内容正文:
第二单元 化学反应中的热
题型01 放热反应与吸热反应
题型02 化学反应中能量变化的原因
题型03 热化学方程式
题型04 燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
题型01 放热反应与吸热反应
放热反应
吸热反应
含义
释放热量的化学反应
吸收热量的化学反应
常见反应举例
①大多数化合反应;
②所有的燃烧反应及缓慢氧化反应;
③酸碱中和反应;
④活泼金属与酸(或H2O)的反应,如Mg+2H+===Mg2++H2↑
①大多数分解反应,如NH4ClNH3↑+HCl↑;
②Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O;
③C+H2O(g)CO+H2、
C+CO22CO;
④盐酸与碳酸氢钠的反应
【典例1】下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与CO2的反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应
D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
【答案】B
【解析】锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应,A、C项错误;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应,但反应前后所含元素的化合价无变化,是非氧化还原反应,D项错误。
【变式1-1】关于化学反应热现象的说法不正确的是( )
①放热反应发生时不必加热 ②化学反应过程中一定有能量变化 ③吸热反应需要加热后才能发生 ④化学反应吸收或放出热量的多少与参加反应的物质的多少有关
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
【答案】B
【解析】有很多放热反应也需要加热,如铝热反应,有的吸热反应不需要加热也能发生,如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应,①③错误;能量变化的多少与参加反应的物质的多少成正比,④正确。
【变式1-2】如图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时,水与固体碎块混合,杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是( )
A.硝酸铵 B.生石灰
C.氯化铵 D.食盐
【答案】B
【解析】硝酸铵溶于水吸热,故不选A;生石灰与水反应放热,导致杯内食物温度逐渐上升,故选B;氯化铵溶于水吸热,故不选C;食盐溶于水放热不明显,故不选D。
【变式1-3】下列变化属于吸热反应的是( )
①液态水汽化 ②将胆矾加热变为白色粉末 ③苛性钠固体溶于水 ④氯酸钾分解制氧气 ⑤生石灰与水反应生成熟石灰 ⑥干冰升华
A.①④ B.②④
C.③⑤ D.④⑥
【答案】B
【解析】 注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O,属于吸热反应;④KClO3分解是吸热反应;⑤是放热反应;①③⑥均为物理变化。
题型02 化学反应中能量变化的原因
1.从微观视角看化学反应中能量变化的原因
化学反应是放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂所吸收的能量和生成物中化学键形成所放出的能量的相对大小。化学反应中能量变化的关系如下图所示。
2.从宏观视角看化学反应中能量变化的原因
一个确定的化学反应完成后是吸收能量还是放出能量,取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小,如表所示。
化学反应放出能量
化学反应吸收能量
【典例2】下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢的过程中能量变化的示意图是( )
【答案】B
【解析】A项,图中所示反应物的能量小于生成物的能量,为吸热反应,而氢气与氯气生成氯化氢的反应为放热反应,A项错误,B项正确;化学键断裂要吸收能量,化学键形成要放出能量,C、D项错误。
【变式2-1】下列变化过程,需要吸收能量的是( )
A.H+H―→H2 B.H+Cl―→HCl
C.I2―→I+I D.C+O2―→CO2
【答案】C
【解析】 断裂化学键需要吸收能量,C项正确;形成化学键放出能量,A、B错误;碳的燃烧是放热反应,放出能量,D项错误。
【变式2-2】 H2在Cl2中燃烧时产生苍白色火焰,在反应过程中,断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为a kJ,断裂1 mol Cl2中的化学键吸收的能量为b kJ,形成 1 mol HCl中的化学键放出的能量为c kJ,则下列关系式正确的是( )
A.a+b>c B.a+b>2c
C.a+b<c D.a+b<2c
【答案】D
【解析】 断裂1 mol H2与1 mol Cl2中的化学键吸收的总能量为(a+b)kJ,而形成2 mol HCl中的化学键放出的总能量为2c kJ,因为H2与Cl2的反应是放热反应,故a+b<2c,D项正确。
【变式2-3】已知反应NO2(g)+CO(g)===NO(g)+CO2(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.图中a→b的过程为放热过程
B.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的键能总和大于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的键能总和
C.该反应为氧化还原反应
D.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量
【答案】C
【解析】a状态的能量低于b状态,则图中a→b的过程为吸热过程,A错误;反应物总能量高于生成物总能量,反应为放热反应,即断键吸收的能量低于成键放出的能量,则1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的键能总和小于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的键能总和,B错误;反应中C和N元素化合价发生变化,则该反应为氧化还原反应,C正确;由题图可知,反应物总能量高于生成物总能量,则1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量,D错误。
题型03 热化学方程式
1.概念
能定量表示化学反应中放出或吸收的热的化学方程式。
2.书写——“三字诀”
3.意义
(1)已知1 mol C(s)与1 mol O2(g)完全反应生成1 mol CO2(g)放出393.6 kJ热,则该反应的热化学方程式为C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.6 kJ·mol-1。
(2)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH=178.2 kJ·mol-1的意义是1 mol CaCO3固体完全分解生成1 mol CaO固体和1 mol CO2气体,吸收178.2 kJ的热。
【典例3】胶状液氢(主要成分是H2和CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统。实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是( )
A.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=890.3 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ
D.2H2+O2===2H2OΔH=-285.8 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】CH4燃烧为放热反应,ΔH<0,A错误;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量,则热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1,B正确;ΔH的单位应该为kJ·mol-1,C错误;没有标明各物质的聚集状态,D错误。
【变式3-1】下列说法正确的是( )
A.书写热化学方程式时,只要在化学方程式的右端写上热量的符号和数值即可
B.凡是在加热或点燃条件下进行的反应都是吸热反应
C.表明反应所放出或吸收热量的化学方程式叫做热化学方程式
D.氢气在氧气中燃烧的热化学方程式是2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ
【答案】C
【解析】A项中要标明物质的状态;B项中C在O2中燃烧是放热反应;D项中ΔH的单位是kJ·mol-1。
【变式3-2】下列热化学方程式书写正确的是( )
A.2SO2+O2===2SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-517.6 kJ·mol-1
C.H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ
D.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=393.5 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】A项,未注明物质状态,错误;B项正确;C项,ΔH的单位是kJ·mol-1,错误;D项,C(s)+O2(g)===CO2(g)是放热反应,ΔH<0,错误。
【变式3-3】化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
(1)0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ热量,其热化学方程式为 。
(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷。当1 g气态丁烷(C4H10)完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出热量50 kJ。试写出丁烷完全燃烧的热化学方程式: 。
【答案】(1)B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1
(2)C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 900 kJ·mol-1
【解析】(1)根据题意可知,1 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ×=2 165 kJ热量,其热化学方程式为B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l) ΔH=-2 165 kJ·mol-1。
(2)根据题意可知,1 mol气态丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出热量50 kJ×=2 900 kJ,所以丁烷完全燃烧的热化学方程式为C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 900 kJ·mol-1。
题型04 燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
1.燃料燃烧释放的热量
(1)热值
一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。单位:kJ·g-1。
(2)化石能源
煤、石油、天然气等化石燃料仍是当今的主要能源。
①化石燃料
的缺点
②解决
问题
方法
2.氢燃料的应用前景
(1)优点
氢气的热值在普通燃料中是最高的,燃烧产物无污染。可利用太阳能转化为电能,再将水催化电解获得氢气,并利用储氢合金贮存和释放。
(2)应用
运载火箭常用液氢为燃料,氢燃料混合动力有轨电车成功投入商业运行。
3.太阳能及其利用
(1)大自然利用太阳能——光合作用
光化学能能量。
(2)人类利用太阳能的两种常见方式
①光—热转换,如地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。
②光—电转换
光—热—电和光—电(太阳能电池)两种转换方式。
【典例3】新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或污染很小,且可以再生。下列能达到新能源标准的是( )
①地热能 ②煤 ③天然气 ④太阳能 ⑤生物质能 ⑥石油 ⑦风能 ⑧氢能
A.②⑤⑦⑧ B.①④⑤⑦⑧
C.④⑤⑦⑧ D.②③⑥⑦⑧
【答案】B
【解析】煤、石油、天然气是化石能源,不可再生,不属于新能源;新能源有太阳能、地热能、潮汐能、风能、氢能、生物质能等,这些新能源对环境污染小,属于环境友好型能源,即符合条件的是①④⑤⑦⑧,故选B。
【变式3-1】我国力争2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。下列有关碳排放的说法错误的是( )
A.通过煤的气化和液化,可以从根本上杜绝碳排放
B.积极开发太阳能、风能、水能等清洁能源,减少对化石燃料的依赖
C.改变经济结构,逐步淘汰高能耗、高污染产业
D.践行低碳生活、绿色出行
【答案】A
【解析】通过煤的气化和液化,只是将煤转化为气体或液体燃料,燃烧仍然会产生二氧化碳,不能杜绝二氧化碳的排放,A错误。
【变式3-2】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液态H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量
D.氢气不易储存和运输,无开发利用价值
【答案】C
【解析】 2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2 mol液态H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易储存和运输,所以氢能源利用并未普及,但发展前景广阔。
【变式3-3】25 ℃、101 kPa下,煤炭、氢气、天然气和甲醇(CH3OH)等几种燃料的热值(指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量)依次是33 kJ·g-1、143 kJ·g-1、56 kJ·g-1、23 kJ·g-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-396 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-896 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-286 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=736 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】A项,煤炭的热值是33 kJ·g-1,则12 g煤炭放出的热量为396 kJ,所以热化学方程式为C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-396 kJ·mol-1,错误;B项,天然气的热值是56 kJ·g-1,则16 g CH4放出的热量为896 kJ,所以热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-896 kJ·mol-1,正确;C项,氢气的热值是143 kJ·g-1,则4 g H2放出的热量为572 kJ,所以热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-572 kJ·mol-1,错误;D项,甲醇(CH3OH)的热值是23 kJ·g-1,则32 g CH3OH放出的热量为736 kJ,所以热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-736 kJ·mol-1,错误。
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第二单元 化学反应中的热
题型01 放热反应与吸热反应
题型02 化学反应中能量变化的原因
题型03 热化学方程式
题型04 燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
题型01 放热反应与吸热反应
放热反应
吸热反应
含义
释放热量的化学反应
吸收热量的化学反应
常见反应举例
①大多数化合反应;
②所有的燃烧反应及缓慢氧化反应;
③酸碱中和反应;
④活泼金属与酸(或H2O)的反应,如Mg+2H+===Mg2++H2↑
①大多数分解反应,如NH4ClNH3↑+HCl↑;
②Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O;
③C+H2O(g)CO+H2、
C+CO22CO;
④盐酸与碳酸氢钠的反应
【典例1】下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与CO2的反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应
D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
【变式1-1】关于化学反应热现象的说法不正确的是( )
①放热反应发生时不必加热 ②化学反应过程中一定有能量变化 ③吸热反应需要加热后才能发生 ④化学反应吸收或放出热量的多少与参加反应的物质的多少有关
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
【变式1-2】如图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时,水与固体碎块混合,杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是( )
A.硝酸铵 B.生石灰
C.氯化铵 D.食盐
【变式1-3】下列变化属于吸热反应的是( )
①液态水汽化 ②将胆矾加热变为白色粉末 ③苛性钠固体溶于水 ④氯酸钾分解制氧气 ⑤生石灰与水反应生成熟石灰 ⑥干冰升华
A.①④ B.②④
C.③⑤ D.④⑥
题型02 化学反应中能量变化的原因
1.从微观视角看化学反应中能量变化的原因
化学反应是放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂所吸收的能量和生成物中化学键形成所放出的能量的相对大小。化学反应中能量变化的关系如下图所示。
2.从宏观视角看化学反应中能量变化的原因
一个确定的化学反应完成后是吸收能量还是放出能量,取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小,如表所示。
化学反应放出能量
化学反应吸收能量
【典例2】下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢的过程中能量变化的示意图是( )
【变式2-1】下列变化过程,需要吸收能量的是( )
A.H+H―→H2 B.H+Cl―→HCl
C.I2―→I+I D.C+O2―→CO2
【变式2-2】 H2在Cl2中燃烧时产生苍白色火焰,在反应过程中,断裂1 mol H2中的化学键吸收的能量为a kJ,断裂1 mol Cl2中的化学键吸收的能量为b kJ,形成 1 mol HCl中的化学键放出的能量为c kJ,则下列关系式正确的是( )
A.a+b>c B.a+b>2c
C.a+b<c D.a+b<2c
【变式2-3】已知反应NO2(g)+CO(g)===NO(g)+CO2(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.图中a→b的过程为放热过程
B.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的键能总和大于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的键能总和
C.该反应为氧化还原反应
D.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量
题型03 热化学方程式
1.概念
能定量表示化学反应中放出或吸收的热的化学方程式。
2.书写——“三字诀”
3.意义
(1)已知1 mol C(s)与1 mol O2(g)完全反应生成1 mol CO2(g)放出393.6 kJ热,则该反应的热化学方程式为C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.6 kJ·mol-1。
(2)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH=178.2 kJ·mol-1的意义是1 mol CaCO3固体完全分解生成1 mol CaO固体和1 mol CO2气体,吸收178.2 kJ的热。
【典例3】胶状液氢(主要成分是H2和CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统。实验测得:101 kPa时,1 mol H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ的热量;1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2,放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是( )
A.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=890.3 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3 kJ
D.2H2+O2===2H2OΔH=-285.8 kJ·mol-1
【变式3-1】下列说法正确的是( )
A.书写热化学方程式时,只要在化学方程式的右端写上热量的符号和数值即可
B.凡是在加热或点燃条件下进行的反应都是吸热反应
C.表明反应所放出或吸收热量的化学方程式叫做热化学方程式
D.氢气在氧气中燃烧的热化学方程式是2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ
【变式3-2】下列热化学方程式书写正确的是( )
A.2SO2+O2===2SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-517.6 kJ·mol-1
C.H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ
D.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=393.5 kJ·mol-1
【变式3-3】化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
(1)0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5 kJ热量,其热化学方程式为 。
(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷。当1 g气态丁烷(C4H10)完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出热量50 kJ。试写出丁烷完全燃烧的热化学方程式: 。
题型04 燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
1.燃料燃烧释放的热量
(1)热值
一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。单位:kJ·g-1。
(2)化石能源
煤、石油、天然气等化石燃料仍是当今的主要能源。
①化石燃料
的缺点
②解决
问题
方法
2.氢燃料的应用前景
(1)优点
氢气的热值在普通燃料中是最高的,燃烧产物无污染。可利用太阳能转化为电能,再将水催化电解获得氢气,并利用储氢合金贮存和释放。
(2)应用
运载火箭常用液氢为燃料,氢燃料混合动力有轨电车成功投入商业运行。
3.太阳能及其利用
(1)大自然利用太阳能——光合作用
光化学能能量。
(2)人类利用太阳能的两种常见方式
①光—热转换,如地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。
②光—电转换
光—热—电和光—电(太阳能电池)两种转换方式。
【典例3】新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或污染很小,且可以再生。下列能达到新能源标准的是( )
①地热能 ②煤 ③天然气 ④太阳能 ⑤生物质能 ⑥石油 ⑦风能 ⑧氢能
A.②⑤⑦⑧ B.①④⑤⑦⑧
C.④⑤⑦⑧ D.②③⑥⑦⑧
【变式3-1】我国力争2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。下列有关碳排放的说法错误的是( )
A.通过煤的气化和液化,可以从根本上杜绝碳排放
B.积极开发太阳能、风能、水能等清洁能源,减少对化石燃料的依赖
C.改变经济结构,逐步淘汰高能耗、高污染产业
D.践行低碳生活、绿色出行
【变式3-2】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液态H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量
D.氢气不易储存和运输,无开发利用价值
【变式3-3】25 ℃、101 kPa下,煤炭、氢气、天然气和甲醇(CH3OH)等几种燃料的热值(指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量)依次是33 kJ·g-1、143 kJ·g-1、56 kJ·g-1、23 kJ·g-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-396 kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-896 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-286 kJ·mol-1
D.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=736 kJ·mol-1
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