内容正文:
1.2 反应热的计算【两大必考点+三大秒杀招+三大题型+分层训练】
课前预习+知识精讲
知识点01盖斯定律
1.内容:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。
2.特点
(1)在一定条件下,化学反应的反应热只与反应体系的始态、终态有关,而与反应的途径无关。
(2)反应热总值一定,如图表示始态到终态的反应热。
则ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。
3.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。如:C(s)+O2(g)===CO(g)反应的ΔH无法直接测得,但下列两个反应的ΔH可以直接测得:
C(s)+O2 (g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
CO(g)+O2 (g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1
上述三个反应具有如下关系:
根据盖斯定律,ΔH1=ΔH+ΔH2,则在此温度下C(s)+O2 (g)===CO(g)反应的ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol-1-(-283.0 kJ·mol-1)=-110.5 kJ·mol-1。
4.应用盖斯定律的计算方法
(1)“虚拟路径”法
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径
①由A直接变成D,反应热为ΔH;
②由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如图所示:
则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(2)加合法
加合法就是运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。关键是将需要消去的物质先进行乘除运算,使它们的化学计量数相同,然后进行加减运算,ΔH也作相应运算。
知识点02反应热的计算
1.根据盖斯定律计算
计算反应热最基本的方法是应用盖斯定律。高考题中往往给出几个已知的热化学方程式,然后要求计算与之有关的目标热化学方程式的反应热,此时可应用盖斯定律进行计算。
2.根据热化学方程式计算
计算依据:对于相同的反应,反应热的数值与反应物参加反应的物质的量成正比。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,则根据条件先写出热化学方程式,再计算反应热。
注意:热化学方程式中各物质的化学计量数改变时,其反应热的数值应作相同倍数的改变。
3.根据燃烧热计算
根据燃烧热(ΔH)计算,要确保反应物为“1 mol”、生成物为指定产物。Q放=n(可燃物)×|ΔH|。
指定产物:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→N2(g)
4.根据图像信息计算
图像信息(a、b、c均大于0)
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=
(a-b) kJ·mol-1=-c kJ·mol-1
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=
(a-b) kJ·mol-1=+c kJ·mol-1
解题大招
大招01应用盖斯定律计算ΔH的一般步骤
解题步骤
解题思路
第一步:观察
对比已知的反应与需要求ΔH的反应,找出需要消去的物质
第二步:思考
怎样消去这些物质,是相加还是相减或需要乘以某一个数后再相加减,此过程中要特别注意“剔除无关反应”
第三步:运算
将热化学方程式按第二步的思路进行运算,得出新的热化学方程式
第四步:计算
列出算式,代入数据计算
大招02反应热的计算--根据反应物和生成物的能量计算
计算公式:ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。
大招03反应热的计算--根据反应物和生成物的键能计算
(1)计算公式:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
(2)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种类和数目,如1molH2O分子中含有2molH—O键,1molNH3分子中含有3molN—H键,1 mol P4含有6 mol P—P键,1 mol晶体硅含有2 mol Si—Si键,1 mol石墨晶体中含有1.5 mol C—C键,1 mol金刚石含有2 mol C—C键,1 mol SiO2含有4 mol Si—O键等。
题型分类
题型01 盖斯定律及其应用
【例1】在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应:
H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)=S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为
A.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3) B.ΔH4=(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=(ΔH1-ΔH2-3ΔH3) D.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
【答案】D
【解析】已知:
①H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(g) ΔH1
②2H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH2
③H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) ΔH3
根据盖斯定律(①+②-3×③)可得2S(g)=S2(g) ΔH4=ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
故选D。
【变式01】已知胆矾晶体相关的焓变如图所示,则为
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据盖斯定律可知,ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5;故选A。
【变式02】已知:①
②
则与反应生成和的热化学方程式为
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】据盖斯定律,反应①-反应②得,则,则C正确,A、B错误;或反应①×2-反应②×2得,则,则D错误,故答案为:C。
题型02 反应热的计算
【例2】已知:25℃和101kPa时,①H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol-1;②CH4(g)的燃烧热为890.3kJ·mol-1;③H2O(g)=H2O(1) △H=-44.0kJ·mol-1.则反应:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)的反应热△H为
A.-82.45kJ·mol-1 B.-164.9kJ·mol-1
C.+164.9kJ·mol-1 D.+82.45kJ·mol-l
【答案】B
【解析】根据燃烧热的定义可以得出①:H2(g)+O2(g)=H2O(1) △H=-285.8kJ/mol;②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-890.3kJ/mol;③H2O(g)=H2O(1) △H=-44.0kJ/mol,则CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)作为目标反应,目标反应=4①-②-2③,其焓变△H4=[4×(-285.8)-(-890.3)-2×(-44)]kJ/mol=-164.9kJ/mol。
故选B。
【变式01】研究表明,利用可催化消除大气污染物和,简化中间反应进程后,相对能量变化如图所示。已知的燃烧热,则的反应热为
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由图可知反应物和最终产物的能量差为(330-123)+(229-77)=359kJ,此反应为放热反应,,选C。
【变式02】如表是几种物质的标准生成热(由对应稳定单质生成1mol某种物质的焓变叫做该物质的标准生成热)。
物质
标准生成热/
-241.8
-171.8
-485.7
-464.9
根据表中数据所得结论正确的是
A.的燃烧热为
B.完全燃烧1mol ,放热171.8kJ
C.稳定性:
D.
【答案】C
【解析】A.生成气态水的反应热不是燃烧热,故A说法错误;
B.CH2=CHCH2OH(g)的标准生成热不等于其燃烧热,故B说法错误;
C.物质的能量越低越稳定,故C说法正确;
D.CH2=CHCH2OH(g)+H2O(g)⇌HOCH2CH2CH2OH(g) ΔH=ΔHf(HOCH2CH2CH2OH)-[ΔHf(CH2=CHCH2OH) +ΔHf(H2O)] =-464.9kJ⋅mol−1- (-171.8kJ⋅mol−1-241.8kJ⋅mol−1) =-51.3kJ⋅mol−1,故D说法错误;
故本题选C。
题型03反应热的大小比较
【例3】下列两组热化学方程式中,有关的关系正确的是
①
②
A.; B.;
C.; D.;
【答案】D
【解析】根据盖斯定律,ΔH2=ΔH1+6ΔH3;因H2O(g)能量高于H2O(l),故相同条件下C2H6和O2反应生成H2O(g)比生成H2O(l)放热少,两者ΔH均为负值,故ΔH1>ΔH2;Ba(OH)2与浓硫酸反应,浓硫酸溶于水放热,且生成BaSO4沉淀放热,故放热比Ba(OH)2与HNO3反应多,即ΔH4<ΔH5,故选D。
【变式01】已知常温时红磷比白磷稳定,在下列反应中:
①P4(白磷,s)+5O2(g)=2P2O5(s) H= - akJ/mol
②4P(红磷,s)+5O2(g)=2P2O5(s) H= - bkJ/mol
若a、b均大于零,则a和b的关系为
A.a<b B.a=b C.a>b D.无法确定
【答案】C
【解析】①P4(白磷,s)+5O2(g)=2P2O5(s)ΔH =-akJ/mol(a>0);
②4P(红磷,s)++5O2(g)=2P2O5(s);ΔH=-bkJ/mol(b>0);根据盖斯定律可知,①-②即得到P4(白磷,s)=4P(红磷,s),结合常温时红磷比白磷稳定,所以反应热△H=-akJ/mol+bkJ/mol<0,所以a大于b;
故选C。
【变式02】根据以下热化学方程式,和的大小比较错误的是
A. , ,则
B. , ,则
C. , ,则
D. , 则
【答案】B
【解析】A.已知 ,根据盖斯定律可得,即,故A正确;
B.已知为放热反应,根据盖斯定律可得,即,故B错误;
C.已知为吸热反应,,为放热反应,,即,故C正确;
D.已知氯元素的非金属性强于溴元素,因此氯气与氢气反应放出的热量多余溴与氢气,又因放热焓变为负值,放热越多焓变值越小,即,故D正确;
故答案选B选项。
分层训练
【基础过关】
1.在载人航天器中,可以利用与的反应,将航天员呼出的转化为等,然后通过电解得到,从而实现的再生。已知:
①
②
则反应的为
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】已知:① ;
② ;
根据盖斯定律,-①-②×2得为;
答案选B。
2.氮氧化物的治理对大气环境的净化有着重要的意义。已知:
① kJ⋅mol-1()
② kJ⋅mol-1()
在转化为的总反应中,若有标准状况下4.48 L CO被氧化,则放出的热量为
A.kJ B.kJ C.kJ D.kJ
【答案】B
【详解】本题以热化学方程式为素材,考查反应热的计算知识,意在考查理解与辨析能力,变化观念与平街思想的核心素养。
已知:① ();② (),根据盖斯定律:①×2+②可得总反应 ,若有标准状况下4.48L(0.2mol) CO被氧化,则放出的热量kJ,B项正确。
3.下列说法正确的是
A.吸热反应一定需要加热才能发生
B.高温煅烧石灰石既属于氧化还原反应,又属于吸热反应
C.已知,,则
D.由,可知:金刚石比石墨更稳定
【答案】C
【详解】A.吸热反应不一定需要加热才能发生,如:晶体和晶体反应,A错误;
B.高温煅烧石灰石不属于氧化还原反应,但属于吸热反应,B错误;
C.碳完全燃烧生成,放出的热量多,不完全燃烧生成CO放出的热量少,两者△H均为负值,,C正确;
D.能量越低越稳定,由热化学方程式可知,石墨的能量低,石墨比金刚石更稳定,D错误;
故答案为:C。
4.在一定条件下,和CO燃烧的热化学方程式如下:
如果有和CO的混合气体充分燃烧,放出的热量为262.9kJ,生成的用过量的饱和石灰水完全吸收,可得到50g白色沉淀。则混合气体中和CO的体积比为
A.1:2 B.1:3 C.2:3 D.3:2
【答案】C
【详解】设CH4为amol,CO为bmol,石灰水过量时只生成碳酸钙,根据CaCO3~CO2,根据碳元素守恒:amol+bmol= =0.5mol, 由CH4和CO的燃烧的热化学方程式及放出的热量,可得:890kJ/mol×amol+kJ/mol×bmol=262.9kJ,解得a=0.2、b=0.3,则混合气体中CH4和CO的体积比=物质的量之比=0.2mol:0.3mol=2:3,故选C。
5.下列说法正确的是
A.对于有气体参与的化学反应,加压可使活化分子百分数增大,化学反应速率加快
B.反应热的大小与物质能量和键能均有关系,一般键能越大,物质能量越高
C.在一定温度和压强下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出热量19.3kJ,则其热化学方程式为N2(g)+H2(g)NH3(g) △H=-19.3kJ/mol
D.已知:①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H1,②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2,则△H1>△H2
【答案】D
【详解】A.加压不能增加活化分子百分数,A错误;
B.反应热的大小与物质能量和键能均有关系,一般键能越大,物质越稳定,物质能量越低,B错误;
C.可逆反应不能进行到底,而可逆反应的反应热表示反应物完全转化为生成物时吸收或放出的热量,故热化学方程式中△H>-19.3kJ/mol,C错误;
D.氢气和氧气反应生成水是放热反应,和反应①比,反应②多了气态水转化为液态水的过程,放热更多热量,则ΔH1>ΔH2,D正确;
本题选D。
6.一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如下,其中、代表或中的一种,下列说法正确的是
A.a、c分别是、
B.d既可以是,也可以是
C.直接加热得到的产物难以分离,温度降低又结合成
D.等压条件下,反应①、②的反应热之和,小于氯化铵直接分解的反应热
【答案】C
【分析】由图可知,反应①为氯化铵与氧化镁反应生成氨气和碱式氯化镁,反应②碱式氯化镁受热分解生成氧化镁和氯化氢,则a为氨气、b为碱式氯化镁、c为氯化氢、d为氧化镁。
【详解】A.由分析可知,a为氨气、c为氯化氢,故A错误;
B.由分析可知,b为碱式氯化镁、d为氧化镁,故B错误;
C.氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢,氨气和氯化氢遇冷重新反应生成氯化铵,所以直接加热氯化铵得到的产物难以分离,故C正确;
D.反应①和反应②相加即为氯化铵直接分解的反应,由盖斯定律可知,等压条件下,反应①、反应②的反应热之和等于氯化铵直接分解的反应热,故D错误;
故选C。
7.下列依据热化学方程式得出的结论中,正确的是
A.已知 ,则在一定条件下将和置于一密闭容器中充分反应,放出的热量为
B.已知 ,则金刚石比石墨稳定
C.在稀溶液中: ,若将含的溶液与含的溶液混合,放出的热量为
D.已知 ; ;则
【答案】D
【详解】A. ,该反应为可逆反应,在一定条件下将和置于一密闭容器中充分反应,生成氨气的物质的量小于4mol,放出的热量小于,A错误;
B. ,则石墨的能量小于金刚石,能量越低越稳定,则石墨比金刚石稳定,B错误;
C.在稀溶液中: ,若将含的溶液与含的溶液混合,由于反应生成1mol硫酸钡和2molH2O,因生成BaSO4时也放热,所以放出的热量大于,C错误;
D.已知:① ;② ,由①-②式得:,因固态S变成气态S需要吸热,则,即,D正确;
故选D。
8.下列关于化学反应热效应的描述中正确的是
A.一定条件下,和充分反应生成,放热79.2kJ,则该反应的热化学方程式为
B.乙烷燃烧热的热化学方程式为:
C.已知条件下: 、 ,则比稳定
D.已知 ,则
【答案】A
【详解】A.根据反应热与反应物或生成物的物质的量成正比可知,一定条件下,和充分反应生成,放热79.2kJ,则该反应的热化学方程式为 ,A正确;
B.燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成指定稳定的物质(其中水为液态),则乙烷燃烧热的热化学方程式为: ,B错误;
C.根据盖斯定律可知,已知条件下: 、 ,3O2(g)2O3(g) =+284.2kJ/mol,即等质量的O3具有的总能量比O2多,则比稳定,C错误;
D.已知 ,即HF解离成离子吸收的热小于离子水合释放的热,HF电离为放热过程,则氢氟酸与强碱稀溶液生成1mol水放热大于57.3kJ,所以 ,D错误;
故答案为:A。
9.S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。
已知:① S(单斜,s)+O2(g)=SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ·mol-1
② S(正交,s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ·mol-1
③ S(单斜,s) =S(正交,s) ΔH3
下列说法正确的是
A.单斜硫转化为正交硫的过程是物理变化
B.S(单斜,s)= S(正交,s) ΔH3>0,单斜硫比正交硫稳定
C.S(单斜,s)= S(正交,s) ΔH3<0,正交硫比单斜硫稳定
D.等质量的单斜硫和正交硫分别在氧气中充分燃烧,后者放热多
【答案】C
【详解】A.单斜硫与正交硫是不同的物质,单斜硫转化为正交硫的过程是化学变化,故A错误;
B.由盖斯定律可知,反应①-②=③,所以△H3=(-297.16kJ•mol-1)-(-296.83kJ•mol-1)=-0.33kJ/mol, ΔH3<0,故B错误;
C.由上一选项分析可知,S(单斜,s)= S(正交,s) ΔH3<0,正交硫能量更低,比单斜硫更稳定,故C正确;
D.由上述分析可知,单斜硫的能量高于正交硫,等质量的单斜硫和正交硫分别在氧气中充分燃烧,前者放热多,故D错误;
答案选C。
10.二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①
②
若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】根据盖斯定律,①+②得ΔH==-49,反应①吸热,若反应①为慢反应,说明反应①活化能大于反应②的活化能,总反应放热,能体现上述反应能量变化的是A。
答案选A。
11.(多选)已知:C、的燃烧热分别是(铁的燃烧热是按生成计算)。下列说法正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】CD
【详解】A.C和CO完全燃烧后都生成CO2,C不完全燃烧生成CO为放热反应,故C燃烧放出的热量更多,焓变更小,故,A错误;
B.燃烧热是1mol物质完全燃烧,生成稳定化合物放出的热量,B错误;
C.铁的燃烧热是按生成计算,符合燃烧热的定义,C正确;
D.反应②,反应③,反应④,根据盖斯定律,④=②×3-③×2,故,D正确;
答案选CD。
12.(多选)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同,200℃时在Cu表面分解的机理如图。
已知200℃时:
反应Ⅰ:3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g)ΔH1=−32.9kJ·mol−1;
反应Ⅱ:N2H4(g)+H2(g)=2NH3(g)ΔH2=−41.8kJ·mol−1
下列说法正确的是
A.图所示过程②是放热反应
B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图所示
C.断开3molN2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1molN2(g)的化学键释放的能量
D.200℃时,肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH=+50.7kJ·mol−1
【答案】BD
【解析】反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应;氢气和氮气合成氨气的反应为放热反应,由此解题。
【详解】A.图示中,过程②为氨气分解生成氢气和氮气的过程,为吸热反应,故A错误;
B.反应Ⅱ为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能,与图中吻合,故B正确;
C.反应Ⅰ为烦热反应,从键能的角度来看,断开3mol中的化学键吸收的能量小于形成1mol和4mol中化学键所放出的能量,故C错误;
D.根据盖斯定律,由(反应Ⅰ-反应Ⅱ×2)可得肼分解成氮气和氨气的热化学方程式为;
故选BD。
13.(多选)俄乌冲突爆发以来,许多西方国家宣布制裁俄罗斯,制裁范围涵盖俄罗斯的猫、树以及该国的文艺作品等,但俄罗斯的石油和天然气目前并不在制裁之列。 设NA为阿伏加德罗常数的值。已知反应:
①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=akJ•mol-1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=bkJ•mol-1
其他数据如表所示,下列说法正确的是
化学键
C=O
O=O
C-H
O-H
键能/(kJ•mol-1)
798
x
413
463
A.b<a,且甲烷的摩尔燃烧焓为bkJ•mol-1
B.H2O(g)=H2O(l) ΔH=(a-b)kJ•mol-1
C.上表中x=
D.利用反应①设计的原电池电解精炼铜,当负极输出0.2NA个电子时。理论上电解槽的阴极质量增重6.4g
【答案】CD
【详解】A.反应① ②都是甲烷燃烧,所有的燃烧都是放热反应,反应热ΔH<0,等量的甲烷完全燃烧生成液态水比生成气态水放出的热量多,因ΔH为负值,放出的热量越多,ΔH越小,因此放出的,摩尔燃烧焓为生成液态水的焓变,故甲烷的摩尔燃烧焓为a,故A错误;
B.已知:①
②根据盖斯定律(①-②)可得: ,故B错误;
C.根据反应①,,整理可得:x=,故C正确;
D.电解精炼铜时,当负极输出个电子时转移电子的物质的量为0.2mol,阴极上铜离子得电子生成铜单质,生成铜的物质的量为,质量为,故D正确;
故选CD。
14.煤、石油等传统能源使用时污染严重,且日渐枯竭,科学家们正积极寻找其他清洁能源作为替代品。根据所学知识,回答下列问题:
(1)下列反应中,属于放热反应的是_______。
A.碳与CO2反应 B.铝和氧化铁反应
C.CaCO3受热分解 D.锌与盐酸反应
(2)键能通常是指在101.3kPa和298K下,将1mol气态分子拆开成气态原子时,每个键所需能量的平均值,键能用E表示。已知:
化学键
键能/(kJ•mol-1)
436
496
463.4
计算:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH= 。
(3)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=−1036kJ⋅mol−1
②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94kJ⋅mol−1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=−484kJ⋅mol−1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4= 。
(4)利用实验装置测定盐酸与NaOH溶液发生中和反应的反应热,若取50mL0.50mol•L-1的盐酸,则还需加入 。
A.1.0gNaOH固体 B.50mL0.50mol•L-1氨水 C.50mL0.55mol•L-1NaOH溶液
(5)甲醚(CH3OCH3)是重要的化工原料,可由CO和H2反应制得,反应的热化学方程式为 。起始时向容器中投入2molCO和4molH2,某时刻测得该反应放出的热量为51.5kJ,此时CO的转化率为 。
(6)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。
分析下列操作可能对结果造成的影响(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
①将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后,释放出的能量将 。
②将实验(b)中玻璃搅拌器改为铁质搅拌器后,实验测得的 。
【答案】(1)BD
(2)-485.6 kJ∙mol-1
(3)+170kJ⋅mol-1
(4)C
(5)25%
(6) 不变 偏大
【详解】(1)A.二氧化碳与灼热的碳反应生成一氧化碳的反应是反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应,故不符合题意;
B.铝和氧化铁高温条件下反应生成氧化铝和铁的反应是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,故符合题意;
C.碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳的反应是反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应,故不符合题意;
D.锌和盐酸反应生成氯化锌和氢气的反应是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,故符合题意;
故选BD;
(2)由反应热与反应物键能之和与生成物键能之和的差值相等可得:反应∆H=(436kJ/mol×2+496kJ/mol)-463.4 kJ/mol×4=-485.6 kJ/mol,故答案为:-485.6 kJ/mol;
(3)由盖斯定律,反应(①+②)×-③即得到2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4=(-1036+94)kJ/mol×+484kJ/mol=+170 kJ/mol;
(4)利用实验装置测定盐酸与氢氧化钠溶液发生中和反应的反应热,若取50mL0.50mol/L盐酸,应还需向盐酸中加入过量的50mL0.55mol/L氢氧化钠溶液,确保盐酸完全反应,减少实验误差,故选C;
(5)根据热化学方程式:2CO (g)+4H2(g)⇌CH3OCH3 (g)+H2O (g) ΔH=-206.0kJ/mol,可得关系式:2CO~206.0kJ,当放出的热量为51.5kJ时,则反应消耗的CO为:mol=0.5mol,所以CO的转化率为:×100%=25%;
(6)①将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后,反应消耗铝的物质的量不变,反应释放出的能量将不变,故答案为:不变;
②将实验(b)中玻璃搅拌器改为具有良好的导热性的铁质搅拌器会造成热量散失,导致实验测得的ΔH偏大,故答案为:偏大。
15.化学反应伴随有能量的变化,获取反应能量变化有多条途径。
(1)通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。某学生分别取50mL的0.50mol/L盐酸与0.55mol/L氢氧化钠溶液进行中和反应,实验记录数据如下:
实验序号
起始温度℃
终止温度℃
盐酸
氢氧化钠
混合溶液
1
20.0
20.2
23.3
2
20.2
20.4
23.5
3
20.6
20.6
25.6
①已知热量计算,盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是,又知中和后生成溶液的比热容c=4.180J/(g・℃),依据该学生的实验数据计算,该实验测得的 ℃, J;该实验数据测出的中和热 (保留1位有效数字)。
②上述实验得出的大于-57.3,产生偏差的原因不可能是 (填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取HCl溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度
③若改用60mL 0.25 和50mL 0.55 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”),若实验操作均正确,则是否影响中和热的计算结果 (填“偏大”、“偏小”或“不影响”)。
④若改用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热会 (填“偏大”、“偏小”或“不影响”)。
(2)通过化学键的键能计算。已知:
化学键种类
键能/
436
496
463.4
计算可得: 。
(3)通过盖斯定律计算。氧化亚铜()常用于制船底防污漆,已知反应:
则的 (用和表达)。
【答案】(1) 3.2℃ 1337.6 −53.5 b 不相等 不影响 偏大
(2)
(3)
【详解】(1)①依据该学生的实验数据分析,三次温度差分别为3.2℃、3.2℃、5.0℃,第三次是错误数据,因此只能求前两次的数据平均值,则该实验测得的3.2℃,;该实验数据测出的中和热;故答案为:3.2℃;1337.6;−53.5。
②上述实验得出的大于-57.3,a.实验装置保温、隔热效果差,温度差较低,计算放出的热量减小,焓变变大,故a不符合题意;b.量取HCl溶液的体积时仰视读数,盐酸体积偏多,放出的热量偏多,焓变减小,故b符合题意;c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中,温度差减小,计算出的热量减小,焓变变大,故c不符合题意;d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度,所得温度差减小,得到焓变变大,故d不符合题意;综上所述,答案为:b。
③若改用60mL 0.25 和50mL 0.55 NaOH溶液进行反应与上述实验相比,生成的水的量不相同,所放出的热量不相等,若实验操作均正确,则是否影响中和热的计算结果不影响,其原因是中和热是指生成1mol液态是放出的热量;故答案为:不相等;不影响。
④若改用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,由于氨水电离会吸收热量,因此温度差减小,测得的中和热会偏大;故答案为:偏大。
(2) ;故答案为:。
(3)根据盖斯定律,第一个方程式的0.5倍减去第二个方程式的0.5倍,则的;故答案为:。
【能力提升】
1.在、下,将通入溶液中充分反应,测得反应放出热量。已知该条件下,通入溶液充分反应放出热量。下列与溶液反应生成的热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【详解】已知该条件下,通入溶液充分反应放出热量,1mol二氧化碳恰好反应,则热化学方程式为:2NaOH(aq)+CO2(g)=Na2CO3(aq)+H2O(l) ∆H=-ykJ·mol-1,根据题意,通入溶液中充分反应,n(CO2)=,n(NaOH)=2mol·L-1×0.2L=0.4mol,根据2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O、NaOH+CO2=NaHCO3,假设生成碳酸钠时消耗amol CO2,则n(NaOH)=2a+(0.25-a)=0.4,解得a=0.15,由2NaOH(aq)+CO2(g)=Na2CO3(aq)+H2O(l)可知放出能量0.15y kJ,则生成碳酸氢钠时放出能量为(x-0.15y)kJ,消耗(0.25-0.15)mol =0.1molCO2,由,故1mol CO2发生反应NaOH(aq)+CO2(g)=NaHCO3(aq) ,故选A。
2.已知反应:① ;②稀溶液中,,下列有关中和热、燃烧热的说法中正确的是
A.由①可知,的燃烧热为
B.由①可知,的燃烧热小于
C.
D.若用盐酸与 NaOH溶液进行反应,测得中和热的数值会偏大
【答案】C
【详解】A.燃烧热指101kPa,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的物质(H→液态H2O,S→SO2气体)时所放出的热量,由反应①可知,2mol硫化氢燃烧生成硫单质和液态水放出的热量为578 kJ,硫单质燃烧生成二氧化硫会继续放出热量,故1mol硫化氢完全燃烧生成二氧化硫气体和液态水放出的热量大于289 kJ,所以硫化氢的燃烧热大于289 kJ/mol,即硫化氢的燃烧热△H<-289 kJ/mol,A错误;
B.结合选项A可知,B错误;
C.生成沉淀也会放热,硫酸与氢氧化钡反应生成水的同时生成了硫酸钡沉淀,则生成1mol水时,放出的热量大于57.3kJ,即ΔH<-57.3kJ·mol−1,故C正确;
D.根据可知,若用盐酸与 NaOH溶液进行反应,测得中和热的数值不会改变,故D错误;
故选C。
3.下列关于反应热的说法正确的是
A. ,则H2的燃烧热
B.和反应的中和热,则稀和反应生成的反应热
C.一定条件下,将和置于密闭的容器中充分反应生成,放热,其热化学方程式为
D.a. ;b. ,若a、b反应放热,则
【答案】D
【详解】A.已知燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的物质H2O为液态水时放出的热量, 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ,则H2的燃烧热,A错误;
B.和反应的中和热,由于Ba2+(aq)+(aq)=BaSO4(s) ,则稀和反应生成的反应热,B错误;
C.由于合成氨是一个可逆反应,一定条件下,将和置于密闭的容器中充分反应生成,放热,故其热化学方程式为 ,C错误;
D.已知等质量的气态A具有的总能量比固态A多,故a. ;b. ,若a、b反应放热,则,故,D正确;
故答案为:D。
4.碳(C)与氧气反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】A.由题图可知,,A错误;
B.单位错误,B错误;
C.由盖斯定律可知:,C正确;
D.由题图可知:,,D错误;
故选C。
5.下列说法中正确的是
A.反应,储氢、释氢过程均无能量变化
B.由可知,N较M活泼
C.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是,则的燃烧热为
D.和的相等
【答案】B
【详解】A.储氢、释氢均属于化学变化,化学变化的过程总是伴随着能量变化,A项错误;
B.M转化为N是吸热反应,所以N的能量高,不稳定,N较M活泼,B项正确;
C.燃烧热的判断标准:一看是否以可燃物为标准,二看是否生成稳定的氧化物,生成的不是稳定的氧化物,C项错误;
D.反应热与化学计量数成正比,化学计量数加倍,也应加倍,D项错误;
答案选B。
6.已知:2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)
下列说法正确的是
A.的燃烧热为
B.
C.同质量的和完全燃烧,(g)放出的热量多
D.
【答案】C
【详解】A.已知燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成指定的稳定物质时放出的热量,故由题干信息可知,的燃烧热为,A错误;
B.已知Ba2+(aq)+(aq)=BaSO4(s)是一个放热反应,故 ,B错误;
C.由题干信息可知,1gH2和CH3OH完全燃烧分别放出的热量为:、,故同质量的和完全燃烧,(g)放出的热量多,C正确;
D.由题干已知信息可知,反应Ⅰ,反应Ⅱ2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) 则反应Ⅰ-Ⅱ可得反应,根据盖斯定律可知,=×(-571.6kJ/mol)-×(-1452kJ/mol)=-131.4kJ/mol,D错误;
故答案为:C。
7.工业废气中的氮氧化物是重要的污染源,有一种治理污染的方法是通入适量氨气将其还原为无毒物质和,还原的热化学方程式为 。
已知:① ;
② ;
③ 。
下列关系式正确的是
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】根据盖斯定律,方程式可得,故;
答案选A。
8.已知反应:①
②
化学键的键能数据如表所示,(键能为1mol气态分子离解成气态原子所吸收的能量),下列说法正确的是
化学键
C=O
O=O
C-H
O-H
键能/ kJ∙mol-1
798
x
413
463
A.
B.上表中
C.
D.时甲烷充分燃烧,当有个C-H键断裂时,反应放出的热量为
【答案】B
【详解】A.H2O(g)→H2O(l),放出热量,则反应①放出的热量更多,|a|>|b|,b>a,A不正确;
B.反应②中,利用键能与△H的关系,可建立等式:413×4+2x-798×2-463×4=b,则,B正确;
C.利用盖斯定律,将反应(①-②)÷2得, ,C不正确;
D.时水为液态,甲烷充分燃烧,反应放热,所以a为负值,当有4NA个C-H键断裂时,参加反应CH4的物质的量为1mol,反应放出的热量为-akJ,D不正确;
故选B。
9.肼()在不同条件下分解产物如下:
I:
II:
200℃时在Cu表面发生分解反应的机理如图。
下列说法正确的是
A.图-1中过程①和②都是吸热反应
B.反应II的能量变化如图-2所示
C.的化学键能量大于和的化学键能量
D.肼生成和的热化学方程式为
【答案】B
【详解】A.根据信息反应I放热,可知图-1中过程①放热;利用盖斯定律将①- II3得,可知图-1中过程②是吸热反应,A错误;
B.反应II中为放热反应,反应II的能量变化如图-2所示,B正确;
C.已知=反应物总键能-生成物总键能,根据信息可知,即的化学键能量小于和的化学键能量,C错误;
D.利用盖斯定律将①- II2得,D错误;
故答案为:B。
10.已知:在、时,由最稳定的单质合成物质B的反应焓变,叫做物质B的标准摩尔生成焓,用表示。有关物质的标准摩尔生成焓如图所示,下列有关判断错误的是
A.的
B.反应反应物的总能量小于生成物的总能量
C.比稳定
D.
【答案】A
【详解】A.能量高于,结合题干图示信息可知,的,A错误;
B.的标准摩尔生成焓为,则,是吸热反应,反应物的总能量小于生成物的总能量,B正确;
C.标准摩尔生成焓为,的标准摩尔生成焓为,根据能量越低越稳定,则比稳定,C正确;
D.标准摩尔生成焓为,①,标准摩尔生成焓为,则②,根据盖斯定律:②-①得,D正确;
故选A。
11.(多选)下列推论正确的是
A.已知: 则含49g硫酸的稀硫酸与稀氨水完全反应,放出的热量小于 57.4kJ
B.S(g)+O₂(g)=SO₂(g) ΔH₁ ;S(s)+O₂(g)=SO₂(g) ΔH₂, 则
C.葡萄糖的燃烧热是2800kJ· mol,则
D.已知101kPa时,2C(s)+O₂(g)=2CO(g) △H=-221 kJ mol-¹,则该反应的反应热为221kJ·mol⁻¹
【答案】AC
【详解】A.49g硫酸的稀硫酸与稀氨水完全反应生成1molH2O,但稀硫酸是强酸,稀氨水是弱碱,弱碱电离吸热,则放出的热量小于 57.4kJ,故A正确;
B.固体硫燃烧时要先变为气态硫,过程吸热,气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生热量多,但反应热为负值,所以△Hl <△H2,故B错误;
C.葡萄糖的燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,葡萄糖的燃烧热是2800kJ· mol-1,则完全燃烧放出的热量为:,故C正确;
D.碳和氧气反应生成一氧化碳的反应为放热反应,则该反应的反应热为-221kJ·mol-1,故D错误;
故答案选AC。
12.(多选)在标准状态下,由最稳定的单质合成1mol某物质的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓,用表示,最稳定单质的标准摩尔生成焓为0,有关物质的如图所示。下列说法正确的是
A.标准状态下,比稳定
B.的
C.的摩尔燃烧焓为-1411.1
D.1mol 的键能大于2mol 与3mol 的键能之和
【答案】CD
【详解】A.由图可知,的=+52.5,的=-83.9,可知的能量比低,故比稳定。故A错误;
B.的,如果生成,则放出的热量更少,则的,故B错误;
C.由图有如下热化学方程式:
① ;
② ;
③;
根据盖斯定律,方程式①+②-①可得,=-1411.1,即的摩尔燃烧焓为-1411.1;故C正确;
D.由可知,的=-83.9,化学键断裂需要吸收能量,化学键的生成需要释放能量,故1mol 的键能大于2mol 与3mol 的键能之和,故D正确。
答案选CD。
13.(多选)甲烷与氧气反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法中正确的是
A.CH4(g)的能量大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和
B.反应CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)kJ/mol
C.在反应CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)中,放出热量400kJ,有2molO-H键生成
D.若破坏1molC-H键需吸收热量415kJ,则破坏1molO2中的化学键需吸收热量493kJ
【答案】CD
【详解】A.由图可知,1molCH4(g)和2molO2(g)的能量总和大于1molCO2(g)和2molH2O(g)的能量总和,但不能确定1molCH4(g)的能量、1molCO2(g)和2molH2O(g)的能量总和的大小,A错误;
B.由图可知,反应放热,则反应CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-(3446-2646)kJ•mol-1=-800kJ•mol-1,H2O(g)→H2O(1)放热,则CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(1)ΔH<-800kJ•mol-1,B错误;
C.由选项B的分析可知,反应CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-800kJ•mol-1,2molH2O(g)中含有4molO-H键,则放出热量400kJ时有1molH2O(g)生成,即2molO-H键生成,C正确;
D.由图可知,若破坏1molC-H键需吸收热量415kJ,1molCH4(g)+2molO2(g)→1molC(g)+4molH(g)+4molO(g)吸收2646kJ热量,即4mol×415+2E(O=O)=2646kJ,解得E(O=O)=493kJ/mol,所以破坏1molO2中的化学键需吸收热量493kJ,D正确;
故答案为:CD。
14.用如下图所示装置进行中和反应反应热的测定实验,请回答下列问题。
(1)取溶液与溶液在小烧杯中进行中和反应,三次实验温度平均升高,已知中和后生成的溶液的比热容为,溶液的密度均为1g/cm3,通过计算可得生成时放出的热量为 。(保留小数点后一位)
(2)上述实验数值结果与有偏差,产生此偏差的原因可能是 (填字母序号)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.用温度计测定溶液起始温度后直接测定溶液的温度
c.一次性把溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
(3)实验中若改用溶液与溶液进行反应,与上述实验相比,通过计算可得生成时所放出的热量 (填“相等”、“不相等”)。若用30mL浓硫酸代替溶液进行上述实验,测得反应前后温度的变化值会 “偏大”、“偏小”、“不受影响”。
(4)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:
反应Ⅰ: ;
反应Ⅲ: 。
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
【答案】(1)54.8
(2)ab
(3) 相等 偏大
(4)3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254kJ•mol-1
【详解】(1)取溶液与溶液在小烧杯中进行中和反应,根据数据可知,硫酸过量,氢氧化钠完全反应,根据反应H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O ,生成水的物质的量=n(NaOH)=0.05Lx0.5mol/L=0.025mol,三次实验温度平均升高,已知中和后生成的溶液的比热容为,该反应放出的热量Q=cmΔt=x1g/cm3x80mLx= 1371J=1.371kJ,则生成时放出的热量 =54.8kJ/mol;
(2)该实验测得数值结果小于57.3kJ⋅mol−1,即偏小,
a.装置保温、隔热效果差,测得的热量偏小,中和热的数值偏小,故a符合题意;
b.测量氢氧化钠的温度后,温度计没有用水冲洗干净,直接测定溶液的温度,会发生酸和碱的中和,温度偏高,则温度差减小,实验测得中和热的数值偏小,故b符合题意;
c.尽量一次快速将NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中,为规范操作,不允许分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中,故c不符合题意;
答案选ab;
(3)反应放出的热量和所用酸以及碱的量的多少有关,若用60mL0.25mol⋅L−1H2SO4和50mL0.55mol⋅L−1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,生成水的量增多,所放出的热量偏高,中和热即强酸和强碱的稀溶液反应生成1mol水放出的热量不随反应物量的多少变化,故相等;硫酸溶解过程放出热量,所以导致反应前后温度的变化值偏大。
(4)由题图可知,反应Ⅱ的化学方程式为3SO2+2H2O=2H2SO4+S↓。根据盖斯定律,反应Ⅱ=-(反应Ⅰ+反应Ⅲ)可得:3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s) ΔH=−254kJ·mol−1;
15.I.我国于2024年9月25日成功发射一枚洲际导弹,导弹一般使用火箭发动机作为推进系统,其中通常用到肼N2H4、偏二甲肼(CH3)2NNH2作为火箭推进器的液体燃料。
(1)1.5g偏二甲肼(M=60g/mol)完全燃烧放出50kJ能量,请判断下列表示偏二甲肼燃烧的热化学方程式正确的是___________(填字母序号)。
A.(CH3)2NNH2(l)+6O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+2NO2(g) ∆H=-2000 kJ/mol
B.(CH3)2NNH2(l)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+N2(g) ∆H=-1000 kJ/mol
C.(CH3)2NNH2(l)+3O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+NO2(g) ∆H=-1500 kJ/mol
D.(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) ∆H=-2000 kJ/mol
(2)请写出肼的结构式: ,并根据表中的键能数据进行计算N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)的∆H= kJ/mol。
共价键
N-H
N-N
N≡N
O=O
O-H
键能/(kJ/mol)
391
193
946
498
463
II.室温下,用50ml 0.50mol/L盐酸与50ml 0.55mol/LNaOH溶液在如图所示装置中进行中和反应,回答下列问题:
(3)请说明为什么不用浓度相同的盐酸与氢氧化钠溶液进行反应: ;该实验的关键在于要用稀氢氧化钠与稀盐酸反应,如果用浓硫酸替代稀盐酸,测得的∆H如何变化: (填“偏大”“偏小”“不变”)。
(4)上图该装置中仪器a的名称是 ,其中碎塑料泡沫的用途是: ,实验中还需要用到的玻璃仪器是 。
(5)关于中和热的测定,以下说法正确的是 (填字母序号)。
a.向内筒中加入NaOH溶液时,应少量多次缓慢加入
b.用量筒量取稀酸或碱时,眼睛必须与液体凹面最低处相平
c.用温度计测定盐酸溶液起始温度后,需用蒸馏水把温度计冲洗干净并擦干后,再测定NaOH溶液溶液的温度
d.将用量筒量取好的稀盐酸加入内筒后,应当快速用水冲洗量筒内壁剩余的稀盐酸至内筒中,以免造成测量误差
【答案】(1)B
(2) -543
(3) 氢氧化钠过量,保证盐酸完全被中和 偏小
(4) 玻璃搅拌器 防止热量散失 量筒
(5)b、c
【详解】(1)1.5g偏二甲肼物质的量为mol完全燃烧放出50kJ能量,1mol(CH3)2NNH2完全燃烧放出2000kJ;A和C选项,氮元素完全燃烧指定的产物是氮气,所以A和C选项错误;B和D选项,首先碳元素、氢元素完全燃烧指定的产物是二氧化碳和液态水,D选项错误,热化学反应方程式反应热的大小与化学计量数呈比列关系,所以综合下来B选项正确。
(2)
用一根短线表示一对共用电子对,所以肼的结构式为:;
根据表中键能数据计算∆H,∆H=E(断键吸收的总能量)-E(成键放出的总能量)=193+391×4+498-946-463×4=-543kJ/mol;
(3)用浓度较大的氢氧化钠溶液与盐酸进行反应,是为了确保盐酸完全被中和;如果用浓硫酸代替稀盐酸,浓硫酸稀释会放出大量的热,∆H偏小;
(4)a装置是指玻璃搅拌器;其中塑料泡沫的作用就是防止热量散失造成误差;实验中还缺少的玻璃仪器是量筒,用来量取一定体积的盐酸和氢氧化钠溶液;
(5)a选项,向内筒中加入NaOH溶液时,要迅速一次性倒入,少量多次加入会造成热量散失,a选项错误;
b选项,用量筒量取稀酸或碱时,眼睛必须与液体凹面最低处相平,如果俯视会造成所取溶液偏小,仰视会造成所取溶液偏大,b选项正确;
c选项,用温度计测定盐酸溶液起始温度后,需用蒸馏水把温度计冲洗干净并擦干后,如果不冲洗干净的话表面会附着一部分的酸,拿去测量氢氧化钠的初始温度时会有误差,所以c选项正确;
d选项,用量筒量取好的稀盐酸加入内筒后,不能用水冲洗量筒内壁剩余的稀盐酸,会导致盐酸加入量过多、溶液质量增大,从而造成测量误差,d选项错误;
综上b、c选项正确。
1
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
$$
1.2 反应热的计算【两大必考点+三大秒杀招+三大题型+分层训练】
课前预习+知识精讲
知识点01盖斯定律
1.内容:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。
2.特点
(1)在一定条件下,化学反应的反应热只与反应体系的始态、终态有关,而与反应的途径无关。
(2)反应热总值一定,如图表示始态到终态的反应热。
则ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。
3.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。如:C(s)+O2(g)===CO(g)反应的ΔH无法直接测得,但下列两个反应的ΔH可以直接测得:
C(s)+O2 (g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
CO(g)+O2 (g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1
上述三个反应具有如下关系:
根据盖斯定律,ΔH1=ΔH+ΔH2,则在此温度下C(s)+O2 (g)===CO(g)反应的ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol-1-(-283.0 kJ·mol-1)=-110.5 kJ·mol-1。
4.应用盖斯定律的计算方法
(1)“虚拟路径”法
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径
①由A直接变成D,反应热为ΔH;
②由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如图所示:
则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(2)加合法
加合法就是运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。关键是将需要消去的物质先进行乘除运算,使它们的化学计量数相同,然后进行加减运算,ΔH也作相应运算。
知识点02反应热的计算
1.根据盖斯定律计算
计算反应热最基本的方法是应用盖斯定律。高考题中往往给出几个已知的热化学方程式,然后要求计算与之有关的目标热化学方程式的反应热,此时可应用盖斯定律进行计算。
2.根据热化学方程式计算
计算依据:对于相同的反应,反应热的数值与反应物参加反应的物质的量成正比。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,则根据条件先写出热化学方程式,再计算反应热。
注意:热化学方程式中各物质的化学计量数改变时,其反应热的数值应作相同倍数的改变。
3.根据燃烧热计算
根据燃烧热(ΔH)计算,要确保反应物为“1 mol”、生成物为指定产物。Q放=n(可燃物)×|ΔH|。
指定产物:C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g),N→N2(g)
4.根据图像信息计算
图像信息(a、b、c均大于0)
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=
(a-b) kJ·mol-1=-c kJ·mol-1
ΔH=(E2-E1) kJ·mol-1=
(a-b) kJ·mol-1=+c kJ·mol-1
解题大招
大招01应用盖斯定律计算ΔH的一般步骤
解题步骤
解题思路
第一步:观察
对比已知的反应与需要求ΔH的反应,找出需要消去的物质
第二步:思考
怎样消去这些物质,是相加还是相减或需要乘以某一个数后再相加减,此过程中要特别注意“剔除无关反应”
第三步:运算
将热化学方程式按第二步的思路进行运算,得出新的热化学方程式
第四步:计算
列出算式,代入数据计算
大招02反应热的计算--根据反应物和生成物的能量计算
计算公式:ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。
大招03反应热的计算--根据反应物和生成物的键能计算
(1)计算公式:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
(2)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种类和数目,如1molH2O分子中含有2molH—O键,1molNH3分子中含有3molN—H键,1 mol P4含有6 mol P—P键,1 mol晶体硅含有2 mol Si—Si键,1 mol石墨晶体中含有1.5 mol C—C键,1 mol金刚石含有2 mol C—C键,1 mol SiO2含有4 mol Si—O键等。
题型分类
题型01 盖斯定律及其应用
【例1】在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应:
H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)=S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为
A.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3) B.ΔH4=(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=(ΔH1-ΔH2-3ΔH3) D.ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
【答案】D
【解析】已知:
①H2S(g)+O2(g)=SO2(g)+H2O(g) ΔH1
②2H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH2
③H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g) ΔH3
根据盖斯定律(①+②-3×③)可得2S(g)=S2(g) ΔH4=ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
故选D。
【变式01】已知胆矾晶体相关的焓变如图所示,则为
A. B.
C. D.
【变式02】已知:①
②
则与反应生成和的热化学方程式为
A.
B.
C.
D.
题型02 反应热的计算
【例2】已知:25℃和101kPa时,①H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol-1;②CH4(g)的燃烧热为890.3kJ·mol-1;③H2O(g)=H2O(1) △H=-44.0kJ·mol-1.则反应:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)的反应热△H为
A.-82.45kJ·mol-1 B.-164.9kJ·mol-1
C.+164.9kJ·mol-1 D.+82.45kJ·mol-l
【答案】B
【解析】根据燃烧热的定义可以得出①:H2(g)+O2(g)=H2O(1) △H=-285.8kJ/mol;②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-890.3kJ/mol;③H2O(g)=H2O(1) △H=-44.0kJ/mol,则CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)作为目标反应,目标反应=4①-②-2③,其焓变△H4=[4×(-285.8)-(-890.3)-2×(-44)]kJ/mol=-164.9kJ/mol。
故选B。
【变式01】研究表明,利用可催化消除大气污染物和,简化中间反应进程后,相对能量变化如图所示。已知的燃烧热,则的反应热为
A. B. C. D.
【变式02】如表是几种物质的标准生成热(由对应稳定单质生成1mol某种物质的焓变叫做该物质的标准生成热)。
物质
标准生成热/
-241.8
-171.8
-485.7
-464.9
根据表中数据所得结论正确的是
A.的燃烧热为
B.完全燃烧1mol ,放热171.8kJ
C.稳定性:
D.
题型03反应热的大小比较
【例3】下列两组热化学方程式中,有关的关系正确的是
①
②
A.; B.;
C.; D.;
【答案】D
【解析】根据盖斯定律,ΔH2=ΔH1+6ΔH3;因H2O(g)能量高于H2O(l),故相同条件下C2H6和O2反应生成H2O(g)比生成H2O(l)放热少,两者ΔH均为负值,故ΔH1>ΔH2;Ba(OH)2与浓硫酸反应,浓硫酸溶于水放热,且生成BaSO4沉淀放热,故放热比Ba(OH)2与HNO3反应多,即ΔH4<ΔH5,故选D。
【变式01】已知常温时红磷比白磷稳定,在下列反应中:
①P4(白磷,s)+5O2(g)=2P2O5(s) H= - akJ/mol
②4P(红磷,s)+5O2(g)=2P2O5(s) H= - bkJ/mol
若a、b均大于零,则a和b的关系为
A.a<b B.a=b C.a>b D.无法确定
【变式02】根据以下热化学方程式,和的大小比较错误的是
A. , ,则
B. , ,则
C. , ,则
D. , 则
分层训练
【基础过关】
1.在载人航天器中,可以利用与的反应,将航天员呼出的转化为等,然后通过电解得到,从而实现的再生。已知:
①
②
则反应的为
A. B. C. D.
2.氮氧化物的治理对大气环境的净化有着重要的意义。已知:
① kJ⋅mol-1()
② kJ⋅mol-1()
在转化为的总反应中,若有标准状况下4.48 L CO被氧化,则放出的热量为
A.kJ B.kJ C.kJ D.kJ
3.下列说法正确的是
A.吸热反应一定需要加热才能发生
B.高温煅烧石灰石既属于氧化还原反应,又属于吸热反应
C.已知,,则
D.由,可知:金刚石比石墨更稳定
4.在一定条件下,和CO燃烧的热化学方程式如下:
如果有和CO的混合气体充分燃烧,放出的热量为262.9kJ,生成的用过量的饱和石灰水完全吸收,可得到50g白色沉淀。则混合气体中和CO的体积比为
A.1:2 B.1:3 C.2:3 D.3:2
5.下列说法正确的是
A.对于有气体参与的化学反应,加压可使活化分子百分数增大,化学反应速率加快
B.反应热的大小与物质能量和键能均有关系,一般键能越大,物质能量越高
C.在一定温度和压强下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出热量19.3kJ,则其热化学方程式为N2(g)+H2(g)NH3(g) △H=-19.3kJ/mol
D.已知:①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H1,②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2,则△H1>△H2
6.一种分解氯化铵实现产物分离的物质转化关系如下,其中、代表或中的一种,下列说法正确的是
A.a、c分别是、
B.d既可以是,也可以是
C.直接加热得到的产物难以分离,温度降低又结合成
D.等压条件下,反应①、②的反应热之和,小于氯化铵直接分解的反应热
7.下列依据热化学方程式得出的结论中,正确的是
A.已知 ,则在一定条件下将和置于一密闭容器中充分反应,放出的热量为
B.已知 ,则金刚石比石墨稳定
C.在稀溶液中: ,若将含的溶液与含的溶液混合,放出的热量为
D.已知 ; ;则
8.下列关于化学反应热效应的描述中正确的是
A.一定条件下,和充分反应生成,放热79.2kJ,则该反应的热化学方程式为
B.乙烷燃烧热的热化学方程式为:
C.已知条件下: 、 ,则比稳定
D.已知 ,则
9.S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。
已知:① S(单斜,s)+O2(g)=SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ·mol-1
② S(正交,s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ·mol-1
③ S(单斜,s) =S(正交,s) ΔH3
下列说法正确的是
A.单斜硫转化为正交硫的过程是物理变化
B.S(单斜,s)= S(正交,s) ΔH3>0,单斜硫比正交硫稳定
C.S(单斜,s)= S(正交,s) ΔH3<0,正交硫比单斜硫稳定
D.等质量的单斜硫和正交硫分别在氧气中充分燃烧,后者放热多
10.二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①
②
若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是
A. B.
C. D.
11.(多选)已知:C、的燃烧热分别是(铁的燃烧热是按生成计算)。下列说法正确的是
A.
B.
C.
D.
12.(多选)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同,200℃时在Cu表面分解的机理如图。
已知200℃时:
反应Ⅰ:3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g)ΔH1=−32.9kJ·mol−1;
反应Ⅱ:N2H4(g)+H2(g)=2NH3(g)ΔH2=−41.8kJ·mol−1
下列说法正确的是
A.图所示过程②是放热反应
B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图所示
C.断开3molN2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1molN2(g)的化学键释放的能量
D.200℃时,肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH=+50.7kJ·mol−1
13.(多选)俄乌冲突爆发以来,许多西方国家宣布制裁俄罗斯,制裁范围涵盖俄罗斯的猫、树以及该国的文艺作品等,但俄罗斯的石油和天然气目前并不在制裁之列。 设NA为阿伏加德罗常数的值。已知反应:
①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=akJ•mol-1
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=bkJ•mol-1
其他数据如表所示,下列说法正确的是
化学键
C=O
O=O
C-H
O-H
键能/(kJ•mol-1)
798
x
413
463
A.b<a,且甲烷的摩尔燃烧焓为bkJ•mol-1
B.H2O(g)=H2O(l) ΔH=(a-b)kJ•mol-1
C.上表中x=
D.利用反应①设计的原电池电解精炼铜,当负极输出0.2NA个电子时。理论上电解槽的阴极质量增重6.4g
14.煤、石油等传统能源使用时污染严重,且日渐枯竭,科学家们正积极寻找其他清洁能源作为替代品。根据所学知识,回答下列问题:
(1)下列反应中,属于放热反应的是_______。
A.碳与CO2反应 B.铝和氧化铁反应
C.CaCO3受热分解 D.锌与盐酸反应
(2)键能通常是指在101.3kPa和298K下,将1mol气态分子拆开成气态原子时,每个键所需能量的平均值,键能用E表示。已知:
化学键
键能/(kJ•mol-1)
436
496
463.4
计算:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH= 。
(3)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=−1036kJ⋅mol−1
②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94kJ⋅mol−1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=−484kJ⋅mol−1
计算H2S热分解反应④2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4= 。
(4)利用实验装置测定盐酸与NaOH溶液发生中和反应的反应热,若取50mL0.50mol•L-1的盐酸,则还需加入 。
A.1.0gNaOH固体 B.50mL0.50mol•L-1氨水 C.50mL0.55mol•L-1NaOH溶液
(5)甲醚(CH3OCH3)是重要的化工原料,可由CO和H2反应制得,反应的热化学方程式为 。起始时向容器中投入2molCO和4molH2,某时刻测得该反应放出的热量为51.5kJ,此时CO的转化率为 。
(6)某同学设计如图所示实验,探究反应中的能量变化。
分析下列操作可能对结果造成的影响(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
①将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后,释放出的能量将 。
②将实验(b)中玻璃搅拌器改为铁质搅拌器后,实验测得的 。
15.化学反应伴随有能量的变化,获取反应能量变化有多条途径。
(1)通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。某学生分别取50mL的0.50mol/L盐酸与0.55mol/L氢氧化钠溶液进行中和反应,实验记录数据如下:
实验序号
起始温度℃
终止温度℃
盐酸
氢氧化钠
混合溶液
1
20.0
20.2
23.3
2
20.2
20.4
23.5
3
20.6
20.6
25.6
①已知热量计算,盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是,又知中和后生成溶液的比热容c=4.180J/(g・℃),依据该学生的实验数据计算,该实验测得的 ℃, J;该实验数据测出的中和热 (保留1位有效数字)。
②上述实验得出的大于-57.3,产生偏差的原因不可能是 (填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取HCl溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸的温度
③若改用60mL 0.25 和50mL 0.55 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”),若实验操作均正确,则是否影响中和热的计算结果 (填“偏大”、“偏小”或“不影响”)。
④若改用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热会 (填“偏大”、“偏小”或“不影响”)。
(2)通过化学键的键能计算。已知:
化学键种类
键能/
436
496
463.4
计算可得: 。
(3)通过盖斯定律计算。氧化亚铜()常用于制船底防污漆,已知反应:
则的 (用和表达)。
【能力提升】
1.在、下,将通入溶液中充分反应,测得反应放出热量。已知该条件下,通入溶液充分反应放出热量。下列与溶液反应生成的热化学方程式书写正确的是
A.
B.
C.
D.
2.已知反应:① ;②稀溶液中,,下列有关中和热、燃烧热的说法中正确的是
A.由①可知,的燃烧热为
B.由①可知,的燃烧热小于
C.
D.若用盐酸与 NaOH溶液进行反应,测得中和热的数值会偏大
3.下列关于反应热的说法正确的是
A. ,则H2的燃烧热
B.和反应的中和热,则稀和反应生成的反应热
C.一定条件下,将和置于密闭的容器中充分反应生成,放热,其热化学方程式为
D.a. ;b. ,若a、b反应放热,则
4.碳(C)与氧气反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A.
B.
C.
D.
5.下列说法中正确的是
A.反应,储氢、释氢过程均无能量变化
B.由可知,N较M活泼
C.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是,则的燃烧热为
D.和的相等
6.已知:2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)
下列说法正确的是
A.的燃烧热为
B.
C.同质量的和完全燃烧,(g)放出的热量多
D.
7.工业废气中的氮氧化物是重要的污染源,有一种治理污染的方法是通入适量氨气将其还原为无毒物质和,还原的热化学方程式为 。
已知:① ;
② ;
③ 。
下列关系式正确的是
A. B.
C. D.
8.已知反应:①
②
化学键的键能数据如表所示,(键能为1mol气态分子离解成气态原子所吸收的能量),下列说法正确的是
化学键
C=O
O=O
C-H
O-H
键能/ kJ∙mol-1
798
x
413
463
A.
B.上表中
C.
D.时甲烷充分燃烧,当有个C-H键断裂时,反应放出的热量为
9.肼()在不同条件下分解产物如下:
I:
II:
200℃时在Cu表面发生分解反应的机理如图。
下列说法正确的是
A.图-1中过程①和②都是吸热反应
B.反应II的能量变化如图-2所示
C.的化学键能量大于和的化学键能量
D.肼生成和的热化学方程式为
10.已知:在、时,由最稳定的单质合成物质B的反应焓变,叫做物质B的标准摩尔生成焓,用表示。有关物质的标准摩尔生成焓如图所示,下列有关判断错误的是
A.的
B.反应反应物的总能量小于生成物的总能量
C.比稳定
D.
11.(多选)下列推论正确的是
A.已知: 则含49g硫酸的稀硫酸与稀氨水完全反应,放出的热量小于 57.4kJ
B.S(g)+O₂(g)=SO₂(g) ΔH₁ ;S(s)+O₂(g)=SO₂(g) ΔH₂, 则
C.葡萄糖的燃烧热是2800kJ· mol,则
D.已知101kPa时,2C(s)+O₂(g)=2CO(g) △H=-221 kJ mol-¹,则该反应的反应热为221kJ·mol⁻¹
12.(多选)在标准状态下,由最稳定的单质合成1mol某物质的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓,用表示,最稳定单质的标准摩尔生成焓为0,有关物质的如图所示。下列说法正确的是
A.标准状态下,比稳定
B.的
C.的摩尔燃烧焓为-1411.1
D.1mol 的键能大于2mol 与3mol 的键能之和
13.(多选)甲烷与氧气反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法中正确的是
A.CH4(g)的能量大于CO2(g)和H2O(g)的能量总和
B.反应CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)kJ/mol
C.在反应CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)中,放出热量400kJ,有2molO-H键生成
D.若破坏1molC-H键需吸收热量415kJ,则破坏1molO2中的化学键需吸收热量493kJ
14.用如下图所示装置进行中和反应反应热的测定实验,请回答下列问题。
(1)取溶液与溶液在小烧杯中进行中和反应,三次实验温度平均升高,已知中和后生成的溶液的比热容为,溶液的密度均为1g/cm3,通过计算可得生成时放出的热量为 。(保留小数点后一位)
(2)上述实验数值结果与有偏差,产生此偏差的原因可能是 (填字母序号)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.用温度计测定溶液起始温度后直接测定溶液的温度
c.一次性把溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
(3)实验中若改用溶液与溶液进行反应,与上述实验相比,通过计算可得生成时所放出的热量 (填“相等”、“不相等”)。若用30mL浓硫酸代替溶液进行上述实验,测得反应前后温度的变化值会 “偏大”、“偏小”、“不受影响”。
(4)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:
反应Ⅰ: ;
反应Ⅲ: 。
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
15.I.我国于2024年9月25日成功发射一枚洲际导弹,导弹一般使用火箭发动机作为推进系统,其中通常用到肼N2H4、偏二甲肼(CH3)2NNH2作为火箭推进器的液体燃料。
(1)1.5g偏二甲肼(M=60g/mol)完全燃烧放出50kJ能量,请判断下列表示偏二甲肼燃烧的热化学方程式正确的是___________(填字母序号)。
A.(CH3)2NNH2(l)+6O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+2NO2(g) ∆H=-2000 kJ/mol
B.(CH3)2NNH2(l)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+N2(g) ∆H=-1000 kJ/mol
C.(CH3)2NNH2(l)+3O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+NO2(g) ∆H=-1500 kJ/mol
D.(CH3)2NNH2(l)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)+N2(g) ∆H=-2000 kJ/mol
(2)请写出肼的结构式: ,并根据表中的键能数据进行计算N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)的∆H= kJ/mol。
共价键
N-H
N-N
N≡N
O=O
O-H
键能/(kJ/mol)
391
193
946
498
463
II.室温下,用50ml 0.50mol/L盐酸与50ml 0.55mol/LNaOH溶液在如图所示装置中进行中和反应,回答下列问题:
(3)请说明为什么不用浓度相同的盐酸与氢氧化钠溶液进行反应: ;该实验的关键在于要用稀氢氧化钠与稀盐酸反应,如果用浓硫酸替代稀盐酸,测得的∆H如何变化: (填“偏大”“偏小”“不变”)。
(4)上图该装置中仪器a的名称是 ,其中碎塑料泡沫的用途是: ,实验中还需要用到的玻璃仪器是 。
(5)关于中和热的测定,以下说法正确的是 (填字母序号)。
a.向内筒中加入NaOH溶液时,应少量多次缓慢加入
b.用量筒量取稀酸或碱时,眼睛必须与液体凹面最低处相平
c.用温度计测定盐酸溶液起始温度后,需用蒸馏水把温度计冲洗干净并擦干后,再测定NaOH溶液溶液的温度
d.将用量筒量取好的稀盐酸加入内筒后,应当快速用水冲洗量筒内壁剩余的稀盐酸至内筒中,以免造成测量误差
1
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
学科网(北京)股份有限公司
$$