1、化学反应中的热效应考查反应热与能量变化的关系1.(2020北京西城区模拟)甲烷与氯气光照条件下发生取代反应的部分反应历程和能量变化如下:第一步:Cl2(g)2Cl(g)H1=+242 kJmol-1第二步:CH4(g)+Cl(g)CH3(g)+HCl(g)H2=+7.5 kJmol-1第三步:CH3(g)+Cl2(g)CH3Cl(g)+Cl(g)H3=-112.9 kJmol-1(其中Cl表示氯原子,CH3表示甲基)下列说法不正确的是()A.由题可知,甲烷和氯气在室温暗处较难反应B.CH4(g)+Cl2(g)CH3Cl(g)+HCl(g)H=-105.4 kJmol-1C.形成1 mol CH
2、3Cl中CCl键放出的能量比拆开1 mol Cl2中化学键吸收的能量多D.若是甲烷与Br2发生取代反应,则第二步反应H+7.5 kJmol-1,故D错误。2.(2020北京师大附中模拟)中国学者在水煤气变换CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题,该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下:下列说法正确的是()A.过程、过程均为放热过程B.过程生成了具有极性共价键的H2、CO2C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的HD.图示过程中的H2O均参与了反应过程【解析】选D。根据反应过程示意图,过程中水分子中的化学键
3、断裂的过程,为吸热过程,故A错误;过程中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,故B错误;催化剂不能改变反应的H,故C错误;根据反应过程示意图,过程中水分子中的化学键断裂,过程也是水分子中的化学键断裂的过程,过程中形成了水分子,因此H2O均参与了反应过程,故D正确。焓变、反应热的图象分析3.(双选)由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是()A.反应生成1 mol N2时转移4 mol e-B.反应物能量之和大于生成物能量之和C.N2O(g)+NO(g)N2(g)+NO2(g) H=-139 kJmol-1D.断键吸收能量之和
4、大于成键释放能量之和【解析】选A、D。N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O+NON2+NO2,反应生成1 mol N2时转移2 mol e-,A不正确;根据图示,反应物能量之和大于生成物能量之和,B正确;该反应的反应热H=(209-348)kJmol-1=-139 kJmol-1,C正确;由于该反应放热,所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和,D错误。4.炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示,活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法错误的是()A.氧分子的活化包括O-O键的断裂与C-O键的生成B.每活化一个氧分子放
5、出0.29 eV的能量C.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eVD.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂【解析】选C。由题图可知,氧分子的活化是O-O键的断裂与C-O键的生成过程,A正确;由题图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量,B正确;由题图可知,水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,C错误;活化氧可以快速氧化二氧化硫,而炭黑颗粒可以活化氧分子,因此炭黑颗粒可以看作大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,D正确。【加固训练】最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意
6、图如下:下列说法正确的是()A.CO和O生成CO2是吸热反应B.在该过程中,CO断键形成C和OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO2D.状态状态表示CO与O2反应的过程【解析】选C。由题干上图可知状态的能量低于状态的能量,因此该过程是放热过程,A项错误;由题干下图可知该过程中CO的化学键没有断开,B项错误;CO与O生成的CO2具有极性共价键,C项正确;状态到状态表示CO与O生成CO2的过程,D项错误。【归纳提升】图解反应热与活化能的关系(1)在无催化剂的情况,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,H=E1-E2。(2)催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。利用键能计算H5.断
7、裂1 mol化学键所需的能量如表,火箭燃料肼(H2NNH2)的有关化学反应的能量变化如图所示,则下列说法错误的是()化学键NNOONNNH键能(kJ)154500942aA.N2(g)比O2(g)稳定B.N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H1=-534 kJmol-1C.图中的H3=+2 218 kJmol-1D.表中的a=194【解析】选D。由表中数据可知,NN键的键能大于OO键的键能,则N2(g)比O2(g)稳定,A正确;由能量变化图示可知,反应N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)的H1=-534 kJmol-1,B正确;根据盖斯定律,反应N2H4(g)+
8、O2(g)N2(g)+2H2O(g)的H1=H2+H3=(-2 752 kJmol-1)+H3=-534 kJmol-1,则H3=+2 218 kJmol-1,C正确;N2H4(g)+O2(g)2N(g)+4H(g)+2O(g)的H3=+2 218 kJmol-1,根据反应热与键能的关系可得H3=(4a kJmol-1+154 kJmol-1+500 kJmol-1)=+2 218 kJmol-1,解得a=391,D错误。6.(2019重庆高三检测)二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点-141.5 ,沸点-24.9 ,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。制备原理如下:.由天然
9、气催化制备二甲醚:2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H1.由合成气制备二甲醚:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.7 kJmol-12CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H3回答下列问题:若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJmol-1、1 453.0 kJmol-1;1 mol液态水变为气态水要吸收44.0 kJ的热量。反应中的相关的化学键键能数据如表:化学键HHCOHO(水)HO(醇)CHE/(kJmol-1)436343465453413则H1=_kJmol-1;H3=_kJmol-1。【解析】甲烷燃烧的热化学方程式为CH4
10、(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1;二甲醚燃烧的热化学方程式为CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)H=-1 453.0 kJmol-1;H2O(l)H2O(g)H=+44.0 kJmol-1;对应反应2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H1=2-+=-890.3 kJmol-12+1 453.0 kJmol-1+44.0 kJmol-1=-283.6 kJmol-1;反应的焓变=反应物总键能-生成物总键能,而反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H3=2(3413 kJmol-1
11、+343 kJmol-1+453 kJmol-1)-6413 kJmol-1-2343 kJmol-1-2465 kJmol-1=-24 kJmol-1。答案:-283.6-24【加固训练】根据如图能量关系示意图,下列说法正确的是()A.1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和为393.5 kJB.反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)中,生成物的总能量大于反应物的总能量C.由C(s)CO(g)的热化学方程式为:2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.2 kJmol-1D.热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量,则CO热值H=-10.1 kJmol-1【解析
12、】选C。A项,由题图可知1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量比1 mol CO2(g)能量高393.5 kJ,错误;B项,2CO(g)+O2(g)2CO2(g)为放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,错误;C项,由图可知1 mol C(s)与O2(g)生成1 mol CO(g)放出热量为393.5 kJ-282.9 kJ=110.6 kJ,且物质的量与热量成正比,焓变为负,则热化学方程式为2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.2 kJmol-1,正确;D项,若热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出热量,则CO的热值为10.1 kJg-1,错误。【归纳提升】利用键能计算H的方法(1)计算公式:H=反应物的总键能-生成物的总键能。(2)计算关键:利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的种类和数目。