1、专题四化学反应中的能量变化(时间:45分钟满分:100分)测控导航表考点题号(难易度)反应热的概念及应用1(易),2(易),7(易)反应热大小的比较4(易),5(易)热化学方程式的书写与正误判断3(易),9(易)盖斯定律及反应热的计算6(易),8(易),10(易),11(中)一、选择题(共7小题,每小题6分,共42分)1.(2013湖北荆州质检)下列说法中错误的是(D)A.电解饱和食盐水,生成物总能量比反应物总能量高B.化学反应过程中,发生物质变化的同时一定发生能量变化C.“冰,水为之,而寒于水”,说明相同质量的水和冰,水的能量高D.食盐可用于融化冰雪,且用食盐作融雪剂不会对环境、植物生长产生
2、任何危害解析:电解饱和食盐水,需消耗能量,故E(生成物)E(反应物),A项正确;化学反应过程中,化学键的断裂要吸收能量,形成要放出能量,其差值为反应热,B项正确;水结冰时释放能量,故水的能量高,C项正确;NaCl可作融雪剂,但浓度过高会对植物的生长有影响,D项错误。2.(2013山东临沂一模)反应A(g)+B(g)C(g)H,分两步进行:A(g)+B(g)X(g)H1X(g)C(g)H2,反应过程中能量变化如图所示,E1表示A(g)+B(g)X(g)的活化能,下列说法正确的是(A)A.H1=H-H20B.X(g)是反应A(g)+B(g)C(g)的催化剂C.E2是反应的活化能D.H=E1-E2解
3、析:通过图知,第一个反应的反应物能量小于生成物能量,所以该反应是吸热反应,H1=H-H20,A项正确;X(g)是反应过程中的一种中间产物,所以X(g)不是催化剂,B项错误;从图知,E2不是反应的活化能,C项错误;分析图示H不等于E1-E2,D项错误。3.在298 K、1.01105 Pa下,将32 g SO2通入750 mL 1 mol/L KOH溶液中充分反应。测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol SO2通入1 L 2 mol/L KOH溶液中充分反应放出y kJ的热量。则SO2与KOH溶液反应生成KHSO3的热化学方程式正确的是(A)A.SO2(g)+KOH(aq)KHS
4、O3(aq)H=-(4x-y) kJ/molB.SO2(g)+KOH(aq)KHSO3(aq)H=-(2x-y) kJ/molC.SO2(g)+KOH(aq)KHSO3(aq)H=-(2y-x) kJ/molD.2SO2(g)+2KOH(l)2KHSO3(l)H=-(8x-2y) kJ/mol解析:1 mol SO2通入1 L 2 mol/L KOH溶液中,生成1 mol K2SO3,放出y kJ的热量,由此可得SO2(g)+2KOH(aq)K2SO3(aq)+H2O(l)H=-y kJ/mol。32 g SO2通入750 mL 1 mol/L KOH溶液中充分反应,生成K2SO3、KHSO3
5、各0.25 mol,测得反应放出x kJ的热量,故生成0.25 mol KHSO3放出(x-0.25y)kJ的热量,所以生成1 mol KHSO3放出(4x-y)kJ的热量,A正确。4.(2013山西太原调研)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.6 kJ/molH2(g)+S(g)H2S(g)H=-20.1 kJ/mol。下列判断正确的是(D)A.1 mol氢气完全燃烧吸热241.8 kJB.1 mol H2O(g)和1 mol H2S(g)的能量相差221.7 kJC.由知,水的热稳定性小于硫化氢D.若反应中改用固态硫,1 mol S(s)完全反应,放出的热量小于20.
6、1 kJ解析:H2燃烧是放热反应,A项错误;根据已知的热化学方程式可知生成1 mol H2O(g)与1 mol H2S(g)时两反应放出的热量差为221.7 kJ,B项错误;由于前者放热多,能量低,故稳定性强,C项错误;由于固态硫汽化时需要吸收热量,故放出的热量小于20.1 kJ,D项正确。5.(2013豫南九校联考)同温同压下,下列各组热化学方程式中,H1H2的是(A)A.S(g)+O2(g)SO2(g)H1S(s)+O2(g)SO2(g)H2B.H2(g)+Cl2(g)HCl(g)H1H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)H2C.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H12H2(g)+O2
7、(g)2H2O(l)H2D.C(s)+O2(g)CO(g)H1C(s)+O2(g)CO2(g)H2解析:放热反应的H为负值,反应放出的热量越多,其值越小。由固态S转变为气态S需吸收热量,故A项中H1H2,不符合;由于H2O(g)液化为H2O(l),需放热,故C项中H1H2,不符合;D项中前一个反应不完全燃烧,而后者完全燃烧,故H1H2,也不符合。6.(2013湖南十二校联考)盖斯定律认为能量总是守恒的,不管化学反应过程是一步完成或分几步完成,整个过程的热效应是相同的。已知:H2O(g)H2O(l)H1=-Q1 kJ/molC2H5OH(g)C2H5OH(l)H2=-Q2 kJ/molC2H5O
8、H(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)H3=-Q3 kJ/mol若使23 g液态无水酒精完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为(单位:kJ)(B)A.Q1+Q2+Q3B.1.5Q1-0.5Q2+0.5Q3C.0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3D.0.5(Q1+Q2+Q3)解析:根据盖斯定律3-+得,C2H5OH(l)+3O2(g)3H2O(l)+2CO2(g)H=(-3Q1+Q2-Q3)kJ/mol=-(3Q1-Q2+Q3)kJ/mol,23 g液态无水酒精即0.5 mol完全燃烧放出的热量为(3Q1-Q2+Q3)0.5 kJ=(1.5Q1-0.5Q2+0.5Q3)kJ,故B正
9、确。7.(2013山东日照模拟)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O已知:.反应A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。.判断下列说法正确的是(B)A.反应A的H-115.6 kJ/molB.断开1 mol HO键与断开1 mol HCl键所需能量相差约为32 kJC.H2O中HO键比HCl中HCl键弱D.由中的数据判断氯元素的非金属性比氧元素强解析:可逆反应的热化学方程式表示的是完全反应时的反应热,故A中的H=-115.6 kJ/mol,错误;设断开1 mol HO 键与断开1 mol H
10、Cl键所需能量分别为x kJ、y kJ,则(4y+498)-(4x+2432)=-115.6,x-y32,故B正确,C错误;由断键所需的能量不能比较元素的非金属性强弱,D错误。二、非选择题(共4小题,共58分)8.(15分)(1)(2013云南昆明质检)如图表示金刚石、石墨在相关反应过程中的能量变化关系。写出石墨转化为金刚石的热化学方程式 。(2)(2013陕西西安质检)已知:Ti(s)+2Cl2(g)TiCl4(l)H=-804.2 kJ/mol2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)H=-882.0 kJ/molNa(s)Na(l)H=+2.6 kJ/mol则TiCl4(l)+4Na(l
11、)Ti(s)+4NaCl(s)的H=kJ/mol。(3)(2013山东省实验中学模拟)已知:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H=-a kJ/molCH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-b kJ/molH2O(g)H2O(l)H=-c kJ/mol则:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的H=kJ/mol。(4)(2013广东梅州质检)工业上在催化剂作用下可利用CO合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),下图表示反应过程中能量的变化情况。在图中,曲线(填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于(填“吸热”或“放热”)反应。解析
12、:(1)由图像可写出C(金刚石,s)+O2(g)CO2(g)H=-395.4 kJ/mol。C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJ/mol,由-得C(石墨,s)C(金刚石,s),其H=-393.5 kJ/mol-(-395.4 kJ/mol)=+1.9 kJ/mol。(2)根据盖斯定律可将(第二个热化学方程式2)减去(第一个热化学方程式)再减去(第三个热化学方程式4)得,H=-882.0 kJ/mol2-(-804.2 kJ/mol)-(+2.6 kJ/mol)4=-970.2 kJ/mol。(3)将-2+4得:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-a kJ/mol
13、-(-b kJ/mol2)+(-c kJ/mol4)=(-a+2b-4c)kJ/mol。(4)根据图示可知反应物的总能量大于生成物的总能量,故该反应是放热反应,加入催化剂改变反应历程,降低反应所需的活化能,故b曲线表示使用了催化剂。答案:(1)C(石墨,s)C(金刚石,s)H=+1.9 kJ/mol(2)-970.2(3)(-a+2b-4c)(4)b放热9.(15分)(1)新的环境空气质量标准(GB 30952012)将于2016年1月1日在我国全面实施。据此,环境空气质量指数(AQI)日报和实时报告包括了SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等指标,为公众提供健康指引,引导当地居民
14、合理安排出行和生活。汽车排出的尾气中含有CO和NO等气体,用化学方程式解释产生NO的原因 。汽车排气管内安装的催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物转化为无毒的大气循环物质。已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5 kJ/mol2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJ/molC(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJ/mol则反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的H=kJ/mol。(2)直接排放氮氧化物会形成酸雨、雾霾,催化还原法和氧化吸收法是常用的处理方法。利用NH3和CH4等气体除去烟气中的氮氧化物。已知:CH4(g)+2O2
15、(g)CO2(g)+2H2O(l)H1=a kJ/mol;欲计算反应CH4(g)+4NO(g)CO2(g)+2H2O(l)+2N2(g)的焓变H2则还需要查询某反应的焓变H3,当反应中各物质的化学计量数之比为最简整数比时,H3=b kJ/mol,该反应的热化学方程式是 ,据此计算出H2=kJ/mol(用含a、b的式子表示)。(3)下表列出了工业上吸收SO2的三种方法。方法用氨水将SO2转化(NH4)2SO3,再氧化成(NH4)2SO4方法用生物质热解气(主要成分CO、CH4、H2)将SO2在高温下还原成单质硫方法用Na2SO3溶液吸收SO2,再经电解转化为H2SO4方法主要发生了下列反应:2C
16、O(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g)H=+8.0 kJ/mol2H2(g)+SO2(g)S(g)+2H2O(g)H=+90.4 kJ/mol2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJ/mol2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.6 kJ/mol则S(g)与O2(g)反应生成SO2(g)的热化学方程式可表示为 。(4)合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得。有关化学反应的能量变化如图所示,则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。解析:(1)按题干顺序给3个热化学方程式编号,由盖斯定律2-得2NO(g)+2CO(g)N2(g
17、)+2CO2(g)的H=-393.52-180.5-(-221.0)kJ/mol=-746.5 kJ/mol。(2)根据盖斯定律将已知的两个热化学方程式相减可得热化学方程式为2N2(g)+2O2(g)4NO(g)H=a kJ/mol-H2=2b kJ/mol,则H2=(a-2b)kJ/mol,同时将上面的方程式及H都除以2可得热化学方程式。(3)将后面的两个方程式相加减去前两个方程式再除以2可得相应的热化学方程式:S(g)+O2(g)SO2(g)H=-574.0 kJ/mol。(4)按题干顺序给图像中的3个热化学方程式编号,根据盖斯定律,-3-得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g
18、)H=-846.3-(-241.8)3-(-282.0)kJ/mol=+161.1 kJ/mol。答案:(1)N2+O22NO-746.5(2)N2(g)+O2(g)2NO(g)H3=b kJ/mola-2b(3)S(g)+O2(g)SO2(g)H=-574.0 kJ/mol(4)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+161.1 kJ/mol10.(13分).利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。用乙烯作为还原剂将氮的氧化物还原为N2是燃煤烟气的一种脱硝(除NOx)技术。其脱硝机理如图所示。写出该脱硝过程中乙烯和NO2反应的化学方程式 。.(1)如图
19、是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1的变化是(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),H的变化是。(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49.0 kJmol-1;CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.9 kJmol-1。又知H2O(g)H2O(l)H=-44 kJmol-1。则甲醇蒸气完全燃烧生成液态水的热化学方程式为 。写出甲醇质子交换膜燃料电池在酸性条件下的负极反应式:
20、。解析:.观察题图可知,C2H4与NO2反应生成CO2、N2、H2O。.(1)催化剂可降低反应的活化能,但不能改变反应热,故E1减小、H不变。(2)根据盖斯定律,由3-2+2得CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-764.7 kJmol-1。在甲醇质子交换膜燃料电池中,酸性条件下,其负极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+。答案:.2C2H4+6NO24CO2+3N2+4H2O或2CH2CH2+6NO24CO2+3N2+4H2O.(1)减小不变(2)CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-764.7 kJmol-1CH3OH+H2
21、O-6e-CO2+6H+11.(15分)已知 0.4 mol 液态肼和足量H2O2反应生成氮气和水蒸气时放出256.64 kJ的热量。(1)写出肼和H2O2反应的热化学方程式: 。(2)已知H2O(l)H2O(g)H=+44 kJ/mol,则16 g液态肼与足量双氧水反应生成氮气和液态水时,放出的热量是。(3)上述反应应用于火箭推进器,除释放出大量热量和快速产生大量气体外,还有一个很突出的优点是 。(4)向次氯酸钠溶液中通入一定物质的量的氨气可生成肼,写出反应的离子方程式: ,该反应的还原产物是。解析:(1)首先根据题意确定反应物和生成物,然后写出化学方程式:N2H4+2H2O2N2+4H2O
22、。0.4 mol液态肼和足量H2O2反应生成氮气和水蒸气时放出256.64 kJ的热量,则1 mol液态肼和足量H2O2反应时放出热量为:2.5256.64 kJ=641.6 kJ,由此可确定上述反应的热化学方程式的H。(2)16 g液态肼的物质的量为0.5 mol,则与足量双氧水反应生成0.5 mol N2和2 mol H2O(l)时放出热量为:0.5 mol641.6 kJ/mol+2 mol44 kJ/mol=408.8 kJ。(3)反应生成的物质是N2和H2O,对环境无污染。(4)氨气中氮元素的化合价为-3价,肼分子中氮元素的化合价为-2价,则氨气是还原剂,次氯酸钠是氧化剂,还原产物是NaCl,然后根据电子转移守恒以及电荷守恒即可写出离子方程式。答案:(1)N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)H=-641.6 kJ/mol(2)408.8 kJ(3)产物为氮气和水,对环境无污染(4)2NH3+ClO-N2H4+Cl-+H2ONaCl
