1、化学反应的热效应一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.(2020北京平谷区模拟)中国研究人员研制一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,主要过程如图所示:下列说法不正确的是()A.整个过程实现了光能向化学能的转化B.过程放出能量并生成了OO键C.总反应2H2O2H2+O2D.过程属于分解反应也是吸热反应【解析】选D。A.由图可知,利用太阳光在催化剂表面实现水分解为氢气和氧气,光能转化为化学能,故A正确;B.过程生成了OO键,释放能量,故B正确;C.该过程的总反应是水分解为氢气和氧气,故C正确;D.由图可知,过程既有OH键断裂,也有HH键形成,由能量高、不稳定的
2、H2O2,转化为能量低、稳定的H2、O2,释放能量,故D错误。2.(新题预测)已知断裂1 mol 化学键所需的能量(kJ):NN为942、OO为500、NN为154,OH为452.5,则断裂1 mol NH所需的能量(kJ)是()A.194B.391C.516D.658【解析】选B。H=反应物的总键能-生成物的总键能,由图可知N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-534 kJmol-1。设断裂1 mol NH所需能量为x kJ,则154 kJ+4x kJ+500 kJ-(942+22452.5) kJ=-534 kJ,可求得x=391,答案选B。3.(2020乌鲁木齐模拟)
3、下列热化学方程式正确的是()A.CH4的燃烧热为890 kJmol-1:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-890 kJmol-1B.中和热H=-57.3 kJmol-1:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)H2O(l)+CH3COONa(aq)H=-57.3 kJmol-1C.一定条件下,0.5 mol N2与1.5 mol H2充分反应后放出35.5 kJ的热量: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-71 kJmol-1D.96 g O2的能量比96 g O3的能量低b kJ:3O2(g)2O3(g)H=+b kJmol-1【解析】选D。表示燃烧热时,生
4、成的水必须为液态, A错误;强酸强碱的稀溶液反应只生成1 mol液态水时放出的热量叫中和热,醋酸为弱酸, B错误;可逆反应不能彻底,0.5 mol N2与1.5 mol H2充分反应后放出35.5 kJ的热量,则1 mol N2与3 mol H2充分反应后放出的热量比71 kJ要大,C错误;反应热与化学计量数成正比关系,反应物总能量比生成物低则为吸热反应,3O2(g)2O3(g)H=+b kJmol-1, D正确。4.(2020临沂模拟)Li/Li2O体系的能量循环图如图所示。下列说法正确的是()A.H3H5D.H1+H2+H3+H4+H5+H6=0【解析】选C。断裂化学键吸收能量,氧气断裂化
5、学键变为氧原子过程中吸热, H30, A错误;由盖斯定律分析可知:反应一步完成与分步完成的热效应相同,H1+H2+H3+H4+H5=H6, B错误;由能量转化关系和盖斯定律的计算可知,反应一步完成与分步完成的热效应相同,H1+H2+H3+H4+H5 =H6,H6H5, C正确;由盖斯定律计算得到,反应过程中的焓变关系为H1+H2+H3+H4+H5=H6,D错误。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)5.(12分)(1)室温下,2 g苯(C6H6)完全燃烧生成液态水和CO2,放出83.6 kJ的热量,写出1 mol C6H6燃烧的热化学方程式:_。若1 g水蒸气转化成液态水时放出2.44 kJ
6、的热量,则室温下1 mol C6H6完全燃烧生成水蒸气时的H为_。(2)已知:Fe2O3(s)+C(s)CO2(g)+2Fe(s)H=+234.1 kJmol-1C(s)+O2(g)CO2(g) H=-393.5 kJmol-1则2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)的H为_。(3)已知下列两个热化学方程式:H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) H=-2 220.0 kJmol-1实验测得H2和C3H8的混合气体共5 mol,完全燃烧生成液态水时放热6 262.5 kJ,则混合气体中H2和C3H8的体积之
7、比约为_。已知:H2O(l)H2O(g)H=+44.0 kJmol-1,求丙烷燃烧生成CO2和气态水的H为_。【解析】(1)C6H6(l)+O2(g)3H2O(l)+6CO2(g)H=-83.6 kJ= -3 260.4 kJmol-1。若1 g水蒸气转化成液态水时放出2.44 kJ的热量,则H2O(l)H2O(g)H=+2.44 kJ=43.92 kJmol-1,故1 mol C6H6完全燃烧生成水蒸气时的H=-3 260.4 kJmol-1+343.92 kJmol-1=-3 128.64 kJmol-1。(2)由第二个热化学方程式-第一个热化学方程式得2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(
8、g)H=(-393.5 kJmol-1)-(+234.1 kJmol-1)=-824.35 kJmol-1。(3)设氢气和丙烷的物质的量分别为x mol和y mol,则有,解得x2.5,y2.5,故xy11。H2O(l)H2O(g)H=+44.0 kJmol-1,C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)H=-2 220.0 kJmol-1,根据盖斯定律,由上面第一个热化学方程式4+上面第二个热化学方程式可得出丙烷燃烧生成CO2和H2O(g)的热化学方程式为C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(g)H=-2 044.0 kJmol-1。答案:(1)C6H6(l)
9、+O2(g)3H2O(l)+6CO2(g)H=-3 260.4 kJmol-1-3 128.64 kJmol-1(2)-824.35 kJmol-1(3)11-2 044.0 kJmol-16.(14分)(2020九江模拟)已知E1=134 kJmol-1、E2=368 kJmol-1,请参考题中图表,按要求填空:(1)图甲是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率加快,E1的变化是_ (填“增大”“减小”或“不变”,下同),H的变化是_。请写出NO2和CO反应的热化学方程式: _。(2)捕碳技术
10、(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:反应:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq)H1反应:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq)H2反应:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)H3则H3与H1、H2之间的关系是H3=_。(3)下表所示是部分化学键的键能参数。化学键PPPOOOPO键能/kJmol-1abcx已知P4(g)+5O2(g)P4O10(g)H=-d kJmol-1,P4及P4O10的结构如
11、图乙所示。表中x=_ kJmol-1。(用含a、b、c、d的代数式表示)【解析】(1)加入催化剂,降低反应的活化能,即E1减小,反应的焓变不变。由图示知,1 mol NO2(g)与1 mol CO(g)反应的焓变H=E1-E2=-234 kJmol-1,由此可写出反应的热化学方程式。(2)由盖斯定律知,反应=2反应-反应,故H3=2H2-H1。(3)P4(g)+5O2(g)P4O10(g)H=-d kJmol-1,由“反应焓变=反应物键能之和生成物键能之和”可得-d=6a+5c-(12b+4x),解得x=(d+6a+5c-12b)。答案:(1)减小不变NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO
12、(g)H=-234 kJmol-1(2)2H2-H1(3)(d+6a+5c-12b)一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020余姚模拟)已知在 25,1.01105 Pa 下,1 mol H2O 分解生成 H2(g)和 O2(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是()A.甲为气态水,乙为液态水B.甲、乙、丙、丁中物质所具有的能量大小关系为丙丁乙甲C.H2 的标准燃烧热为 245 kJmol-1D.形成 1 mol H2O(g)中的化学键需吸收 930 kJ 的能量【解析】选B。乙聚集状态变为甲聚集状态放热,水蒸气变为液态水为液化放热,所以甲为液态水,乙为气态水, A错误;
13、甲为液态水,乙为气态水,气态水比液态水的能量高,具有的总能量大小关系为乙甲,形成新键释放能量,由图可知,具有的总能量大小关系为丙丁,由乙到丙,断裂化学键吸收能量,所以,甲、乙、丙、丁物质所具有的总能量大小关系为丙丁乙甲, B正确;焓变等于断裂化学键吸收的能量减去成键释放的能量,则热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=(436 kJmol-12+249 kJmol-12-930 kJmol-12)=-490 kJmol-1,H2的标准燃烧热是完全燃烧1 mol 物质生成最稳定的化合物为液态水,标准燃烧热应大于为245 kJmol-1, C错误;图示可知,形成 1 mol H2O
14、(g)中的化学键需放出 930 kJ 的能量,D错误。2.相同温度下,容积相同的甲、乙、丙3个恒容密闭容器中均发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-197 kJmol-1实验测得有关数据如下表所示:容器编号起始各物质的物质的量/mol达到平衡时体系能量的变化/kJSO2O2SO3甲210Q1乙1.80.90.2Q2丙002Q3下列判断中正确的是()A.197Q2Q1B. 若升高温度,反应的热效应不变C.Q3=197D. 生成1 mol SO3(l)时放出的热量大于98.5 kJ【解析】选D。 由题干所给热化学反应方程式可知,2 mol SO2气体和1 mol O2完全反应生成
15、2 mol SO3气体放热197 kJ,故可做出甲、乙、丙三个体系反应的能量图:A.由分析中的能量图可知,197Q1Q2,A项错误;B.升高温度,平衡向左移动,反应的热效应发生变化,B项错误;C.由分析中的能量图可知,Q3197,C项错误;D.由所给热化学反应方程式可知生成1 mol SO3气体放热98.5 kJ,又因为SO3(g)SO3(l)是放热过程,故生成1 mol SO3(l)时放出的热量大于98.5 kJ,D项正确。3.查阅资料:Na2CO3(aq)与盐酸反应过程中的能量变化示意图如图。(注:碳酸钠与碳酸氢钠的溶解过程的热效应忽略不计)下列说法错误的是()A.H1HC【解析】选C。由
16、C(aq)+H+(aq)HC(aq)H10HC(aq)+H+(aq)H2CO3(aq)H20则有H10,是一个吸热反应,因该反应的熵增效应大于吸热效应,故该反应在常温常压下能够自发进行,B项正确;+可得:C(aq)+2H+(aq)CO2(g)+H2O(l)H=(H1+H2+H3) kJmol-1,C项错误;C(aq)与H+(aq)需两步反应产生二氧化碳,而HC(aq)与H+(aq)只需一步即可生成二氧化碳,相同条件下,C结合H+的能力强,D项正确。【加固训练】下列图示与对应的叙述相符的是()A.图甲中的H1H2B.图乙表示可逆反应A(s)+3B(g)2C(g)H0C.图丙表示充满NO2气体的试
17、管,倒置于水槽中,向其中缓慢通入氧气直至试管中全部充满水,假设溶质不扩散,溶质的物质的量浓度与通入氧气的体积关系D.由图丁可说明烯烃与H2的加成反应是放热反应,虚线表示在有催化剂的条件下进行【解析】选C。H1、H2、H3均小于零,且H1=H2+H3,故A错误;平衡常数不会随压强的改变而改变,故B错误;试管中发生的总反应为4NO2+O2+2H2O4HNO3,所以随氧气通入,溶质的物质的量浓度不变,故C正确;催化剂会降低反应的活化能,故D错误。二、非选择题(本题包括2小题,共32分)4.(16分)(2019石家庄模拟)碳是形成化合物种类最多的元素,其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答
18、下列问题:(1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,转化过程如下:该反应的H=+88.6 kJmol-1。则M、N相比,较稳定的是_。(2)已知CH3OH(l)的燃烧热H=-726.5 kJmol-1,CH3OH(l)+O2(g)CO2(g) +2H2(g)H=-a kJmol-1,则a_(填“”“”或“=”)726.5。(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层,生成HCl和CO2,当有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量,写出该反应的热化学方程式:_。(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料,4Al(s)
19、+ 3TiO2(s)+3C(s) 2Al2O3(s)+3TiC(s)H=-1 176 kJmol-1,反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为_。【解析】(1)有机物M经过太阳光照射可转化成N,该反应的H=+88.6 kJmol-1,是吸热反应,N在暗处转化为M,是放热反应,物质的能量越低越稳定,说明M较稳定。(2)燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量,甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧,放出的热量小于燃烧热。(3)已知有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量,则2 mol氯气参与反应放热290 kJ,故Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层
20、发生反应的热化学方程式为2Cl2(g) +2H2O(g) +C(s)4HCl(g) +CO2(g)H=-290 kJmol-1。(4)由4Al(s) +3TiO2(s) +3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s)H=-1 176 kJmol-1,可知转移12 mol电子放热1 176 kJ,则反应过程中,每转移1 mol电子放热98 kJ。答案:(1)M(2)(3)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g) +CO2(g)H=-290 kJmol-1(4)98 kJ5.(16分) (1)下列三个反应在某密闭容器中进行:反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)H1=
21、a kJmol-1反应:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H2=b kJmol-1反应:2Fe(s)+O2(g)2FeO(s)H3=_ kJmol-1(用含a、b的代数式表示)。(2)焦炭与CO、CO2、H2均是重要的化工原料,由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下:反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.58 kJmol-1反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+41.19 kJmol-1反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H3则反应的H3=_ kJmol-1。(3)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定下
22、来,但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,相关的热化学方程式如下:CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)H1=+210.5 kJmol-1CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g)H2=-47.3 kJmol-1反应:CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g)的H=_ kJmol-1。【解析】(1)分析反应和,根据盖斯定律,由2+可得2Fe(s)+O2(g) 2FeO(s),则有H3=2H1+H2=2a kJmol-1+b kJmol-1=(2a+b) kJmol-1。(2)分析反应、及,根据盖斯定律,由反应-可得反应,则有H3=H1-H2=(-49.58 kJmol-1)-(+41.19 kJmol-1)=-90.77 kJmol-1。(3)根据盖斯定律,由4-可得CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)CaS(s)+3CO2(g),则有H=4H2-H1=(-47.3 kJmol-1)4-(+210.5 kJmol-1)=-399.7 kJmol-1。答案:(1)(2a+b)(2)-90.77(3)-399.7
