所以乙烷的燃烧热ΔH＝－520 kJ·mol－1×3＝－1 560 kJ·mol－1。由于液态乙烷所具有的能量低于气态乙烷所具有的能量，故生成稳定氧化物时放出的热少。放出相同的热时，由热化学方程式知乙烷产生的CO2较少。 答案　(1)－1 560　(2)少 (3)CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 455 kJ·mol－1 (4)乙烷 学科网（北京）股份有限公司 $$