内容正文:
专题01 化学反应的热效应
考查重点
命题角度
反应热及其测定
理解中和反应反应热的测定原理和方法,会分析产生误差的原因。
焓变
认识内能,学会使用焓变表示反应热,会用键能计算焓变。
热化学方程式
能用热化学方程式表示反应中的能量变化,判断热化学方程式正误。
燃烧热和中和热的比较
理解燃烧热和中和热的概念并能进行相关计算。
盖斯定律
理解盖斯定律并能应用分析反应过程中的能量变化。
反应热的计算
能进行反应热的简单计算,
反应热(ΔH)的比较
能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析和解决实际问题。
一、反应热及其测定
1.反应热
(1)体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间为例
环境:与体系相互影响的其他部分,如试管、空气等。
体系:包括_________、_________、_______________。
(2)体系与环境的热量交换——反应热
热量:因温度不同而在体系与环境之间_____________的能量。
反应热:在_________条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
【点拨】反应热概念中的“等温条件”是指化学反应发生后,使反应后体系的温度恢复到反应前体系的温度,即反应前后体系的温度_________。
2.中和反应热的测定
【实验原理】通过测定一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得反应热。
【实验装置】
【实验步骤】
①往小烧杯中加入50 mL 0.50 mol/L的盐酸,并用温度计测量盐酸的温度,用水把温度计上的酸冲洗干净。
②用量筒量取50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液,并用温度计测量其温度。
③将NaOH溶液迅速倒入小烧杯中,盖好盖板,并用__________________轻轻搅动溶液,
准确读取混合溶液的_________记为终止温度。
④重复实验2~3次。
【实验数据处理】
①取三次测量所得数据的_________作为计算依据。
②计算反应热ΔH
50mL 0.5mol/L盐酸与50mL 0.55mol/L NaOH溶液发生中和反应生成1mol H2O时放出的热量为:
其中(m1+m2)表示溶液质量(单位:g);c为比热容,c=4.18 J·(g·℃)-1;t1、t2分别为反应前、后的温度(单位:℃);n(H2O)为反应生成的水的物质的量(单位:mol)。
【注意事项】
①隔热层(碎泡沫塑料(或纸条))及杯盖的作用是____________________________________。
②为保证酸、碱完全中和,常使_________稍稍过量。
③实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得数值_________。(弱酸、弱碱的电离吸热)
特|别|提|醒
(1)酸碱溶液应当用强酸、强碱的稀溶液(0.1 mol/L~0.5 mol/L)
①测定中和热时不能用浓酸或浓碱,因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。
②测定中和热时不能用弱酸或弱碱,因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离,若改用弱酸或弱碱,它们电离时要吸收一部分热量。
(2)要使用同一支温度计:分别先后测量酸、碱及混合液的温度时,测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球部分要完全浸入溶液中,且要稳定一段时间再记下读数。
(3)实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温,才能使用。
(4)操作时动作要快,尽量减少热量的散失。
(5)实验时亦可选用浓度、体积都不相同的酸碱溶液进行中和热的测定,但在计算时,应取二者中量小的一种,因为过量的酸碱并不参与中和反应。
二、焓变
1.内能:体系内物质的各种能量的_________,受温度、_________和物质的聚集状态等影响。符号为_____。
2.焓:与物质_________有关的物理量,单位为_____,符号为H。
3.焓变(ΔH):_________与_________的焓值差,单位为_________。
恒压条件下反应的热效应等于焓变。
4.焓变与吸热反应、放热反应的关系
当ΔH为“_________”或ΔH <0时,为放热反应;当ΔH为“_________”或ΔH_____0时,为吸热反应。
5.化学反应过程中能量变化的原因
A.微观角度
(1)化学键与能量的关系
化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用,断开反应物中的化学键需要_________能量,形成生成物中的化学键要__________能量。
(2) 键能: 标况下,将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的________,单位:________。
氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下,氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开,氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化如图所示:
则:吸收总能量为:________________,释放总能量为:________________,反应中放出的热量:________________。
这样,由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量,根据“能量守恒定律”,多余的能量就会以热量的形式释放出来。
常见1 mol物质中化学键数目:
物质
金刚石
SiO2
P4
CO2
CH4
化学键
C—C
Si—O
P—P
C==O
C—H
化学键数目
2NA
4NA
6NA
2NA
4NA
(3)化学键与化学反应中能量变化的关系
断开化学键要________能量,形成化学键要________能量;________________是化学反应中能量变化的主要原因。
B.宏观角度
(1)一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量,决定于________________和________________相对大小。
(2)化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下:
放热反应:反应物的总能量________生成物的总能量;吸热反应:反应物的总能量小于生成物的总能量
(3)以能量为纵坐标,画出放热反应和吸热反应的简单示意图
(
反应物的总能量
小于
生成物的总能量
) (
反应物的总能量
大于
生成物的总能量
)放热反应 吸热反应
ΔH _____ 0时,为放热反应; ΔH _____ 0时,为吸热反应。
特|别|提|醒
正确判断吸、放热反应
(1)化学反应总体遵循“分吸合放”规律,即大多数分解反应吸热,大多数化合反应放热,且化学反应中吸热反应占少数,所以务必记住常见的吸热反应。
(2)放热反应或吸热反应必须属于化学变化,物质的物理变化过程中,也会有能量的变化,不属于吸热反应或放热反应。如醋酸的电离虽然要吸热,但不能称为吸热反应,只能称为吸热过程;同样,水蒸气转变成液态水,也不能称为放热反应。
(3)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。不同化学反应发生的条件不同,有的常温下就可以发生,有的则需要加热,因此往往容易把在加热条件下进行的反应认为是吸热反应,而在常温下进行的反应认为是放热反应,其实两者之间无必然联系,常温下进行的反应可能是放热反应,如中和反应;也可能是吸热反应,如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应。加热条件下进行的反应,可能是吸热反应,如C+CO2 == 2CO;也可能是放热反应,如C+O2 == CO2。两者的区别是放热反应撤去热源后仍能进行,吸热反应必须持续加热才能继续进行。由上可见,反应吸热还是放热与反应条件无关,而是由反应物总能量与生成物总能量的高低决定的。
三、热化学方程式
1.概念:表示________________和________的关系的化学方程式。
2.意义:表明了化学反应中的________变化和________变化。
例如:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。
3.书写要求
(1)注明反应的________和________ (25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。
(2)注明反应物和生成物的状态:固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。
(3)各物质的化学计量数只表示物质的_____________,而不表示分子个数(或原子个数),因此可以写成整数,也可以写成分数。
(4)不用标注“↑”“↓”。
(5)热化学方程式能反映该反应已完成的量。由于ΔH与反应物质的量有关,所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热的数值________,符号________。
特|别|提|醒
(1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。
(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
(3)在化学反应中,反应物各原子之间的化学键不一定完全断裂。
四、燃烧热和中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH_____0,单位均为kJ·mol-1
不同点
反应物的量
1 mol可燃物
不一定为1 mol
生成物的量
不确定
生成水的物质的量为________
反应热的含义
101 kPa时,________纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
在稀溶液里,酸与碱发生中和反应生成________时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)
强酸与强碱反应的中和热
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
五、盖斯定律
1.盖斯定律的内容
对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。即:化学反应的反应热只与反应体系的________________有关,而与________________无关。
2.盖斯定律的意义
应用盖斯定律可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热:
(1)有些反应进行得很慢。
(2)有些反应不容易直接发生。
(3)有些反应的生成物不纯(有副反应发生)。
3.应用
转化关系
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1=__________
AB
ΔH1=__________
ΔH=__________
六、反应热的计算
1.根据热化学方程式计算
热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成_____比。例如,
aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g) ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) Q
则
2.根据反应物、生成物的键能计算
ΔH=__________的键能总和-__________的键能总和。
3.根据物质的燃烧热数值计算
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。
4.根据盖斯定律计算
(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_____;
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=________________。
(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。
七、反应热(ΔH)的比较
1.ΔH大小比较时注意事项
(1)吸热反应的ΔH为“_____”,放热反应的ΔH为“_____”,
所以吸热反应的ΔH一定__________放热反应的ΔH。
(2)放热反应的ΔH为“-”,所以放热越多,ΔH越_____。
2.常见的几种ΔH大小比较方法
(1)如果化学计量数加倍,ΔH的绝对值也要__________
例如,H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2=-b kJ·mol-1,其中ΔH2<ΔH1<0,且b_____2a。
(2)同一反应,反应物或生成物的状态不同,反应热__________
在同一反应里,反应物或生成物状态不同时,要考虑A(g)A(l)A(s),或者从三状态自身的能量比较:E(g) _____E(l) _____E(s),可知反应热大小亦不相同。
如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
(3)晶体类型不同,产物相同的反应,反应热不同
如C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
C(s,金刚石)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
(4)根据反应进行的程度比较反应热大小
①其他条件相同,燃烧越充分,放出热量越多,ΔH越小,如C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1;C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2,则ΔH1_____ΔH2。
②对于可逆反应,由于反应物不可能完全转化为生成物,所以实际放出(或吸收)的热量小于相应的热化学方程式中的ΔH的绝对值。如:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-197 kJ·mol-1,向密闭容器中通入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g),发生上述反应,达到平衡后,放出的热量__________197 kJ,但ΔH仍为__________kJ·mol-1。
(5)中和反应中反应热的大小不同
①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1 mol水时,放出的热量一定__________57.3 kJ(浓硫酸稀释和氢氧化钠固体溶解时都会放出热量)。
②醋酸和NaOH溶液反应生成1 mol水时,放出的热量一定__________57.3 kJ(醋酸电离会吸热)。
③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1 mol水时,反应放出的热量一定__________57.3 kJ(SO和Ba2+反应生成BaSO4沉淀会放热)。
题型一 反应热的测定
【典例1】(2024-2025·浙江省温州新力量联盟·高二期中)利用图示装置测定中和热的实验步骤如下:①量取50mL0.25mol·L-1H2SO4溶液倒入小烧杯中,测量温度;②量取50mL0.55mol·L-1NaOH溶液,测量温度;③打开杯盖,将NaOH溶液倒量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,混合均匀后测量混合液温度。下列说法不正确的是
A.仪器A的名称是玻璃搅拌器
B.为便于酸碱充分反应,NaOH溶液应分多次加入
C.NaOH溶液稍过量的原因是确保硫酸完全被中和
D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,所测中和热ΔH有误差
方|法|点|拨
导致中和反应反应热测定存在误差的原因
①量取溶液的体积不准确。
②温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度,就记为终止温度)。③实验过程中有液体溅出。
④混合酸、碱溶液时,动作缓慢。
⑤隔热层隔热效果不好,实验过程中有热量损失。
⑥测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。⑦溶液浓度不准确。
⑧没有进行重复实验。
【变式1-1】取一定浓度的稀硫酸与一定浓度的NaOH溶液各50mL,利用下图装置测定中和反应的反应热。下列说法正确的是
A.搅拌器可采用玻璃或铝质材料制备
B.酸碱混合后,缓慢搅拌,再迅速盖好杯盖
C.酸碱物质的量浓度之比一定是1∶2
D.用温度计测量酸的温度后直接测量碱的温度,测得反应热的数值偏低
【变式1-2】如图是一种弹式热量计装置,测量有机物燃烧反应的恒容反应热。通常的使用过程是将样品放入不锈钢氧弹内,并充入氧气进行点火燃烧,整个氧弹放入装有水的内筒中,由温度传感器实时记录温度数据进行热量计算。下列说法不正确的是
1-搅拌器;2-水;3-氧弹;4-引燃线;5-温度计;6-绝热套
A.装置的绝热套可以尽量减少热量散失
B.实验前要保证充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧
C.内筒的水面要没过氧弹,以保证测量的准确性
D.搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,可以用玻璃棒代替
【变式1-3】利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入内筒中,测出盐酸温度;
②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;
③将NaOH溶液倒入内筒中,设法使之混合均匀,测得混合液最高温度。回答下列问题:
(1)倒入NaOH溶液的正确操作是_______(填字母)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入 B.分三次少量倒入 C.一次迅速倒入
(2)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是_______(填字母。
A.用温度计小心搅拌 B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯 D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(3)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为_______。
(4)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容4.18 kJ·kg-1·℃-1。为了计算中和热,某学生实验记录数据如下:
实验序号
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
2
3
依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热ΔH =_______(结果保留一位小数)。
(5)若计算生成1 mol H2O时的放出的热量小于57.3 kJ,产生偏差的原因可能是_______ (填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取盐酸的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定盐酸起始温度后直接测定NaOH溶液的温度
e.使用玻璃搅拌器搅拌不均匀
f.实验中用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器
题型二 从微观角度探讨反应热的实质
【典例2】(2024-2025·浙江省浙里特色联盟·高二期中) A(g)+3B(g)4C(g)反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能),下列有关叙述正确的是
A.3molB(g)的能量比4molC(g)的能量高
B.若ΔH= -akJ·mol-1,则1molA(g)和3molB(g)充分反应放出的热量一定等于
C.
D.有催化剂的两步反应中,第二步为该反应的决速步
方|法|点|拨
【变式2-1】某反应由两步反应A→B→C构成,它的反应能量曲线如图(E1、E2、E3、E4表示活化能)。下列有关叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应 B.三种化合物中C最稳定
C.加入催化剂会改变反应的焓变 D.整个反应的ΔH=E1-E2
【变式2-2】化学反应是反应热的必要源泉,可以提供人类生活和生产活动的必要能量。反应A+BC ΔH<0分两步进行,①A+BX ΔH>0,②XC ΔH<0,下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
A. B. C. D.
【变式2-3】我国首次实现以CO2为原料人工合成淀粉,该过程涉及CO2加氢(电解水得氢气)转化为甲醇(CH3OH)的过程,其能量变化如图所示。
下列叙述错误的是( )
A.CO2合成甲醇的反应中,反应物总能量比产物总能量高
B.CO2合成甲醇的反应中,破坏反应物化学键吸收的能量小于形成产物化学键释放的能量
C.CO2合成甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(g) △H=—(Q1+Q2)kJ ·mol-1
D.上述过程中存在电能转化为化学能、化学能转化为热能的能量转化形式
题型三 热化学方程式
【典例3】(2024-2025·浙江强基联盟·高二期中)下列有关反应热的描述中正确的是
A.S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.H2的燃烧热为285.8kJ•mol-1,则H2燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-571.6kJ•mol-1
C.H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ•mol-1,则NaOH稀溶液与CH3COOH稀溶液反应生成1molH2O(l)时放出的热量为57.3kJ
D.Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216kJ•mol-1,则反应物的总能量小于生成物的总能量
方|法|点|拨
热化学方程式正误判断的方法
【变式3-1】由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ的热量,1 g水蒸气转化为液态水放出2.45 kJ的热量,则下列热化学方程式书写正确的是( )
A.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.9 kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-241.8 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=285.9 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=241.8 kJ·mol-1
【变式3-2】(2024-2025·浙江省杭州市等4地·高二期中)下列说法中正确的是( )
A.已知S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH1;S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.由C(s,金刚石)==C(s,石墨) ΔH=-1.9 kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定
C.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,则热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D.稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,若将1 mol NaOH固体溶于含0.5 mol H2SO4的稀硫酸中,放出的热量大于57.3 kJ
【变式3-3】(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟·高二期中)下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) ΔH1;2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2;则ΔH1>ΔH2
B.已知稀盐酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol−1,则稀醋酸溶液和稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水放出的热量大于57.3kJ
C.已知在一定条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1;则将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应,放出热量46.2 kJ
D.甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol−1,则CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol−1
题型四 燃烧热
【典例4】(2024-2025·浙江省s9联盟·高二期中)下列热化学方程式正确的是( )
A.已知1 g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJ:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-55.625kJ·mol−1
B.已知充分燃烧V L乙烯气体生成1 mol二氧化碳气体和液态水,放出b kJ热量:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2bkJ·mol−1
C.通常状况下,将1 g氢气在氯气中完全燃烧,放出92.4 kJ热量:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=+184.8kJ·mol−1
D.12 g碳与适量水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,需吸收120 kJ的热量:C+H2OCO+H2 ΔH=+120kJ·mol−1
方|法|点|拨
书写或判断表示物质燃烧热的热化学方程式要做到“三看”
一看可燃物的化学计量数是否为1。
二看燃烧后是否生成指定产物:即看碳元素完全燃烧生成的氧化物是否为CO2(g),看氢元素完全燃烧生成的氧化物是否为H2O(l),看硫元素完全燃烧生成的氧化物是否为SO2(g)等。
三看ΔH符号是否为“-”及单位是否正确。
【变式4-1】沼气是一种能源,它的主要成分是CH4。标准状况下将1 L纯净的CH4 在空气中完全燃烧,生成CO2和液态水,放出39.5 kJ热量,则CH4燃烧的热化学方程式为( )
A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-39.75 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.4 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.4 kJ·mol-1
D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+39.75 kJ·mol-1
【变式4-2】已知3.0 g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ,则下列表示乙烷标准燃烧热的热化学方程式书写正确的是( )
A.2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2 119.6 kJ·mol-1
B.C2H6(g)+O2(g)===2CO(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
C.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
【变式4-3】25 ℃、101 kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是ΔH=-393.5 kJ·mol-1、ΔH=-285.8 kJ·mol-1、ΔH=-890.31 kJ·mol-1、ΔH=-2 800 kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.31 kJ·mol-1
D.C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1
题型五 盖斯定律及其应用
【典例5】已知下列热化学方程式:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ·mol-1
(3)Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=19 kJ·mol-1
写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式:________________。
方|法|点|拨
【变式5-1】发射“嫦娥一号”月球探测卫星的长征三号甲运载火箭的第三子级使用的燃料是液氢和液氧,已知下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②H2(g)===H2(l) ΔH2=-0.92 kJ·mol-1
③O2(g)===O2(l) ΔH3=-6.84 kJ·mol-1
④H2O(l)===H2O(g) ΔH4=44.0 kJ·mol-1
则反应H2(l)+O2(l)===H2O(g)的反应热ΔH为( )
A.237.46 kJ·mol-1 B.-474.92 kJ·mol-1 C.-118.73 kJ·mol-1 D.-237.46 kJ·mol-1
【变式5-2】含氮化合物在现代工业、环境治理中有重要地位。用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。
已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ/mol
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ/mol
③H2O(g)=2H2O(l) ΔH=-44kJ/mol
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式______________。
【变式5-3】(2025-20265·东北三省高二第一次月考)由金属单质和氯气反应得到CaCl2和BaCl2的能量关系如图所示(M=Ca、Ba)。下列说法不正确的是( )
A.∆H1+∆H3<0 B.∆H4>∆H5
C.∆H2(Ba)<∆H2(Ca) D.∆H1+∆H2+∆H3+∆H4+∆H5+∆H6=∆H
题型六 利用反应物和生成物能量的计算
【典例6】化学反应H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①、②均放出热量
B.光照和点燃条件下的反应热是相同的
C.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183 kJ·mol-1
D.2mol气态氢原子的能量高于1mol氢气的能量
方|法|点|拨
焓变的两种计算方法
(1)根据物质具有的能量来计算
ΔH=E(总生成物)-E(总反应物)
(2)根据化学键来计算
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量
【变式6-1】下列有关能量转化的说法不正确的是( )
A.反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=(b-a) kJ·mol-1
B.该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量
C.1 mol C和1 mol H2O反应生成1 mol CO和1 mol H2吸收的热量一定为(b-a) kJ
D.1 mol C(g)、2 mol H(g)、1 mol O(g)转变成1 mol CO(g) 和1 mol H2(g)放出的热量为a kJ
【变式6-2】根据下图所得判断正确的是( )
已知:I2(g)=I2(s) ΔH=-62.4kJ/mol
A.图1反应为吸热反应
B.图2反应的热化学方程式为2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH=+9.4kJ/mol
C.图2中若I2的状态为固态,则能量变化曲线可能为①
D.断裂1molH2(g)和1molI2(g)中化学键需要的能量大于断裂2molHI(g)中化学键需要的能量
【变式6-3】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量比气态乙烷________ (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,放出相同的热量时,选择________ (填“乙烷”或“二甲醚”)作为燃料产生的CO2较少。
题型七 利用热化学方程式的计算
【典例7】把煤作为燃料可通过下列两种途径:
途径I:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1<0①
途径II:先制成水煤气:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H2>0②
再燃烧水煤气:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H3<0③
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H4<0④
请回答下列问题:
(1)途径I放出的热量_____________( 填“大于”“等于”或“小于”) 途径II放出的热量。
(2)△H1、△H2、△H3、△H4的数学关系式是_______________。
(3)12g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出110.35kJ热量。其热化学方程式为_______________。
方|法|点|拨
【变式7-1】以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水制氢流程如图。
已知氢气燃烧热△H=-286kJ/mol,△H3为( )
A.+172kJ/mol B.+400kJ/mol C.+29kJ/mol D.+254kJ/mol
【变式7-2】化学反应:C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1<0
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2<0
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3<0;
下列说法中不正确的是(相同条件下)( )
A.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
B.12 g C所具有的能量一定大于28 g CO所具有的能量
C.ΔH1+ΔH2=ΔH3
D.将两份质量相等的碳燃烧,生成CO2的反应比生成CO的反应放出的热量多
【变式7-3】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。
下列说法不正确的是( )
A.通过计算,可知系统(Ⅰ)制备氢气的热化学方程式为:H2O(l)= H2(g)+1/2O2(g) ΔH = 286 kJ· mol-1
B.通过计算,可知系统(Ⅱ)制备氢气的热化学方程式为:H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH =20kJ·mol-1
C.若反应H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) ΔH = -a kJ · mol-1, 则a>286
D.制得等量H2所需能量较少的是热化学硫碘循环硫化氢分解法
题型八 依据键能计算化学反应的反应热
【典例8】标准状态下,1mol纯物质的相对能量及解离为气态原子时所消耗的能量如下表所示:
物质
O2(g)
N2(g)
NO2g)
C(s,石墨)
CH4(g)
CO2(g)
相对能量/ kJ·mol−1
0
0
x
0
-75
-393.5
解离总耗能/kJ
498
946
632
717
1656
y
下列说法正确的是( )
A.x =180
B.逐级断开CH4(g)中的每摩尔C—H所消耗的能量均为414kJ
C.解离每摩尔C(s,石墨)中的碳碳键平均耗能为239kJ
D.根据NO(g)+CH4(g)CO2(g)+N(g)+2H2O(g)的ΔH可计算出H—O键能
方|法|点|拨
(1)熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)
ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能)
(2)规避两个易失分点
①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任一个过程都不是化学变化。
②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
【变式8-1】P4S3可用于制造安全火柴,相关物质的结构及键能如表所示。
共价键
S—S
P—P
P—S
键能(kJ·mol-1)
a
b
c
则反应S8(s)+P4(s)=P4S3(s)的△H为( )
A.(a+b-c)kJ·mol-1 B.(c-a-b)kJ·mol-1 C.(3a+3b-6c)kJ·mol-1 D.3(2c-b-a)kJ·mol-1
【变式8-2】SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子时吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F 键、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)=SF6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1780 kJ·mol-1 B.+1220 kJ·mol-1 C.-1220 kJ·mol-1 D.+1780 kJ·mol-1
【变式8-3】工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。反应原理:CH2= CH2 (g)+H2O(g) =CH3CH2OH(g) △H。已知几种共价键的键能如下:
化学键
C—H
C=C
H—O
C—C
C—O
键能/ kJ•mol-1
413
615
463
348
351
下列说法错误的是( )
A.上述合成乙醇的反应原子利用率为100%
B.由表中的C—H、C—C、C—O的键能可推知C—H最牢固
C.碳碳双键的键能大于碳碳单键键能,但碳碳单键更稳定
D.上述反应式中,ΔH=+34 kJ•mol-1
基础通关练(测试时间:20分钟)
1.下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是( )
A.燃烧属于放热反应
B.中和反应是吸热反应
C.断裂化学键放出能量
D.反应物总能量与生成物总能量可能相等
2.下列有关叙述正确的是( )
A.测定中和反应的反应热时,需要用到天平
B.若用50 mL 0.55 mol·L-1的氢氧化钠溶液,分别与50 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和50 mL 0.50 mol·L-1的硝酸充分反应,两中和反应的反应热不相等
C.用玻璃搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
D.只需做一次实验,再根据公式即可得出中和反应的反应热
3.已知羰基硫(COS)是硫循环的重要中间体,反应H2(g)+COS(g)H2S(g)+ CO(g) 的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.ΔH<0
B.加入催化剂,的值不变
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.反应物的键能总和大于生成物的键能总和
4.已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
共价键
H- H
H-O
键能/(kJ·mol-1)
436
463
热化学方程式
2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g) ΔH= -482kJ·mol-1
则2O(g)=O2(g)的ΔH为( )
A.428 kJ·mol-1 B.-428 kJ·mol-1 C.498 kJ·mol-1 D.-498 kJ·mol-1
5.已知化学反应2C(s)+O2(g)2CO(g)、2CO(g)+O2(g)2CO2(g)都是放热反应,下列说法中不正确的是(其他条件相同)( )
A.12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C.12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D.将一定质量的C燃烧,生成CO2比生成CO时放出的热量多
6.如图为中和热测定实验装置。下列说法错误的是( )
A.使用环形玻璃搅拌棒是为了使反应更充分
B.用硫酸和Ba(OH)2溶液代替盐酸和氢氧化钠溶液,测得的中和热数值相同
C.温度计测量过盐酸的温度后,应先把温度计上的酸用水冲洗干净后,再测量NaOH溶液的温度
D.小烧杯和大烧杯的杯口相平
7.热化学方程式C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) △H =+131.3 kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3kJ能量
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水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气,并吸热131.3kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1kJ
8.今有如下三个热化学方程式:
H2(g)+l/2O2(g)=H2O(g) △H=akJ/mol
H2(g)+l/2O2(g)=H2O(l) △H=bkJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=ckJ/mol
关于它们的下列表述正确的是( )
A.2b=c B.a、b和c均为正值 C.a=b D.它们都是吸热反应
9.下列热化学方程式中△H的值能表示可燃物的燃烧热的是( )
A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802.3kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H= -571.6 kJ·mol-1
D.CO(g)+O2(g) CO2(g) △H =-283 kJ·mol-1
10.25℃、101 kPa时,1 g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量。下列表示该反应的热化学方程式中正确的是( )
A.2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=+1451.52 kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1
C.2CH3OH+O2=2CO2+4H2O △H=-22.68 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-725.76 kJ·mol-1
11.根据热化学方程式:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=a kJ·mol-1(a=-297.2)。分析下列说法,其中不正确的是( )
A.S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1,则a>b
C.1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D.16 g固体硫在空气中充分燃烧,可吸收148.6 kJ的热量
16.肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。25℃、101kPa时,0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水,放出133.5kJ热量。下列说法正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1
B.N2H4的燃烧热534kJ·mol-1
C.相同条件下,1molN2H4(g)所含能量高于1molN2(g)和2molH2O(g)所含能量之和
D.该反应是放热反应,反应的发生不需要克服化学键
12.在298K、100kPa时,有下列反应:O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)∆H1;Cl2(g)+H2(g)=2HCl(g)∆H2;2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)∆H3,则∆H3与∆H1和∆H2间的关系正确的是( )
A.∆H3=∆H1+∆H2 B.∆H3=∆H1+2∆H2 C.∆H3=2∆H2-∆H1 D.∆H3=∆H1-∆H2
13.在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1mol含硫产物的数据)。由图得出的结论正确的是( )
A.S8(s)的燃烧热ΔH=-8(a+b)kJ·mol-1
B.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=-2bkJ·mol-1
C.S8(s)+8O2(g)=8SO2(g) ΔH=-akJ·mol-1
D.由1molS8(s)生成SO3的反应热ΔH=-8(a+b)kJ·mol-1
14.根据下面的信息,下列叙述正确的是( )
A.2molH2O(g)的能量比2molH2(g)与1molO2(g)的能量之和低
B.2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)吸收能量为490kJ
C.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
D.1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)释放能量为245kJ
15.键能是指在25 ℃、1.01×105 Pa时,将1 mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。已知键能:H—H为436 kJ·mol-1;Cl—Cl为243 kJ·mol-1;H—Cl为431 kJ·mol-1。下列说法中不正确的是( )
A.1 mol H2中的化学键断裂时需要吸收436 kJ能量
B.2 mol HCl分子中的化学键形成时要释放862 kJ能量
C.此反应的热化学方程式为
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=183 kJ·mol-1
D.此反应的热化学方程式为H2(g)+Cl2(g)===HCl(g) ΔH=-91.5 kJ·mol-1
16.活化能这一名词是由阿伦尼乌斯在1889年引入,用来定义一个化学反应的发生所需要克服的能量障碍。已知反应:,反应过程中的能量变化如下图所示,下列说法正确的是
A.该反应的
B.该反应的活化能为
C.加入催化剂,(b-a)值不变
D.该反应的热化学方程式为
。
17.C(s)与O2(g)生成CO2(g)的反应可以一步完成,也可以分两步完成,各步反应之间的关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.的燃烧热的
B.
C.金刚石与石墨完全燃烧放出的热量均为
D.根据上图推出C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=+172.5kJ·mol−1
18.写出下列反应的热化学方程式。
(1)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为_______________。
(2)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为______________________。
(3)在25 ℃、101 kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为_______________________________________________________。
重难突破练(测试时间:20分钟)
1.25℃、101 kPa时,1 g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量。下列表示该反应的热化学方程式中正确的是( )
A.2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=+1451.52 kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1
C.2CH3OH+O2=2CO2+4H2O △H=-22.68 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-725.76 kJ·mol-1
2.常温常压下,H2S在O2中燃烧有如下转化关系,下列说法正确的是( )
A.的燃烧热 B.的燃烧热
C. D.,
3.已知强酸与强碱在稀溶液里反应的中和热可表示为H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。现有下列反应:
NH3·H2O(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq)+H2O(l) ΔH1
H2SO4(浓)+NaOH(aq)=Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH2
HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l) ΔH3
上述反应均在溶液中进行,则下列ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是
A.ΔH2>ΔH3>ΔH1 B.ΔH1>ΔH3>ΔH2 C.ΔH1=ΔH2=ΔH3 D.ΔH2=ΔH3>ΔH1
4.(2023·贵州省铜仁市质检)依据下列含硫物质转化的热化学方程式,得出的相关结论正确的是( )
①S(g)+O2(g)= SO2(g) ΔH1
②S(s)+O2(g)= SO2(g) ΔH2
③2H2S(g)+O2(g)=2 S(s)+2H2O(l) ΔH3
④2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH4
⑤2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) ΔH5
A.ΔH1>ΔH2 B.ΔH3<ΔH4 C.ΔH4=ΔH2+ΔH3 D.2ΔH5=3ΔH3-ΔH4
5.已知NaHCO3溶液与盐酸反应生成CO2吸热,N2CO3溶液与盐酸反应生成CO2 放热。关于下列ΔH的判断正确的是( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
HCO3-(aq)+H+(aq)H2CO3(aq) ΔH2
H2CO3(aq)H2O(l)+CO2(g) ΔH3
OH-(aq)+H+(aq) H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2>0 B.ΔH1+ΔH2>0 C.ΔH1+ΔH2+ΔH3>0 D.ΔH2<ΔH4
6.生成水的能量关系如图所示:下列说法不正确的是( )
A.△H2>0
B.若2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H4,则△H4<△H1
C.一定条件下,气态原子生成1 mol H-O放出a kJ热量,则该条件下△H3=-4akJ/mol
D.△H1+△H2+△H3=0
7.在一定温度压强下,依据图示关系,下列说法不正确的是( )
A.C(石墨)+ CO2(g) =2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
B.1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量O2反应全部转化为CO2(g) ,前者放热多
C.ΔH5=ΔH1-ΔH3
D.化学反应的△H,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
8.已知在25℃、1.01×105Pa下,1 mol氮气和1 mol氧气生成2 mol一氧化氮的能量变化如下图所示,已知N2(g)+O2(g)=2 NO(g) △H=+180 kJ/mol,下列有关说法正确的是( )
A.NO(g)分解为N2(g)和O2(g)时吸收热量
B.乙→丙的过程中若生成液态一氧化氮,释放的能量将小于1264 kJ
C.O2(g)=2O(g) △H=+498 kJ/mol
D.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为:乙>甲>丙
9.烟气中主要污染物SO2、NOx,为消除排放、保护环境,实现绿色可持续发展。处理方法一:烟气经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NO的主要反应的热化学方程式为:
NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H1
NO(g)+O2(g)=NO2(g) △H2
SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H3
(1)反应3NO(g)+ O3(g)= 3NO2(g)的△H=___________(用△H1、△H2表示)。
(2)N2和O2在一定条件下反应生成NO2的热化学方程式为:N2(g)+O2(g) =NO2(g) ΔH=+34 kJ•mol-1.该反应为___________(“放热”或“吸热”)反应
(3)化学反应中的能量变化源自于化学反应中化学键变化时产生的能量变化。下表为一些化学键的键能:
化学键
键能(kJ·mol-1)
化学键
键能(kJ·mol-1)
N≡N
942
H-O
460
N-H
391
O=O
499
H-H
437
①写出N2和H2反应合成氨的热化学方程式:___________
②已知:1mol H2O(g)转化为1mol H2O(l)时放出44.0 kJ的热量。计算1g H2完全燃烧时放出的热量___________。H2O(g)的稳定性___________(“大于”“小于”)H2O(l)。
(4)写出NH3(g)在O2(g)中完全燃烧生成NO2(g)和H2O(g)的热化学方程式:___________
10.随着科学技术的发展,实验仪器也在不断地变革。某化学兴趣小组利用如图所示的仪器来进行中和热测定实验。
实验原理:
(K的物理意义是热量计升高时所需的热量),(n为生成水的物质的量)。
实验步骤:
Ⅰ.热量计总热容常数K的测定:
反应瓶中放入蒸馏水打开磁力搅拌器,搅拌。开启精密直流稳压电流,调节输出电压(电压为5V)和电流.采集数据,并求出。
Ⅱ.中和热的测定:
①将反应瓶中的水倒掉,用干布擦干,重新量取蒸馏水注入其中,然后加入溶液,再取溶液注入储液管中。
②打开磁力搅拌器,搅拌。每分钟记录一次温差,记录到一分钟时,将玻璃棒提起,使储液管中碱与酸混合反应。继续每分钟记录一次温差,测定10分钟。采集数据(如图所示)。
(1)现行教材中和热测定实验中不会用到的实验仪器是_______(填字母),装置中碎泡沫塑料的作用是_______。
A.温度计 B.漏斗 C.烧杯 D.量筒
(2)K的测定步骤中,量取蒸馏水的玻璃仪器可用_______(填名称)。
(3)中和热测定步骤中,需蒸馏水的体积_______;利用图中数据求得的中和热_______(保留1位小数)。
(4)上述结果与有偏差,产生此偏差的原因可能是_______(填字母)。
A.实验装置保温、隔热效果差 B.过量,未反应完
C.配制溶液时,定容采用俯视读数 D.搅拌不充分,盐酸未反应完
(5)若用稀硫酸与溶液来测定,所测得中和热的值可能_______(填“偏高”、“偏低”或“无影响”),其原因是_______。
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专题01 化学反应的热效应
考查重点
命题角度
反应热及其测定
理解中和反应反应热的测定原理和方法,会分析产生误差的原因。
焓变
认识内能,学会使用焓变表示反应热,会用键能计算焓变。
热化学方程式
能用热化学方程式表示反应中的能量变化,判断热化学方程式正误。
燃烧热和中和热的比较
理解燃烧热和中和热的概念并能进行相关计算。
盖斯定律
理解盖斯定律并能应用分析反应过程中的能量变化。
反应热的计算
能进行反应热的简单计算,
反应热(ΔH)的比较
能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析和解决实际问题。
一、反应热及其测定
1.反应热
(1)体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间为例
环境:与体系相互影响的其他部分,如试管、空气等。
体系:包括盐酸、NaOH溶液、发生的反应。
(2)体系与环境的热量交换——反应热
热量:因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。
反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
【点拨】反应热概念中的“等温条件”是指化学反应发生后,使反应后体系的温度恢复到反应前体系的温度,即反应前后体系的温度相等。
2.中和反应热的测定
【实验原理】通过测定一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得反应热。
【实验装置】
【实验步骤】
①往小烧杯中加入50 mL 0.50 mol/L的盐酸,并用温度计测量盐酸的温度,用水把温度计上的酸冲洗干净。
②用量筒量取50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液,并用温度计测量其温度。
③将NaOH溶液迅速倒入小烧杯中,盖好盖板,并用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,
准确读取混合溶液的最高温度记为终止温度。
④重复实验2~3次。
【实验数据处理】
①取三次测量所得数据的平均值作为计算依据。
②计算反应热ΔH
50mL 0.5mol/L盐酸与50mL 0.55mol/L NaOH溶液发生中和反应生成1mol H2O时放出的热量为:
其中(m1+m2)表示溶液质量(单位:g);c为比热容,c=4.18 J·(g·℃)-1;t1、t2分别为反应前、后的温度(单位:℃);n(H2O)为反应生成的水的物质的量(单位:mol)。
【注意事项】
①隔热层(碎泡沫塑料(或纸条))及杯盖的作用是隔热保温,减少热量散失。
②为保证酸、碱完全中和,常使碱稍稍过量。
③实验中若使用弱酸或弱碱,会使测得数值偏小。(弱酸、弱碱的电离吸热)
特|别|提|醒
(1)酸碱溶液应当用强酸、强碱的稀溶液(0.1 mol/L~0.5 mol/L)
①测定中和热时不能用浓酸或浓碱,因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。
②测定中和热时不能用弱酸或弱碱,因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离,若改用弱酸或弱碱,它们电离时要吸收一部分热量。
(2)要使用同一支温度计:分别先后测量酸、碱及混合液的温度时,测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球部分要完全浸入溶液中,且要稳定一段时间再记下读数。
(3)实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温,才能使用。
(4)操作时动作要快,尽量减少热量的散失。
(5)实验时亦可选用浓度、体积都不相同的酸碱溶液进行中和热的测定,但在计算时,应取二者中量小的一种,因为过量的酸碱并不参与中和反应。
二、焓变
1.内能:体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。符号为U。
2.焓:与物质内能有关的物理量,单位为kJ,符号为H。
3.焓变(ΔH):生成物与反应物的焓值差,单位为kJ/mol。
恒压条件下反应的热效应等于焓变。
4.焓变与吸热反应、放热反应的关系
当ΔH为“负值”或ΔH <0时,为放热反应;当ΔH为“正值”或ΔH>0时,为吸热反应。
5.化学反应过程中能量变化的原因
A.微观角度
(1)化学键与能量的关系
化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用,断开反应物中的化学键需要吸收能量,形成生成物中的化学键要释放能量。
(2) 键能: 标况下,将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量,单位:kJ·mol-1。
氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下,氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开,氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化如图所示:
则:吸收总能量为:436+243=679 kJ,释放总能量为:431×2=862 kJ,反应中放出的热量:862-679=183 kJ。
这样,由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量,根据“能量守恒定律”,多余的能量就会以热量的形式释放出来。
常见1 mol物质中化学键数目:
物质
金刚石
SiO2
P4
CO2
CH4
化学键
C—C
Si—O
P—P
C==O
C—H
化学键数目
2NA
4NA
6NA
2NA
4NA
(3)化学键与化学反应中能量变化的关系
断开化学键要吸收能量,形成化学键要释放能量;化学键的变化是化学反应中能量变化的主要原因。
B.宏观角度
(1)一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量,决定于反应物总能量和生成物总能量相对大小。
(2)化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下:
放热反应:反应物的总能量大于生成物的总能量;吸热反应:反应物的总能量小于生成物的总能量
(3)以能量为纵坐标,画出放热反应和吸热反应的简单示意图
(
反应物的总能量
小于
生成物的总能量
) (
反应物的总能量
大于
生成物的总能量
)放热反应 吸热反应
ΔH < 0时,为放热反应; ΔH > 0时,为吸热反应。
特|别|提|醒
正确判断吸、放热反应
(1)化学反应总体遵循“分吸合放”规律,即大多数分解反应吸热,大多数化合反应放热,且化学反应中吸热反应占少数,所以务必记住常见的吸热反应。
(2)放热反应或吸热反应必须属于化学变化,物质的物理变化过程中,也会有能量的变化,不属于吸热反应或放热反应。如醋酸的电离虽然要吸热,但不能称为吸热反应,只能称为吸热过程;同样,水蒸气转变成液态水,也不能称为放热反应。
(3)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。不同化学反应发生的条件不同,有的常温下就可以发生,有的则需要加热,因此往往容易把在加热条件下进行的反应认为是吸热反应,而在常温下进行的反应认为是放热反应,其实两者之间无必然联系,常温下进行的反应可能是放热反应,如中和反应;也可能是吸热反应,如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应。加热条件下进行的反应,可能是吸热反应,如C+CO2 == 2CO;也可能是放热反应,如C+O2 == CO2。两者的区别是放热反应撤去热源后仍能进行,吸热反应必须持续加热才能继续进行。由上可见,反应吸热还是放热与反应条件无关,而是由反应物总能量与生成物总能量的高低决定的。
三、热化学方程式
1.概念:表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2.意义:表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
例如:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。
3.书写要求
(1)注明反应的温度和压强(25 ℃、101 kPa下进行的反应可不注明)。
(2)注明反应物和生成物的状态:固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。
(3)各物质的化学计量数只表示物质的物质的量,而不表示分子个数(或原子个数),因此可以写成整数,也可以写成分数。
(4)不用标注“↑”“↓”。
(5)热化学方程式能反映该反应已完成的量。由于ΔH与反应物质的量有关,所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时,其反应热与正反应的反应热的数值相等,符号相反。
特|别|提|醒
(1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。
(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。
(3)在化学反应中,反应物各原子之间的化学键不一定完全断裂。
四、燃烧热和中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH<0,单位均为kJ·mol-1
不同点
反应物的量
1 mol可燃物
不一定为1 mol
生成物的量
不确定
生成水的物质的量为1 mol
反应热的含义
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
在稀溶液里,酸与碱发生中和反应生成1 mol水时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)
强酸与强碱反应的中和热
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
五、盖斯定律
1.盖斯定律的内容
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.盖斯定律的意义
应用盖斯定律可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热:
(1)有些反应进行得很慢。
(2)有些反应不容易直接发生。
(3)有些反应的生成物不纯(有副反应发生)。
3.应用
转化关系
反应热间的关系
aAB、AB
ΔH1=aΔH2
AB
ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
六、反应热的计算
1.根据热化学方程式计算
热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。例如,
aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g) ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) Q
则
2.根据反应物、生成物的键能计算
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。
3.根据物质的燃烧热数值计算
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。
4.根据盖斯定律计算
(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。
七、反应热(ΔH)的比较
1.ΔH大小比较时注意事项
(1)吸热反应的ΔH为“+”,放热反应的ΔH为“-”,
所以吸热反应的ΔH一定大于放热反应的ΔH。
(2)放热反应的ΔH为“-”,所以放热越多,ΔH越小。
2.常见的几种ΔH大小比较方法
(1)如果化学计量数加倍,ΔH的绝对值也要加倍
例如,H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1=-a kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2=-b kJ·mol-1,其中ΔH2<ΔH1<0,且b=2a。
(2)同一反应,反应物或生成物的状态不同,反应热不同
在同一反应里,反应物或生成物状态不同时,要考虑A(g)A(l)A(s),或者从三状态自身的能量比较:E(g)>E(l)>E(s),可知反应热大小亦不相同。
如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
(3)晶体类型不同,产物相同的反应,反应热不同
如C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-a kJ·mol-1
C(s,金刚石)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-b kJ·mol-1
(4)根据反应进行的程度比较反应热大小
①其他条件相同,燃烧越充分,放出热量越多,ΔH越小,如C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1;C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
②对于可逆反应,由于反应物不可能完全转化为生成物,所以实际放出(或吸收)的热量小于相应的热化学方程式中的ΔH的绝对值。如:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-197 kJ·mol-1,向密闭容器中通入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g),发生上述反应,达到平衡后,放出的热量小于197 kJ,但ΔH仍为-197 kJ·mol-1。
(5)中和反应中反应热的大小不同
①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1 mol水时,放出的热量一定大于57.3 kJ(浓硫酸稀释和氢氧化钠固体溶解时都会放出热量)。
②醋酸和NaOH溶液反应生成1 mol水时,放出的热量一定小于57.3 kJ(醋酸电离会吸热)。
③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1 mol水时,反应放出的热量一定大于57.3 kJ(SO和Ba2+反应生成BaSO4沉淀会放热)。
题型一 反应热的测定
【典例1】(2024-2025·浙江省温州新力量联盟·高二期中)利用图示装置测定中和热的实验步骤如下:①量取50mL0.25mol·L-1H2SO4溶液倒入小烧杯中,测量温度;②量取50mL0.55mol·L-1NaOH溶液,测量温度;③打开杯盖,将NaOH溶液倒量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,混合均匀后测量混合液温度。下列说法不正确的是
A.仪器A的名称是玻璃搅拌器
B.为便于酸碱充分反应,NaOH溶液应分多次加入
C.NaOH溶液稍过量的原因是确保硫酸完全被中和
D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,所测中和热ΔH有误差
【答案】B
【解析】A项,仪器A的名称是玻璃搅拌器,故A正确;B项,测定中和反应的反应热时,为了减少热量散失,氢氧化钠溶液应一次性倒入盛有硫酸的量热器内筒中,不能分多次倒入,否则易导致热量的散失,故B错误;C项,测定中和反应的反应热时,为了保证硫酸完全被中和,加入的氢氧化钠溶液应稍过量,故C正确;D项,用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,会造成H2SO4溶液的起始温度偏高,所测中和热ΔH有误差,故D正确;故选B。
方|法|点|拨
导致中和反应反应热测定存在误差的原因
①量取溶液的体积不准确。
②温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度,就记为终止温度)。③实验过程中有液体溅出。
④混合酸、碱溶液时,动作缓慢。
⑤隔热层隔热效果不好,实验过程中有热量损失。
⑥测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。⑦溶液浓度不准确。
⑧没有进行重复实验。
【变式1-1】取一定浓度的稀硫酸与一定浓度的NaOH溶液各50mL,利用下图装置测定中和反应的反应热。下列说法正确的是
A.搅拌器可采用玻璃或铝质材料制备
B.酸碱混合后,缓慢搅拌,再迅速盖好杯盖
C.酸碱物质的量浓度之比一定是1∶2
D.用温度计测量酸的温度后直接测量碱的温度,测得反应热的数值偏低
【答案】D
【解析】A项,搅拌器可采用玻璃材料,由于金属导热性良好,易造成热量较大损失,增大实验误差,故不能用铝质材料制备,A错误;B项,酸碱混合后,迅速盖好杯盖,快速拉动环形玻璃搅拌棒进行搅拌,使溶液充分反应,防止热量损失,B错误;C项,中和热的测量时,为减小误差,一般保持碱的浓度稍大,则酸碱物质的量浓度之比一般大于1∶2,C错误;D项,温度计上蘸的酸与NaOH溶液反应,导致硫酸和NaOH溶质损失,中和反应实验时放出的热量减少,使测得的反应热数值偏低,因放热反应的焓变是负值,则焓变偏高,D正确;故选D。
【变式1-2】如图是一种弹式热量计装置,测量有机物燃烧反应的恒容反应热。通常的使用过程是将样品放入不锈钢氧弹内,并充入氧气进行点火燃烧,整个氧弹放入装有水的内筒中,由温度传感器实时记录温度数据进行热量计算。下列说法不正确的是
1-搅拌器;2-水;3-氧弹;4-引燃线;5-温度计;6-绝热套
A.装置的绝热套可以尽量减少热量散失
B.实验前要保证充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧
C.内筒的水面要没过氧弹,以保证测量的准确性
D.搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,可以用玻璃棒代替
【答案】D
【解析】A项,绝热套能防止进行热交换,作用是减少热量损失,故A正确;B项,实验测量有机物燃烧反应的反应热,要充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧,故B正确;C项,水面浸没过氧弹都是要保证数据准确性,故C正确;D项,搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,不能用玻璃棒代替,故D错误;故选D。
【变式1-3】利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入内筒中,测出盐酸温度;
②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;
③将NaOH溶液倒入内筒中,设法使之混合均匀,测得混合液最高温度。回答下列问题:
(1)倒入NaOH溶液的正确操作是_______(填字母)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入 B.分三次少量倒入 C.一次迅速倒入
(2)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是_______(填字母。
A.用温度计小心搅拌 B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯 D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(3)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为_______。
(4)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容4.18 kJ·kg-1·℃-1。为了计算中和热,某学生实验记录数据如下:
实验序号
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
2
3
依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热ΔH =_______(结果保留一位小数)。
(5)若计算生成1 mol H2O时的放出的热量小于57.3 kJ,产生偏差的原因可能是_______ (填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取盐酸的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定盐酸起始温度后直接测定NaOH溶液的温度
e.使用玻璃搅拌器搅拌不均匀
f.实验中用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器
【答案】(1)C (2)D (3)ΔH1=ΔH2<ΔH3 (4)-51.8 kJ·mol-1 (5)acdef
【解析】(1)倒入氢氧化钠溶液时,必须一次迅速的倒入,目的是减少热量的散失,不能分几次倒入氢氧化钠溶液,否则会导致热量散失,影响测定结果。故答案为C。(2)使硫酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作方法是:用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动;温度计是测量温度的,不能使用温度计搅拌;也不能轻轻地振荡内筒,否则可能导致液体溅出或热量散失,影响测定结果;更不能打开杯盖用玻璃棒搅拌,否则会有热量散失。故答案为D。(3)中和热是强酸强碱稀溶液完全反应生成1mol水放出的热量,一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液和1L 1mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应放热57.3kJ;一水合氨是弱电解质,存在电离平衡,电离过程是吸热程,稀氨水和1L 1mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应放热小于57.3kJ,反应焓变是负值,所以ΔH1=ΔH2<ΔH3。(4)根据表格数据分析可知,温度差平均值=3.1℃;50 mL 0.55 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行中和反应生成水的物质的量为,溶液的质量为:,温度变化的值为℃,则生成水放出的热量为,即,所以实验测得的中和热;(5)b.仰视读数时,实际量取的溶液体积多于应该量取的溶液体积,会导致放出的热量变多;d.实验中用温度计先后测量酸溶液、碱溶液及混合溶液的温度时,使用同一支温度计可减小实验误差,且测量完一种溶液后 ,温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。测完酸溶液的温度计表面附着酸,未冲洗就直接测定碱溶液的温度,导致测定的碱溶液温度偏高,从而使测定的温度差值偏小,测得的中和热数值偏小;f.铜容易导热,使热量损失,所以测量的中和反应反应热数值偏小;故选acdef。
题型二 从微观角度探讨反应热的实质
【典例2】(2024-2025·浙江省浙里特色联盟·高二期中) A(g)+3B(g)4C(g)反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能),下列有关叙述正确的是
A.3molB(g)的能量比4molC(g)的能量高
B.若ΔH= -akJ·mol-1,则1molA(g)和3molB(g)充分反应放出的热量一定等于
C.
D.有催化剂的两步反应中,第二步为该反应的决速步
【答案】C
【解析】A.由图知,A(g)+3B(g)4C(g)是放热反应,则1molA(g)和3molB(g)的总能量比4molC(g)的能量高,A错误; B.该反应为可逆反应,转化率小于100%,若ΔH= -akJ·mol-1,则1molA(g)和3molB(g)充分反应放出的热量一定小于akJ,B错误;C.焓变=正反应的活化能-逆反应的活化能,由图可知,ΔH<0,则,C正确;D.有催化剂的两步反应中,第一步活化能较高,为该反应的决速步,D错误;故选C。
方|法|点|拨
【变式2-1】某反应由两步反应A→B→C构成,它的反应能量曲线如图(E1、E2、E3、E4表示活化能)。下列有关叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应 B.三种化合物中C最稳定
C.加入催化剂会改变反应的焓变 D.整个反应的ΔH=E1-E2
【答案】B
【解析】根据图示可知第一步反应的反应物的能量比生成物的能量低,所以该步反应是吸热反应;而第二步反应中生成物的能量比反应物的能量低,该步反应是放热反应,A错误;根据图示可知三种化合物中C含有的能量最低,故其最稳定,B正确;加入催化剂会改变反应的活化能,但是不能改变反应物、生成物的能量,所以不能改变反应的焓变,C错误;整个反应的ΔH=E1+E3-E2-E4,D错误。
【变式2-2】化学反应是反应热的必要源泉,可以提供人类生活和生产活动的必要能量。反应A+BC ΔH<0分两步进行,①A+BX ΔH>0,②XC ΔH<0,下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】总反应焓变小于0,为放热反应,所以A+B的能量高于C,第一步反应焓变大于0为吸热反应,所以A+B的能量低于X,第二步反应焓变小于0为放热反应,所以X的能量高于C,综上所述图像D符合,故选D。
【变式2-3】我国首次实现以CO2为原料人工合成淀粉,该过程涉及CO2加氢(电解水得氢气)转化为甲醇(CH3OH)的过程,其能量变化如图所示。
下列叙述错误的是( )
A.CO2合成甲醇的反应中,反应物总能量比产物总能量高
B.CO2合成甲醇的反应中,破坏反应物化学键吸收的能量小于形成产物化学键释放的能量
C.CO2合成甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(g) △H=—(Q1+Q2)kJ ·mol-1
D.上述过程中存在电能转化为化学能、化学能转化为热能的能量转化形式
【答案】C
【解析】由图可知,二氧化碳合成甲醇的反应为反应物总能量比产物总能量高的放热反应,故A正确;由图可知,二氧化碳合成甲醇的反应为反应物总能量比产物总能量高的放热反应,则反应中破坏反应物化学键吸收的能量小于形成产物化学键释放的能量,故B正确;由图可知,二氧化碳合成甲醇的反应为反应物总能量比产物总能量高的放热反应,反应的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=—Q2kJ ·mol-1,故C错误;由题意可知,电解水得氢气的过程中存在电能转化为化学能的能量转化形式,二氧化碳加氢转化为甲醇的过程中存在化学能转化为热能的能量转化形式,故D正确;故选C。
题型三 热化学方程式
【典例3】(2024-2025·浙江强基联盟·高二期中)下列有关反应热的描述中正确的是
A.S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.H2的燃烧热为285.8kJ•mol-1,则H2燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-571.6kJ•mol-1
C.H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ•mol-1,则NaOH稀溶液与CH3COOH稀溶液反应生成1molH2O(l)时放出的热量为57.3kJ
D.Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216kJ•mol-1,则反应物的总能量小于生成物的总能量
【答案】A
【解析】A.S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2,气态硫比固态硫能量高,反应放出的热量多,则ΔH1<ΔH2,A正确;B.H2燃烧的热化学方程式产物水应为液态,B错误;C.H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ•mol-1,CH3COOH是弱酸,电离过程吸热,则NaOH稀溶液与CH3COOH稀溶液反应生成1molH2O(l)时放出的热量少于57.3kJ,C错误;D.Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) ΔH=-216kJ•mol-1,该反应是放热反应,则反应物的总能量大于生成物的总能量,D错误;故选A。
方|法|点|拨
热化学方程式正误判断的方法
【变式3-1】由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ的热量,1 g水蒸气转化为液态水放出2.45 kJ的热量,则下列热化学方程式书写正确的是( )
A.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.9 kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-241.8 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=285.9 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=241.8 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】放热反应ΔH<0,C、D错;1 mol水蒸气转化为相同条件下的1 mol液态水时要放出44.1 kJ的热量,可求出生成液态水时ΔH为-285.9 kJ·mol-1,B错,故选A项。
【变式3-2】(2024-2025·浙江省杭州市等4地·高二期中)下列说法中正确的是( )
A.已知S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH1;S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH2,则ΔH1<ΔH2
B.由C(s,金刚石)==C(s,石墨) ΔH=-1.9 kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定
C.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,则热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ·mol-1
D.稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)==H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,若将1 mol NaOH固体溶于含0.5 mol H2SO4的稀硫酸中,放出的热量大于57.3 kJ
【答案】D
【解析】A.因为S(s)S(g) △H>0,所以ΔH1>ΔH2,A不正确;B.由C(s,金刚石)==C(s,石墨) ΔH=-1.9 kJ·mol-1可知,反应物具有的能量比生成物高,所以石墨比金刚石稳定,B不正确;C.0.5 mol N2和1.5 mol H2充分反应,参加反应的N2小于0.5mol,则1molN2完全反应放热大于19.3 kJ,热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<-38.6 kJ·mol-1,C不正确;D.若将1 mol NaOH固体溶于含0.5 mol H2SO4的稀硫酸中,由于NaOH固体溶于水放为,所以放出的热量大于57.3 kJ,D正确;故选D。
【变式3-3】(2024-2025·浙江省温州环大罗山联盟·高二期中)下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) ΔH1;2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2;则ΔH1>ΔH2
B.已知稀盐酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol−1,则稀醋酸溶液和稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水放出的热量大于57.3kJ
C.已知在一定条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1;则将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应,放出热量46.2 kJ
D.甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol−1,则CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol−1
【答案】D
【解析】A.相同量的碳完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量,2C(s)+2O2(g)=2CO2(g) ΔH1;2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2;则ΔH1>ΔH2,故A错误;B.稀盐酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol−1,醋酸是弱酸,电离吸热,则稀醋酸溶液和稀氢氧化钠溶液反应生成1mol水放出的热量小于57.3kJ,故B错误;C.在一定条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1;将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应生成氨气的物质的量小于1mol,放出热量小于46.2 kJ,故C错误;D.甲烷的燃烧热是1mol甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水放出的能量,甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol−1,则CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol−1,故D正确;选D。
题型四 燃烧热
【典例4】(2024-2025·浙江省s9联盟·高二期中)下列热化学方程式正确的是( )
A.已知1 g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJ:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-55.625kJ·mol−1
B.已知充分燃烧V L乙烯气体生成1 mol二氧化碳气体和液态水,放出b kJ热量:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2bkJ·mol−1
C.通常状况下,将1 g氢气在氯气中完全燃烧,放出92.4 kJ热量:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=+184.8kJ·mol−1
D.12 g碳与适量水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,需吸收120 kJ的热量:C+H2OCO+H2 ΔH=+120kJ·mol−1
【答案】B
【解析】放热反应,反应热△H<0,吸热反应的反应热△H>0。书写热化学方程式要注明物质的聚集状态。热化学方程式中化学计量数仅表示物质的量,反应热的数值要与发生反应的物质的物质的量相对应。A.CH4的摩尔质量是16 g/mol,已知1 g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJ,则1 mol(即16 g)甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJ/g×16 g=890 kJ,故表示甲烷燃烧的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890 kJ/mol,A错误;B.乙烯分子式是C2H4,充分燃烧V L乙烯气体生成1 mol二氧化碳气体和液态水,放出b kJ热量,则燃烧C2H4气体生成2 mol二氧化碳气体和液态水,放出热量为2b kJ,故表示乙烯燃烧的热化学方程式为C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2bkJ·mol−1,B正确;C.1 g氢气在氯气中完全燃烧,放出92.4 kJ,说明反应是放热反应,△H<0,则2 gH2即1 mol氢气在氯气中完全燃烧,放出热量为2×92.4 kJ=184.8 kJ,故其燃烧的热化学方程式应该为:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184.8kJ·mol−1,C错误;D.同一物质,物质的聚集状态不同,含有的能量多少不同,因此书写热化学方程式要注明物质的聚集状态,12 g碳即1 molC与适量水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,需吸收120 kJ的热量,其相应的热化学方程式应该为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+120kJ·mol−1,D错误;故选B。
方|法|点|拨
书写或判断表示物质燃烧热的热化学方程式要做到“三看”
一看可燃物的化学计量数是否为1。
二看燃烧后是否生成指定产物:即看碳元素完全燃烧生成的氧化物是否为CO2(g),看氢元素完全燃烧生成的氧化物是否为H2O(l),看硫元素完全燃烧生成的氧化物是否为SO2(g)等。
三看ΔH符号是否为“-”及单位是否正确。
【变式4-1】沼气是一种能源,它的主要成分是CH4。标准状况下将1 L纯净的CH4 在空气中完全燃烧,生成CO2和液态水,放出39.5 kJ热量,则CH4燃烧的热化学方程式为( )
A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-39.75 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+890.4 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.4 kJ·mol-1
D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+39.75 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】标准状况下1 L CH4的物质的量是 mol,则1 mol CH4在空气中完全燃烧生成CO2和液态水,放出的热量是890.4 kJ,则可写出对应的热化学方程式。
【变式4-2】已知3.0 g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ,则下列表示乙烷标准燃烧热的热化学方程式书写正确的是( )
A.2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2 119.6 kJ·mol-1
B.C2H6(g)+O2(g)===2CO(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
C.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】1 mol乙烷完全燃烧放出的热量为×155.98 kJ=1 559.8 kJ,则其标准燃烧热为1 559.8 kJ·mol-1,A项中C2H6是2 mol,B项中C2H6未完全燃烧,C项中水是气态,故A、B、C项均不正确。
【变式4-3】25 ℃、101 kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是ΔH=-393.5 kJ·mol-1、ΔH=-285.8 kJ·mol-1、ΔH=-890.31 kJ·mol-1、ΔH=-2 800 kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.31 kJ·mol-1
D.C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】根据燃烧热的概念中生成指定产物的含义可知,C→CO2(g),H→H2O(l),D正确。
题型五 盖斯定律及其应用
【典例5】已知下列热化学方程式:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ·mol-1
(3)Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=19 kJ·mol-1
写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式:________________。
【答案】FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·mol-1
【解析】本题主要考查了盖斯定律的应用。根据题目中所给的有关热化学方程式进行分析:从方程式(3)与方程式(1)可以看到我们需要的有关物质。但方程式(3)必须通过方程式(2)才能和方程式(1)结合在一起。将方程式(3)×2+方程式(2)得:2Fe3O4(s)+2CO(g)+3Fe2O3(s)+CO(g)===6FeO(s)+2CO2(g)+2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=19 kJ·mol-1×2+(-47 kJ·mol-1),整理得:(4)Fe2O3(s)+CO(g)===2FeO(s)+CO2(g) ΔH=-3 kJ·mol-1。将(1)-(4)得:2CO(g)===2Fe(s)+2CO2(g)-2FeO(s) ΔH=-25 kJ·mol-1-(-3 kJ·mol-1),整理得:FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·mol-1。
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【变式5-1】发射“嫦娥一号”月球探测卫星的长征三号甲运载火箭的第三子级使用的燃料是液氢和液氧,已知下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②H2(g)===H2(l) ΔH2=-0.92 kJ·mol-1
③O2(g)===O2(l) ΔH3=-6.84 kJ·mol-1
④H2O(l)===H2O(g) ΔH4=44.0 kJ·mol-1
则反应H2(l)+O2(l)===H2O(g)的反应热ΔH为( )
A.237.46 kJ·mol-1 B.-474.92 kJ·mol-1 C.-118.73 kJ·mol-1 D.-237.46 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】根据盖斯定律,将反应①-②-③×+④可得目标反应的热化学方程式,其反应热ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3×+ΔH4=-237.46 kJ·mol-1。
【变式5-2】含氮化合物在现代工业、环境治理中有重要地位。用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。
已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ/mol
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ/mol
③H2O(g)=2H2O(l) ΔH=-44kJ/mol
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式______________。
【答案】(1)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955kJ/mol
【解析】(1)已知:①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ/mol;②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ/mol;③H2O(g)=2H2O(l) ΔH=-44kJ/mol;根据盖斯定律:(①+②)+③×2得CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(-574-1160)kJ/mol-44kJ/mol×2=-955kJ/mol, CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l) 的热化学方程式CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955kJ/mol。
【变式5-3】(2025-20265·东北三省高二第一次月考)由金属单质和氯气反应得到CaCl2和BaCl2的能量关系如图所示(M=Ca、Ba)。下列说法不正确的是( )
A.∆H1+∆H3<0 B.∆H4>∆H5
C.∆H2(Ba)<∆H2(Ca) D.∆H1+∆H2+∆H3+∆H4+∆H5+∆H6=∆H
【答案】A
【解析】A项,∆H2和∆H3分别代表M元素的第一电离能和第二电离能,均大于0,所以∆H1+∆H3>0,A错误;B项,Cl2 (g)断键形成两个气态氯原子,该过程吸热,所以∆H4>0,气态氯原子得到一个电子可以形成稳定的8电子结构,该过程放热,所以∆H5<0,因此∆H4>∆H5,B正确;C项,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,所以第一电离能:Ba<Ca,即∆H2(Ba)<∆H2(Ca) ,C正确;D项,由盖斯定律可知:∆H1+∆H2+∆H3+∆H4+∆H5+∆H6=∆H,D正确。故选A。
题型六 利用反应物和生成物能量的计算
【典例6】化学反应H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①、②均放出热量
B.光照和点燃条件下的反应热是相同的
C.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183 kJ·mol-1
D.2mol气态氢原子的能量高于1mol氢气的能量
【答案】A
【解析】A项,过程①为化学键断裂的过程,需要吸收能量,A错误;B项,反应热和反应物、生成物的能量有关,光照和点燃条件下的反应热是相同的,B正确;C项,由图可知,1mol氢气、氯气反应生成2mol氯化氢气体放出热量862kJ-679kJ=183kJ,故反应热化学方程式为H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183 kJ·mol-1,C正确;D项,由图可知,2mol气态氢原子的能量高于1mol氢气的能量,D正确。故选A。
方|法|点|拨
焓变的两种计算方法
(1)根据物质具有的能量来计算
ΔH=E(总生成物)-E(总反应物)
(2)根据化学键来计算
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量
【变式6-1】下列有关能量转化的说法不正确的是( )
A.反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=(b-a) kJ·mol-1
B.该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量
C.1 mol C和1 mol H2O反应生成1 mol CO和1 mol H2吸收的热量一定为(b-a) kJ
D.1 mol C(g)、2 mol H(g)、1 mol O(g)转变成1 mol CO(g) 和1 mol H2(g)放出的热量为a kJ
【答案】C
【解析】由图可知,该反应为吸热反应,反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=(b-a) kJ·mol-1,A项正确;该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量,B项正确;没有指明水的状态,C项错误;由图可知,1 mol C(g)、2 mol H(g)、1 mol O(g)转变成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)放出的热量为a kJ,D项正确。
【变式6-2】根据下图所得判断正确的是( )
已知:I2(g)=I2(s) ΔH=-62.4kJ/mol
A.图1反应为吸热反应
B.图2反应的热化学方程式为2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH=+9.4kJ/mol
C.图2中若I2的状态为固态,则能量变化曲线可能为①
D.断裂1molH2(g)和1molI2(g)中化学键需要的能量大于断裂2molHI(g)中化学键需要的能量
【答案】B
【解析】A项,图1中,反应物的总能量高于生成物的总能量,是放热反应,A错误;B.根据图1,可知H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH=-9.4kJ·mol-1,根据盖斯定律,可知2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH=+9.4kJ·mol-1,B正确;C.根据已知I2(g)=I2(s) ΔH=-62.4kJ/mol,以及H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH=-9.4kJ·mol-1,可知2HI(g) H2(g)+I2(s) ΔH=-53.0 kJ/mol。曲线①表示是吸热反应,而HI(g)分解生成H2(g)和I2(s)是放热反应,C错误;D.根据△H=反应物的总键能-生成物的总键能。根据图1,H2(g)和I2(g)反应生成HI(g)是放热反应,△H<0,可知断裂1molH2(g)和1molI2(g)中化学键需要的能量小于断裂2molHI(g)中化学键需要的能量,D错误;故选B。
【变式6-3】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量比气态乙烷________ (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,放出相同的热量时,选择________ (填“乙烷”或“二甲醚”)作为燃料产生的CO2较少。
【答案】(1)-1560 (2)少
(3)CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1455 kJ·mol-1
(4)乙烷
【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=-1560 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量少。放出相同热量时,由热化学方程式知乙烷产生的CO2较少。
题型七 利用热化学方程式的计算
【典例7】把煤作为燃料可通过下列两种途径:
途径I:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1<0①
途径II:先制成水煤气:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H2>0②
再燃烧水煤气:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H3<0③
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H4<0④
请回答下列问题:
(1)途径I放出的热量_____________( 填“大于”“等于”或“小于”) 途径II放出的热量。
(2)△H1、△H2、△H3、△H4的数学关系式是_______________。
(3)12g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出110.35kJ热量。其热化学方程式为_______________。
【答案】(1)等于 (2)△H1=△H2+(△H3+△H4)
(3)C(s) +O2(g) = CO(g) △H=-110.35kJ/mol
【解析】(1)由盖斯定律可知:若是一个反应可以分步进行,则各步反应的吸收或放出的热量总和与这个反应一次发生时吸收或放出的热量相同;(2)根据盖斯定律,反应1=反应2+反应3×+反应4×,所以△H1=△H2+(△H3+△H4);(3)12g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出110.35kJ热量,即1mol炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳,放出110.35kJ热量,热化学方程式为:C(s)+O2(g)=CO(g)△H=-110.35 kJ•mol-1。
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【变式7-1】以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水制氢流程如图。
已知氢气燃烧热△H=-286kJ/mol,△H3为( )
A.+172kJ/mol B.+400kJ/mol C.+29kJ/mol D.+254kJ/mol
【答案】A
【解析】①SO2(g)+I2(g)+H2O(l)=H2SO4(aq)+2HI(g) ΔH1=-213kJ·mol−1;②H2SO4(aq)= SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l) ΔH2=+327kJ·mol−1;由盖斯定律可知,①+②得:④I2(g)+H2O(l)= 2HI(g)+1/2O2(g) ΔH=+114kJ·mol−1 ;燃烧热是在101 kPa时,1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量;氢气燃烧热△H=-286kJ/mol,则⑤H2(g)+1/2O2(g)= H2O(l) ΔH=-286kJ·mol−1;由盖斯定律可知,-④-⑤得:③;故选A。
【变式7-2】化学反应:C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1<0
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2<0
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3<0;
下列说法中不正确的是(相同条件下)( )
A.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
B.12 g C所具有的能量一定大于28 g CO所具有的能量
C.ΔH1+ΔH2=ΔH3
D.将两份质量相等的碳燃烧,生成CO2的反应比生成CO的反应放出的热量多
【答案】B
【解析】A项由CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2<0得2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=2ΔH2<0,为放热反应,说明56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量,A正确;B项由C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1<0,不能判断C与CO能量的相对大小,B错;C项由盖斯定律知ΔH3=ΔH1+ΔH2,C正确;D项质量相等的碳完全燃烧时比不完全燃烧时放出的热量多,D正确。
【变式7-3】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。
下列说法不正确的是( )
A.通过计算,可知系统(Ⅰ)制备氢气的热化学方程式为:H2O(l)= H2(g)+1/2O2(g) ΔH = 286 kJ· mol-1
B.通过计算,可知系统(Ⅱ)制备氢气的热化学方程式为:H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH =20kJ·mol-1
C.若反应H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) ΔH = -a kJ · mol-1, 则a>286
D.制得等量H2所需能量较少的是热化学硫碘循环硫化氢分解法
【答案】C
【解析】A项,根据盖斯定律进行方程式的加合,①式+②式+③式,得系统(Ⅰ)制备氢气的热化学方程式为:H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH = +286 kJ· mol-1,A正确,故A不符合题意;B项,根据盖斯定律进行方程式的加合,②式+③式+④式,得系统(Ⅱ)制备氢气的热化学方程式为:H2S(g)=H2(g)+S(s) ΔH =+20kJ·mol-1,B正确,故B不符合题意;C项,若反应H2(g)+O2(g)=H2O(g) 生成气体水,放出的热量小,故a<286,C不正确,故C符合题意;D项,根据系统(Ⅰ)(Ⅱ)总的热化学方程式得出:放出的热量较少的是硫碘循环硫化氢分解法,D正确,故D不符合题意。故选C。
题型八 依据键能计算化学反应的反应热
【典例8】标准状态下,1mol纯物质的相对能量及解离为气态原子时所消耗的能量如下表所示:
物质
O2(g)
N2(g)
NO2g)
C(s,石墨)
CH4(g)
CO2(g)
相对能量/ kJ·mol−1
0
0
x
0
-75
-393.5
解离总耗能/kJ
498
946
632
717
1656
y
下列说法正确的是( )
A.x =180
B.逐级断开CH4(g)中的每摩尔C—H所消耗的能量均为414kJ
C.解离每摩尔C(s,石墨)中的碳碳键平均耗能为239kJ
D.根据NO(g)+CH4(g)CO2(g)+N(g)+2H2O(g)的ΔH可计算出H—O键能
【答案】D
【解析】A项,焓变=生成物总能量-反应物总能量,则N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=2x kJ·mol−1,焓变=反应物总键能-生成物总键能,即498+946-632×2=2x,x =90,故A错误;B项,逐级断开CH4(g)中的每摩尔C—H所消耗的能量不相等,故B错误;C项,石墨晶体中每个碳原子形成3条共价键,两个碳原子形成1条键,则1mol石墨含有1.5molC-C键,解离每摩尔C(s,石墨)中的碳碳键平均耗能为478kJ,故C错误;D项,焓变=反应物总键能-生成物总键能,C(s,石墨)+O2(g)CO2(g)的ΔH可计算出y值,再根据NO(g)+CH4(g)CO2(g)+N(g)+2H2O(g)的ΔH可计算出H—O键能,故D正确;故选D。
方|法|点|拨
(1)熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)
ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能)
(2)规避两个易失分点
①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任一个过程都不是化学变化。
②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
【变式8-1】P4S3可用于制造安全火柴,相关物质的结构及键能如表所示。
共价键
S—S
P—P
P—S
键能(kJ·mol-1)
a
b
c
则反应S8(s)+P4(s)=P4S3(s)的△H为( )
A.(a+b-c)kJ·mol-1 B.(c-a-b)kJ·mol-1 C.(3a+3b-6c)kJ·mol-1 D.3(2c-b-a)kJ·mol-1
【答案】C
【解析】根据△H=反应物的总键能-生成物的总键能,反应S8(s)+P4(s)=P4S3(s) △H=x8x a kJ·mol-1+6xb kJ·mol-1-(6xc kJ·mol-1+3xbkJ·mol-1) =(3a+3b-6c)kJ·mol-1,故选C。
【变式8-2】SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子时吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F 键、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)=SF6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1780 kJ·mol-1 B.+1220 kJ·mol-1 C.-1220 kJ·mol-1 D.+1780 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】反应热就是断键吸收的能量和成键所放出的能量的差值,根据有关的键能和化学方程式可知,该反应的反应热ΔH=280 kJ·mol-1+3×160 kJ·mol-1-6×330 kJ·mol-1=-1220 kJ·mol-1。
【变式8-3】工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。反应原理:CH2= CH2 (g)+H2O(g) =CH3CH2OH(g) △H。已知几种共价键的键能如下:
化学键
C—H
C=C
H—O
C—C
C—O
键能/ kJ•mol-1
413
615
463
348
351
下列说法错误的是( )
A.上述合成乙醇的反应原子利用率为100%
B.由表中的C—H、C—C、C—O的键能可推知C—H最牢固
C.碳碳双键的键能大于碳碳单键键能,但碳碳单键更稳定
D.上述反应式中,ΔH=+34 kJ•mol-1
【答案】D
【解析】A项,为加成反应,没有副产品生成,则合成乙醇的反应原子利用率为100%,故A正确;B项,键能越大,共价键越稳定,根据表中数据可知C-H最牢固,故B正确;C项,碳碳双键的键能为61 kJ•mol-1,碳碳单键键能为348 kJ•mol-1,则碳碳双键的键能大于碳碳单键键能,碳碳双键不稳定,易断裂,碳碳单键更稳定,故C正确;D项,焓变等于断裂化学键吸收的能量减去成键释放的能量,则ΔH=(615+413×4+463×2)kJ•mol-1-(348+351+463+413×5)kJ•mol-1=-34kJ•mol-1,故D错误;故选D。
基础通关练(测试时间:20分钟)
1.下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是( )
A.燃烧属于放热反应
B.中和反应是吸热反应
C.断裂化学键放出能量
D.反应物总能量与生成物总能量可能相等
【答案】A
【解析】物质燃烧时向外界释放能量,属于放热反应,A项正确;中和反应都是放热反应,B项错误;化学键断裂吸收能量,化学键形成放出能量,C项错误;化学反应中的物质变化一定伴随着能量变化,反应物总能量与生成物总能量一定不相等,D项错误。
2.下列有关叙述正确的是( )
A.测定中和反应的反应热时,需要用到天平
B.若用50 mL 0.55 mol·L-1的氢氧化钠溶液,分别与50 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和50 mL 0.50 mol·L-1的硝酸充分反应,两中和反应的反应热不相等
C.用玻璃搅拌器是为了加快反应速率,减小实验误差
D.只需做一次实验,再根据公式即可得出中和反应的反应热
【答案】C
【解析】氢氧化钠溶液稍过量,能使反应进行完全,由于参加反应的n(H+)和n(OH-)相等,测得的反应热也相等,B项错误;为了减小误差,需做2~3次实验求平均值,D项错误。
3.已知羰基硫(COS)是硫循环的重要中间体,反应H2(g)+COS(g)H2S(g)+ CO(g) 的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.ΔH<0
B.加入催化剂,的值不变
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.反应物的键能总和大于生成物的键能总和
【答案】D
【解析】A项,由图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应为放热反应,反应ΔH<0,故A正确;B项,加入催化剂,能降低反应的活化能,但不能改变反应ΔH的值,故B正确;C项,由图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,故C正确;D项,由图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应物的键能总和小于生成物的键能总和,故D错误;故选D。
4.已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
共价键
H- H
H-O
键能/(kJ·mol-1)
436
463
热化学方程式
2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g) ΔH= -482kJ·mol-1
则2O(g)=O2(g)的ΔH为( )
A.428 kJ·mol-1 B.-428 kJ·mol-1 C.498 kJ·mol-1 D.-498 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和计算。反应的ΔH=2(H-H)+(O-O)-4(H-O);-482kJ/mol=2×436kJ/mol+(O-O)-4×463kJ/mol,解得O-O键的键能为498kJ/mol,2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量,因此2O(g)=O2(g)的ΔH=-498kJ/mol。
5.已知化学反应2C(s)+O2(g)2CO(g)、2CO(g)+O2(g)2CO2(g)都是放热反应,下列说法中不正确的是(其他条件相同)( )
A.12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C.12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D.将一定质量的C燃烧,生成CO2比生成CO时放出的热量多
【答案】A
【解析】对于放热反应,反应物的总能量一定高于生成物的总能量,C和CO的燃烧反应都是放热反应。由于CCO放热,COCO2放热,所以CCO2比CCO放出的热量要多。反应2C(s)+O2(g)2CO(g)中,C并不是反应物的全部,所以12 g C所具有的能量不一定高于28 g CO所具有的能量,故A项不正确。
6.如图为中和热测定实验装置。下列说法错误的是( )
A.使用环形玻璃搅拌棒是为了使反应更充分
B.用硫酸和Ba(OH)2溶液代替盐酸和氢氧化钠溶液,测得的中和热数值相同
C.温度计测量过盐酸的温度后,应先把温度计上的酸用水冲洗干净后,再测量NaOH溶液的温度
D.小烧杯和大烧杯的杯口相平
【答案】B
【解析】A项,使用环形玻璃搅拌棒是为了使反应物充分混合,反应更充分,故A正确;B项,用硫酸和Ba(OH)2溶液代替盐酸和氢氧化钠溶液,除了发生中和反应,还生成了BaSO4沉淀,生成沉淀的过程会放热,使测得的中和热数值偏大,故B错误;C项,温度计上残留的酸需要清洗干净,否则会和NaOH溶液反应,使测得NaOH溶液的温度偏高,故C正确;D项,两杯口相平,可使盖板把杯口尽量盖严,从而减少热量散失,故D正确;故选B。
7.热化学方程式C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) △H =+131.3 kJ·mol-1表示( )
A.碳和水反应吸收131.3kJ能量
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水蒸气反应生成一氧化碳气体和氢气,并吸热131.3kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1kJ
【答案】C
【解析】依据反应热的概念,表示按照方程式系数的物质的量反应时吸收或放出的热量,单位是kJ·mol-1,该方程式表示:1mol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的热量;特别要指明水的状态。
8.今有如下三个热化学方程式:
H2(g)+l/2O2(g)=H2O(g) △H=akJ/mol
H2(g)+l/2O2(g)=H2O(l) △H=bkJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=ckJ/mol
关于它们的下列表述正确的是( )
A. 2b=c B. a、b和c均为正值 C. a=b D. 它们都是吸热反应
【答案】A
【解析】A项,热化学方程式中的化学计量数与反应热成正比,所以2b=c ,故A正确;B项,燃烧反应是放热反应,所以a、b和c均为负值 ,故B错误;C项,H2O(g)成为H2O(l)放热,所以a>b ,故C错误;D项,它们都是放热反应,故D错误。
9.下列热化学方程式中△H的值能表示可燃物的燃烧热的是( )
A.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-802.3kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H= -571.6 kJ·mol-1
D.CO(g)+O2(g) CO2(g) △H =-283 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】燃烧热表示1 mol可燃物完全燃烧产生稳定的氧化物时放出的热量。A项,可燃物H2的物质的量不是1 mol,且H2O的稳定状态是液态而不是气态,因此不能表示燃烧热,A错误;B项,可燃物CH4的物质的量是1 mol,但反应产生的水是气态,不是稳定状态—液态,因此不能表示燃烧热,B错误;C项,可燃物是2 mol H2,因此该反应不能表示燃烧热,C错误;D项,可燃物CO的物质的量是1 mol,燃烧产生气态CO2是其稳定存在形式,故该方程式能够表示燃烧热,D正确;故选D。
10.25℃、101 kPa时,1 g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量。下列表示该反应的热化学方程式中正确的是( )
A.2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=+1451.52 kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1
C.2CH3OH+O2=2CO2+4H2O △H=-22.68 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-725.76 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】已知25℃、101 kPa时,1g液态甲醇(CH3OH),其物质的量为mol,完全燃烧生成CO2和液态水,放出22.68 kJ的热量,则1mol CH3OH完全燃烧生成CO2和液态水,放出热量为22.68 kJ32=725.76 kJ。A项,燃烧反应为放热反应,反应焓变为负值,A错误;B项,根据上述分析可知甲醇的燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1,B正确;C项,热化学方程式中各物质需标明状态,C错误;D项,题干描述“1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量”,则生成气体水对应热化学方程式中的焓变无法计算,D错误;故选B。
11.根据热化学方程式:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=a kJ·mol-1(a=-297.2)。分析下列说法,其中不正确的是( )
A.S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B.S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH=b kJ·mol-1,则a>b
C.1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D.16 g固体硫在空气中充分燃烧,可吸收148.6 kJ的热量
【答案】D
【解析】由题中条件可知:反应的热效应ΔH=a kJ·mol-1=-297.2 kJ·mol-1,可知该反应的正向反应为放热反应,故D错误。
16.肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。25℃、101kPa时,0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水,放出133.5kJ热量。下列说法正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1
B.N2H4的燃烧热534kJ·mol-1
C.相同条件下,1molN2H4(g)所含能量高于1molN2(g)和2molH2O(g)所含能量之和
D.该反应是放热反应,反应的发生不需要克服化学键
【答案】A
【解析】A项,由已知25℃、101kPa时,0.25molN2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水,放出133.5kJ热量,则1mol肼燃烧放出的热量为534 kJ,故该反应的热化学方程式为:N2H4(g)+O2(g)= N2(g)+2H2O(g)△H=-534 kJ.mol-1,故A正确;B项,燃烧热是指生成为稳定的氧化物所放出的热量,但水蒸气都不是稳定的氧化物,N2为单质,故B错误;C项,由N2H4(g)+O2(g)= N2(g)+2H2O(g)△H=-534 kJ.mol-1,可知该反应是放热反应,所以1 molN2H4(g)和1 mol O2(g)所含能量之和高于1 mol N2(g)和2 mol H2O(g)所含能量之和,故C错误;D项,化学反应实质旧键断裂新键生成,旧化学键断裂时需要消耗能量,且两个过程能量不相等,故D错误;故选A。
12.在298K、100kPa时,有下列反应:O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)∆H1;Cl2(g)+H2(g)=2HCl(g)∆H2;2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)∆H3,则∆H3与∆H1和∆H2间的关系正确的是( )
A.∆H3=∆H1+∆H2 B.∆H3=∆H1+2∆H2 C.∆H3=2∆H2-∆H1 D.∆H3=∆H1-∆H2
【答案】C
【解析】①O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)△H1;②Cl2(g)+H2(g)═2HCl(g)△H2;③2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)△H3;则反应③=﹣①+2×②,由盖斯定律可知,△H3=﹣△H1+2△H2,故选C。
13.在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用如图简单表示(图中的ΔH表示生成1mol含硫产物的数据)。由图得出的结论正确的是( )
A.S8(s)的燃烧热ΔH=-8(a+b)kJ·mol-1
B.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=-2bkJ·mol-1
C.S8(s)+8O2(g)=8SO2(g) ΔH=-akJ·mol-1
D.由1molS8(s)生成SO3的反应热ΔH=-8(a+b)kJ·mol-1
【答案】D
【解析】A项,根据燃烧热的定义,25℃下,1mol物质完全燃烧生成稳定化合物时放出的热量,所以S8(s)的燃烧热ΔH=-8a kJ·mol-1,A错误;B项,根据能量关系图,SO3分解生成SO2和氧气是吸热反应,所以ΔH=2b kJ·mol-1,B错误;C项,根据图提供的数据,1molS8的反应热ΔH=-8a kJ·mol-1,C错误;D项,根据盖斯定律,由1 mol S8(s)生成SO3的反应热ΔH=-8(a+b) kJ·mol-1,D正确。故选D。
14.根据下面的信息,下列叙述正确的是( )
A.2molH2O(g)的能量比2molH2(g)与1molO2(g)的能量之和低
B.2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)吸收能量为490kJ
C.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
D.1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)释放能量为245kJ
【答案】A
【解析】A项,氢气和氧气燃烧生成气态水为放热反应,则反应物的总能量高于生成物的总能量,则2molH2O(g)的能量比2molH2(g)与1molO2(g)的能量之和低,故A正确;B项,氢气和氧气燃烧生成气态水为放热反应,故B错误;C项,化学反应中能量变化的大小取决于反应物和生成物的能量高低,而与反应物的质量无关,故C错误;D项,由上述分析1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(g)释放能量为245kJ,而气态水的能量高于液态水,因此1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)释放能量高于245kJ,故D错误;故选A。
15.键能是指在25 ℃、1.01×105 Pa时,将1 mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。已知键能:H—H为436 kJ·mol-1;Cl—Cl为243 kJ·mol-1;H—Cl为431 kJ·mol-1。下列说法中不正确的是( )
A.1 mol H2中的化学键断裂时需要吸收436 kJ能量
B.2 mol HCl分子中的化学键形成时要释放862 kJ能量
C.此反应的热化学方程式为
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=183 kJ·mol-1
D.此反应的热化学方程式为H2(g)+Cl2(g)===HCl(g) ΔH=-91.5 kJ·mol-1
【答案】C
【解析】由键能可知,每摩尔H—H键断开需要吸收436 kJ 的能量,每摩尔Cl-Cl键断开需要吸收243 kJ 能量,每摩尔HCl键形成会放出431 kJ 的能量,由此可知A、B说法正确;同时根据热化学方程式的书写要求,1 mol H2和1 mol Cl2反应的反应热为436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-431 kJ·mol-1×2=-183 kJ·mol-1,则 mol H2和 mol Cl2摩尔反应的反应热为=-91.5 kJ·mol-1,ΔH为负,故C项的说法错误,D项的说法正确。
16.活化能这一名词是由阿伦尼乌斯在1889年引入,用来定义一个化学反应的发生所需要克服的能量障碍。已知反应:,反应过程中的能量变化如下图所示,下列说法正确的是
A.该反应的
B.该反应的活化能为
C.加入催化剂,(b-a)值不变
D.该反应的热化学方程式为
【答案】C
【解析】A项,该反应的反应物的总能量大于生成物的总能量,为放热反应故ΔH<0,A错误;B项,该反应的活化能为,B错误;C项,加入催化剂,反应热不变,C正确;D项,该反应的,D错误;故选C。
17.C(s)与O2(g)生成CO2(g)的反应可以一步完成,也可以分两步完成,各步反应之间的关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.的燃烧热的
B.
C.金刚石与石墨完全燃烧放出的热量均为
D.根据上图推出C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=+172.5kJ·mol−1
【答案】C
【解析】A项,由图可知,1mol一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳反应的焓变为−283.0kJ/mol,则一氧化碳的燃烧热为ΔH=−283.0kJ/mol,故A正确;B项,由盖斯定律可知,碳与氧气反应生成一氧化碳的焓变ΔH=(−393.5kJ/mol)—(−283.0kJ/mol)= −110.5kJ/mol,故B正确;C项,金刚石与石墨的能量不同,所以1mol金刚石与石墨完全燃烧放出的热量不可能均为393.5kJ,故C错误;D项,由图可知,碳与氧气生成二氧化碳的反应的焓变为ΔH=−393.5kJ/mol,由盖斯定律可知,碳与氧气反应生成一氧化碳的焓变ΔH=(−393.5kJ/mol)—(−283.0kJ/mol)= −110.5kJ/mol,碳与二氧化反应生成一氧化碳的反应焓变为ΔH=(−110.5kJ/mol)×2—(−393.5kJ/mol)=+172.5kJ/mol,则碳与二氧化反应生成一氧化碳的热化学方程式为C(g)+CO2(g)=2CO(g) ΔH=+172.5kJ·mol−1,故D正确;故选C。
18.写出下列反应的热化学方程式。
(1)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为_______________。
(2)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为______________________。
(3)在25 ℃、101 kPa下,一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ,其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀,则乙醇燃烧的热化学方程式为_______________________________________________________。
【答案】(1)SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1
(2)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
(3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1
【解析】(1)2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ,1 mol SiH4自燃放出热量1 427.2 kJ,故热化学方程式为SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1。(2)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=(946+436×3-391×6)kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。(3)根据C原子守恒有:C2H5OH~2CO2~2CaCO3。生成100 g CaCO3沉淀,乙醇为0.5 mol,则1 mol 乙醇燃烧放2Q kJ热量,据此可写出反应的热化学方程式:C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2Q kJ·mol-1。
重难突破练(测试时间:20分钟)
1.25℃、101 kPa时,1 g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量。下列表示该反应的热化学方程式中正确的是( )
A.2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=+1451.52 kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1
C.2CH3OH+O2=2CO2+4H2O △H=-22.68 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=-725.76 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】已知25℃、101 kPa时,1g液态甲醇(CH3OH),其物质的量为mol,完全燃烧生成CO2和液态水,放出22.68 kJ的热量,则1mol CH3OH完全燃烧生成CO2和液态水,放出热量为22.68 kJ32=725.76 kJ。A项,燃烧反应为放热反应,反应焓变为负值,A错误;B项,根据上述分析可知甲醇的燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1,B正确;C项,热化学方程式中各物质需标明状态,C错误;D项,题干描述“1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态H2O,同时放出22.68 kJ热量”,则生成气体水对应热化学方程式中的焓变无法计算,D错误;故选B。
2.常温常压下,H2S在O2中燃烧有如下转化关系,下列说法正确的是( )
A.的燃烧热 B.的燃烧热
C. D.,
【答案】C
【解析】A项,硫化氢的燃烧热指完全燃烧生成SO2气体和液态水时放出的热量,A项错误;B项,硫的燃烧热指1mol硫(s)完全燃烧生成SO2气体时放出的热量,B项错误;C项,根据盖斯定律可知,焓变只取决于始末状态,与过程无关,,C项正确;D项,硫化氢的燃烧、硫的燃烧都是放热反应,所以,,D项错误。故选C。
3.已知强酸与强碱在稀溶液里反应的中和热可表示为H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。现有下列反应:
NH3·H2O(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq)+H2O(l) ΔH1
H2SO4(浓)+NaOH(aq)=Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH2
HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l) ΔH3
上述反应均在溶液中进行,则下列ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是
A.ΔH2>ΔH3>ΔH1 B.ΔH1>ΔH3>ΔH2 C.ΔH1=ΔH2=ΔH3 D.ΔH2=ΔH3>ΔH1
【答案】B
【解析】由于CH3OOH为弱电解质,与NaOH反应过程中CH3OOH继续电离要吸收一部分热量,故最终生成1 mol H2O时放出热量小于57.3 kJ,浓硫酸遇水放出大量热量,故浓硫酸与NaOH反应生成1 mol H2O时放出热量大于57.3 kJ,HNO3与NaOH反应生成1 mol H2O时放出热量等于57.3 kJ,由于中和反应为放热反应,故放热越多,反应热数值越小,故ΔH1>ΔH3>ΔH2,所以答案选B。
4.(2023·贵州省铜仁市质检)依据下列含硫物质转化的热化学方程式,得出的相关结论正确的是( )
①S(g)+O2(g)= SO2(g) ΔH1
②S(s)+O2(g)= SO2(g) ΔH2
③2H2S(g)+O2(g)=2 S(s)+2H2O(l) ΔH3
④2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH4
⑤2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) ΔH5
A.ΔH1>ΔH2 B.ΔH3<ΔH4 C.ΔH4=ΔH2+ΔH3 D.2ΔH5=3ΔH3-ΔH4
【答案】D
【解析】A项,气态S的能量比固体S的大,所以气态S燃烧时放出的热量多,放热反应的ΔH为负数,绝对值大的ΔH反而小,故A错误;B项,反应③是H2S的不完全燃烧,反应④是H2S的完全燃烧,完全燃烧放出的热量多,放热反应的ΔH为负数,绝对值大的ΔH反而小,所以ΔH3>ΔH4,故B错误;C项,根据盖斯定律,②×2+③得2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) ΔH4=2ΔH2+ΔH3,故C错误;D项,根据盖斯定律[③×3-④]得2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) ,故D正确;故选D。
5.已知NaHCO3溶液与盐酸反应生成CO2吸热,N2CO3溶液与盐酸反应生成CO2 放热。关于下列ΔH的判断正确的是( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
HCO3-(aq)+H+(aq)H2CO3(aq) ΔH2
H2CO3(aq)H2O(l)+CO2(g) ΔH3
OH-(aq)+H+(aq) H2O(l) ΔH4
A.ΔH1<0 ΔH2>0 B.ΔH1+ΔH2>0 C.ΔH1+ΔH2+ΔH3>0 D.ΔH2<ΔH4
【答案】B
【解析】由题意可知,碳酸氢钠溶液与盐酸反应生成二氧化碳的反应为吸热反应,△H'>0,碳酸钠溶液与盐酸反应生成二氧化碳的反应为放热反应,△H''<0,将已知反应依次编号为①②③④,由盖斯定律可知,②+③可得HCO3-(aq)+H+(aq) H2O(l)+CO2(g) △H'=△H2+△H3>0,①+②+③可得CO32-(aq)+2H+(aq)H2O(l)+CO2(g)△H''=△H1+△H2+△H3<0,②—④可得碳酸氢根离子的水解反应HCO3-(aq)+ H2O(l) H2CO3(aq)+OH-(aq),盐类水解反应为吸热反应,则△H'''=△H2—△H4>0。A项,由分析可知,△H2+△H3>0,△H1+△H2+△H3<0,则△H1<0;碳酸的分解反应为吸热反应,△H3>0,由△H2+△H3>0可知,△H2可能大于0,也可能小于0,故A错误;B项,由分析可知,△H2+△H3>0,故B正确;C项,由分析可知,△H1+△H2+△H3<0,故C错误;D项,由分析可知,△H2—△H4>0,则△H2>△H4,故D错误;故选B。
6.生成水的能量关系如图所示:下列说法不正确的是( )
A.△H2>0
B.若2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H4,则△H4<△H1
C.一定条件下,气态原子生成1 mol H-O放出a kJ热量,则该条件下△H3=-4akJ/mol
D.△H1+△H2+△H3=0
【答案】D
【解析】A项,△H2所示过程为氢分子和氧分子化学键断裂的过程,该过程吸热,故△H2>0,A正确;B项,由于气态水到液态水的过程为放热过程,则2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H4<△H1,B正确;C项,△H3所示过程共形成4mol H-O键,则气态原子生成1 mol H-O放出a kJ热量,该条件下△H3=-4akJ/mol,C正确;D项,根据盖斯定律,△H1=△H2+△H3,故D错误;故选D。
7.在一定温度压强下,依据图示关系,下列说法不正确的是( )
A.C(石墨)+ CO2(g) =2CO(g) ΔH=ΔH1-ΔH2
B.1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量O2反应全部转化为CO2(g) ,前者放热多
C.ΔH5=ΔH1-ΔH3
D.化学反应的△H,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
【答案】B
【解析】A项,由题干信息可知,反应I:C(石墨)+(g)=CO(g) ΔH1 反应II:CO(g)+(g)=CO2(g) ΔH2,则反应I-反应II得C(石墨)+ CO2(g) =2CO(g),根据盖斯定律可知ΔH=ΔH1-ΔH2,A正确;B项,由题干信息可知,C(石墨)= C(金刚石) ΔH5<0,即1molC(石墨)具有的总能量低于1molC(金刚石),则1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量O2反应全部转化为CO2(g),后者放热多,B错误;C项,由题干信息可知,反应I:C(石墨)+(g)=CO(g) ΔH1,反应III:C(金刚石)+(g)=CO(g) 则反应I-反应III得C(石墨)= C(金刚石),根据盖斯定律可知,ΔH5=ΔH1-ΔH3,C正确;D项,根据盖斯定律可知,化学反应的△H,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,D正确;故选B。
8.已知在25℃、1.01×105Pa下,1 mol氮气和1 mol氧气生成2 mol一氧化氮的能量变化如下图所示,已知N2(g)+O2(g)=2 NO(g) △H=+180 kJ/mol,下列有关说法正确的是( )
A.NO(g)分解为N2(g)和O2(g)时吸收热量
B.乙→丙的过程中若生成液态一氧化氮,释放的能量将小于1264 kJ
C.O2(g)=2O(g) △H=+498 kJ/mol
D.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为:乙>甲>丙
【答案】C
【解析】A项,由热化学方程式N2(g)+O2(g)=2 NO(g) △H=+180 kJ/mol可知:N2与O2反应产生NO是放热反应,NO(g)分解为N2(g)和O2(g)是该反应的逆反应,因此该反应是放热反应,A错误;B项,物质由气态变为液态会放出热量,由乙生成丙放出热量1264 kJ,则2 mol气态NO变为2 mol液态NO又会放出一部分热量,因此乙→丙的过程中若生成液态一氧化氮,释放的能量将大于1264 kJ,B错误;C项,反应热等于断裂反应物的化学键吸收的热量与形成生成物的化学键释放的能量差,则946 kJ/mol+a kJ/mol-1264 kJ/mol=+180 kJ/mol,解得a=498,故O2(g)=2O(g) △H=+498 kJ/mol,C正确;D项,反应N2(g)+O2(g)=2 NO(g) △H=+180 kJ/mol是吸热反应,说明物质的能量:丙>甲;由乙变为丙放出热量1264 kJ,说明乙的能量比丙高,故三种物质的能量高低顺序:乙>丙>甲,D错误;故选C。
9.烟气中主要污染物SO2、NOx,为消除排放、保护环境,实现绿色可持续发展。处理方法一:烟气经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NO的主要反应的热化学方程式为:
NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H1
NO(g)+O2(g)=NO2(g) △H2
SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) △H3
(1)反应3NO(g)+ O3(g)= 3NO2(g)的△H=___________(用△H1、△H2表示)。
(2)N2和O2在一定条件下反应生成NO2的热化学方程式为:N2(g)+O2(g) =NO2(g) ΔH=+34 kJ•mol-1.该反应为___________(“放热”或“吸热”)反应
(3)化学反应中的能量变化源自于化学反应中化学键变化时产生的能量变化。下表为一些化学键的键能:
化学键
键能(kJ·mol-1)
化学键
键能(kJ·mol-1)
N≡N
942
H-O
460
N-H
391
O=O
499
H-H
437
①写出N2和H2反应合成氨的热化学方程式:___________
②已知:1mol H2O(g)转化为1mol H2O(l)时放出44.0 kJ的热量。计算1g H2完全燃烧时放出的热量___________。H2O(g)的稳定性___________(“大于”“小于”)H2O(l)。
(4)写出NH3(g)在O2(g)中完全燃烧生成NO2(g)和H2O(g)的热化学方程式:___________
【答案】(1)△H1+2△H2 (2)吸热 N
(3) ①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-93kJ•mol-1 ②138.75kJ 小于
(4)4NH3(g)+7O2(g)=4NO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1079 kJ•mol-1
【解析】(1)①NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g)△H1;②NO(g)+O2(g)=NO2(g)△H2;③SO2(g)+O3(g) SO3(g)+O2(g)△H3;根据盖斯定律,①+②×2,可得反应3NO(g)+O3(g)=3NO2(g)的△H=△H1+2△H2;(2)△H<0为放热反应,△H>0为吸热反应;N2(g)+O2(g) =NO2(g)ΔH=+34kJ•mol-1,该反应为吸热反应;(3)①N2和H2反应合成氨的热化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),△H=942+3×437-2×3×391=-93kJ•mol-1;所以N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-93kJ•mol-1;②H2(g)+ O2=H2O(g)△H=437+×499-(2×460)=-233.5kJ•mol-1;1molH2O(g)转化为1mol H2O(l)时放出44.0 kJ的热量;即H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ•mol-1;所以H2(g)+O2=H2O(l), △H=-233.5-44=-277.5 kJ•mol-1;1g H2(物质的量为0.5mol),完全燃烧时,生成液态水时放出的热量为×277.5=138.75kJ;根据H2O(g)= H2O(l) △H=-44kJ•mol-1反应可知,水由气态变为液态,放出热量,水蒸气的能量较高,所以H2O(g)的稳定性小于H2O(l);(4)N2(g)+O2(g) =NO2(g)ΔH=+34 kJ•mol-1,△H =×942+499-E(NO2)=34,E(NO2)=936 kJ•mol-1;NH3(g)在O2(g)中完全燃烧生成NO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为:4NH3(g)+7O2(g)=4NO2(g)+6H2O(g) ΔH=4×391×3+7×499-(4×936)-6×2×460=-1079kJ•mol-1。
10.随着科学技术的发展,实验仪器也在不断地变革。某化学兴趣小组利用如图所示的仪器来进行中和热测定实验。
实验原理:
(K的物理意义是热量计升高时所需的热量),(n为生成水的物质的量)。
实验步骤:
Ⅰ.热量计总热容常数K的测定:
反应瓶中放入蒸馏水打开磁力搅拌器,搅拌。开启精密直流稳压电流,调节输出电压(电压为5V)和电流.采集数据,并求出。
Ⅱ.中和热的测定:
①将反应瓶中的水倒掉,用干布擦干,重新量取蒸馏水注入其中,然后加入溶液,再取溶液注入储液管中。
②打开磁力搅拌器,搅拌。每分钟记录一次温差,记录到一分钟时,将玻璃棒提起,使储液管中碱与酸混合反应。继续每分钟记录一次温差,测定10分钟。采集数据(如图所示)。
(1)现行教材中和热测定实验中不会用到的实验仪器是_______(填字母),装置中碎泡沫塑料的作用是_______。
A.温度计 B.漏斗 C.烧杯 D.量筒
(2)K的测定步骤中,量取蒸馏水的玻璃仪器可用_______(填名称)。
(3)中和热测定步骤中,需蒸馏水的体积_______;利用图中数据求得的中和热_______(保留1位小数)。
(4)上述结果与有偏差,产生此偏差的原因可能是_______(填字母)。
A.实验装置保温、隔热效果差 B.过量,未反应完
C.配制溶液时,定容采用俯视读数 D.搅拌不充分,盐酸未反应完
(5)若用稀硫酸与溶液来测定,所测得中和热的值可能_______(填“偏高”、“偏低”或“无影响”),其原因是_______。
【答案】(1) B 保温隔热,减少热量散失 (2) 500mL容量瓶
(3)400.00mL -56.8 (4)ad
(5)偏高 生成硫酸钡会释放热量
【解析】(1)现行教材中和热测定实验中不会用到的实验仪器是温度计、量筒、烧杯等容器,故选B;置中碎泡沫塑料的作用是保温隔热,减少热量散失;
(2)K的测定步骤中,量取500.00mL蒸馏水的玻璃仪器可用500mL容量瓶,因为量筒分度值为0.1,不能称取500.00mL;(3)为减少测量误差,应使Ⅰ、Ⅱ中使用的液体总体积相等V=500.00mL-50.00mL-50.00mL=400.00mL,中和热测定步骤中,需蒸馏水的体积V=400.00mL;利用图中数据可知起始温度为5.1K最后稳定温度为6.4K,T=6.4K-5.1K=1.3K,n=50.00mL×10-3×1.0=0.05mol,求得的中和热=;(4)上述结果与有偏差,产生此偏差的原因可能是:实验装置保温、隔热效果差导致热量损失,搅拌不充分,盐酸未反应完,测得中和热不完全,故选ad;(5)若用稀硫酸与溶液来测定,所测得中和热的值可能偏高,其原因是生成硫酸钡会释放热量。
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