化学能与热能
突破训练（一）
1.如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1>E2，则下列反应符合该示意图的是( )
A．NaOH溶液与稀盐酸的反应
B．锌与稀盐酸的反应
C．氢氧化钡与氯化铵固体的反应
D．一氧化碳在空气中的燃烧反应
【解析】选C 吸收的能量E1大于释放的能量E2，故该反应为吸热反应。NaOH溶液与稀盐酸的反应属于放热反应，故A错误；锌与稀盐酸的反应属于放热反应，故B错误；氢氧化钡与氯化铵固体的反应属于吸热反应，故C正确；一氧化碳在空气中的燃烧反应属于放热反应，故D错误。
2.中国学者在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH]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Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程
B.过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.图示过程中的H2O均参与了反应过程
【解析】选D。A. 根据反应过程示意图,过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂的过程为吸热过程,故A错误;B.过程Ⅲ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;C.催化剂不能改变反应的ΔH,故C错误;D. 根据反应过程示意图,过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ也是水分子中的化学键断裂的过程,过程Ⅲ中形成了水分子,因此H2O均参与了反
应过程,故D正确。
3.已知:①H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH1=-241.8 kJ·mol-1;
②H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH2=-285.8 kJ·mol-1。
气态分子中的化学键
断开1 mol化学键所
需的能量/kJ
O—H
465
OO
498
下列说法不正确的是 ( )
A.氢气的燃烧热ΔH=-241.8 kJ·mol-1
B.断开1 molH—H键需要吸收439.2 kJ的能量
C.相同条件下,1 mol H2O(g)比1 mol H2O(l)能量高
D.18 g H2O(l)完全分解生成氢气和氧气,需要吸收285.8 kJ的能量
【解析】选A。根据燃烧热的定义可知,反应②放出的热量为氢气的燃烧热,ΔH=
ΔH2=-285.8 kJ·mol-1,A项错误;ΔH1=E(H—H)+×498 kJ·mol-1-2×465 kJ·mol-1
=-241.8 kJ·mol-1,则E(H—H)=439.2 kJ·mol-1,B项正确;气态水液化时放出热量,故相同条件下,1 mol H2O(g)比1 mol H2O(l)能量高,C项正确;根据反应②可知,H2O(l)H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8 kJ·mol-1,D项正确。
4．在测定中和热的实验中，下列说法正确的是( )
A．使用环形玻璃搅拌棒是为了加大反应速率，减小实验误差
B．为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触
C．用0.5 mol·L－1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，如所取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同
D．在测定中和热实验中需要使用的仪器有：天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计
【解析】测定溶液温度时，温度计水银球应放在溶液中间而不能与烧杯底部接触，B项错误；因为醋酸是弱酸，电离时会吸收热量，故测得的温度低一些，C项错误；测定中和反应反应热时不用滴定管，D项错误。
5．下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)( )
A．Fe2O3＋3CO===2Fe＋3CO2
ΔH＝－24.8 kJ·mol－1(反应热)
B．CH3OH(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－192.9 kJ·mol－1(反应热)
C．C4H10(g)＋13/2O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(g)
ΔH＝－2 658.0 kJ·mol－1(燃烧热)
D．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋57.3 kJ·mol－1(中和热)
【解析】热化学方程式要注明各物质在反应时的状态，A项不正确；燃烧热要求可燃物的物质的量必须为1 mol，且得到的氧化物必须是稳定的氧化物，H2O的状态应为液态，C项不正确；中和反应是放热反应，ΔH应小于0，D项不正确。
6．下列变化过程，属于放热过程的是( )
A．酸碱中和反应
B．液态水变成水蒸气
C．弱酸弱碱电离
D．用FeCl3饱和溶液制Fe(OH)3胶体
【解析】 A．酸碱中和反应是放热反应，正确；B.液态水变成水蒸气的过程是物理过程，这个过程中吸收热量，错误；C.弱酸弱碱电离过程是吸热过程，错误；D.用FeCl3饱和溶液制Fe(OH)3
胶体的过程是盐的水解反应过程，是酸碱中和反应的逆反应。酸碱中和反应是放热反应，所以盐的水解反应是吸热反应过程，错误。
7．H2与O2发生反应的过程用模型图示如下(“－”表示化学键)，下列说法不正确的是( )
A．过程Ⅰ是吸热过程
B．过程Ⅲ一定是放热过程
C．该反应过程所有旧化学键都断裂，且形成了新化学键
D．该反应的能量转化形式只能以热能的形式进行
【解析】过程Ⅰ是旧化学键断裂的过程，为吸热过程，而过程Ⅲ为新化学键形成的过程，是放热过程，故A、B、C项均正确；该反应可通过燃料电池，实现化学能到电能的转化，D项错误。
8．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)
ΔH＝－139 kJ·mol－1
D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和
【解析】选A N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O＋NO===N2＋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ΔH＝(209－348)kJ·mol－1＝－139 kJ·mol－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正确。
9.(1)某化学反应的能量变化如图K22-2所示,请写出该反应的热化学方程式: 。
图K22-2 图K22-3
(2)N2和H2反应生成NH3的能量变化如图K22-3所示(假设该反应反应完全),试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式: 。
【解析】(1)A2(g)+B2(g)2AB(g) ΔH=+(a-b)kJ·mol-1
(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=2(a-b-c) kJ·mol-1
(1)由图可知,生成物总能量高于反应物总能量,故该反应为吸热反应,ΔH=+(a-b)kJ·mol-1。(2)反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和,所以N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=(a-b)kJ·mol-1,而1 mol的NH3(g)转化为1 mol的NH3(l)放出的热量为c kJ,根据盖斯定律有N2(g)+H2(g)NH3(l) ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1。
10.已知:
①CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-b kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-c kJ·mol-1
则下列叙述中正确的是 ( )
A.由上述热化学方程式可知b>c
B.甲烷的燃烧热为b kJ·mol-1
C.2CH3OH(g)2CH4(g)+O2(g) ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
D.当甲醇和甲烷物质的量之比为1∶2,完全燃烧生成CO2和H2O(l)时,放出的热量为Q kJ,则该混合物中甲醇的物质的量为mol
【解析】 等物质的量时,CH4燃烧生成液态水放出的热量更多,故c>b,A项错误;甲烷的燃烧热是指1 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出的热量,反应②中生成的是气态水,故b kJ·mol-1不是甲烷的燃烧热,B项错误;①×2-②×2可得2CH3OH(g)2CH4(g)+O2(g) ΔH=2(b-a)kJ·mol-1,C项正确;③-②+①得④CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-(a+c-b)kJ·mol-1,若设甲醇的物质的量为x,则CH4的物质的量为2x,根据④和③有(a+c-b)kJ·mol-1×x+c kJ·mol-1×2x=Q kJ,x= mol,即混合物中甲醇的物质的量为 mol,D项错误。
11．航天燃料从液态变为固态，是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出巨大的能量，已知1 kg金属铍完全燃烧放出的热量为62 700 kJ。则铍燃烧的热化学方程式正确的是( )
A．Be＋O2===BeO ΔH＝－564.3 kJ·mol－1
B．Be(s)＋O2(g)===BeO(s) ΔH＝＋564.3 kJ·mol－1
C．Be(s)＋O2(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3 kJ·mol－1
D．Be(s)＋O2(g)===BeO(g) ΔH＝－564.3 kJ·mol－1
【解析】选C 1 kg Be的物质的量为＝ mol，又因为1 kg
Be完全燃烧放出的热量为62 700 kJ，则1 mol Be完全燃烧放出的热量为 kJ＝564.3 kJ，Be与O2反应生成BeO固体，则其热化学方程式为Be(s)＋O2(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3 kJ·mol－1。
12．(1)101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3 kJ的热量，反应的热化学方程式为
____________________________________________________________。
(2)0.3 mol的气态乙硼烷(分子式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的热量，则其热化学方程式为_______________________________________。
(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
________________________________________________________________________。
(4)下图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：_____________________________________。
【解析】(1)1 mol CH4完全燃烧需要2 mol O2生成1 mol CO2和2 mol液态H2O，故热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1。
(2)1 mol乙硼烷在氧气中燃烧放出的热量为649.5 kJ×＝2 165 kJ，则其热化学方程式为B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l) ΔH＝－2 165
kJ·mol－1。
(3)由题意可知生成n(CO2)＝n(CaCO3)＝＝1 mol，则由原子守恒可知，需要乙醇的物质的量为 mol，故热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－(2×Q)＝－2Q kJ·mol－1。
(4)由图可知其热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g) ΔH＝E1－E2＝134 kJ·mol－1－368 kJ·mol－1＝－234 kJ·mol－1。
答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
(2)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－2 165 kJ·mol－1
(3)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－2Q kJ·mol－1
(4)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g) ΔH＝－234 kJ·mol－1
13．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
(1)蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧和水汽化的热化学方程式分别为
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－802.3 kJ·mol－1
H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1
则356 g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水，放出的热量为________。
(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压时，当1 g丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量50 kJ。试写出该状态下表示丁烷燃烧热的热化学方程式：______
__________________________________________________________。
(3)环境保护问题正越来越受到关注，二氧化碳是主要的温室气体，而节能减排可以有效地降低二氧化碳的排放量。有效“减碳”的手段之一是节能。下列制氢方法最节能的是________(填字母)。
A．电解水制氢：2H2O2H2↑＋O2↑
B．高温使水分解制氢：2H2O2H2↑＋O2↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H2O2H2↑＋O2↑
D．天然气制氢：CH4＋H2OCO＋3H2
【解析】(1)将题给反应依次编号为①、②，根据盖斯定律①－2×②可得CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－802.3 kJ·mol－1－2×44 kJ·mol－1＝－890.3 kJ·mol－1,356 g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)中甲烷的物质的量为2 mol，所以完全燃烧放出的热量为1 780.6 kJ。
(2)根据燃烧热的定义，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所释放的热量，所以该状态下丁烷燃烧热的热化学方程式为C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l) ΔH＝－2 900 kJ·mol－1。
(3)电解水需要大量的电能，A错误；高温使水分解需要大量的燃料，并产生大量的CO2及其他污染环境的气体，B错误；太阳能是自然存在的，最节能，C正确；天然气高温制氢气也需要大量的燃料，D错误。
答案：(1)1 780.6 kJ
(2)C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)
ΔH＝－2 900 kJ·mol－1
(3)C
14．“氢能”将是未来最理想的新能源。
(1)实验测得，1克氢气燃烧生成液态水时放出142.9 kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式为________(填选项字母)。
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－142.9 kJ·mol－1
B．H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
C．2H2O＋O2===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
D．H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
(2)某化学家根据“原子经济”的思想，设计了如下制备H2的反应步骤：
①CaBr2＋H2OCaO＋2HBr
②2HBr＋HgHgBr2＋H2
③HgBr2＋________________＋________
④2HgO2Hg＋O2↑
请你根据“原子经济”的思想完成上述步骤③的化学方程式：HgBr2＋________________＋________。
请根据“绿色化学”的思想评估该方法制H2的主要缺点：_________________________________________________________。
(3)利用核能把水分解制氢气，是目前正在研究的课题。下图是其中的一种流程，其中用了过量的碘。
请写出化学方程式：
反应①_________________________________________。
反应②_________________________________________。
该法制取氢气的最大优点是________________________。
【解析】 (1)表示氢气燃烧热的热化学方程式中氢气的化学计量数是1，其反应热是(－142.9×2) kJ·mol－1，则其热化学方程式正确的是B。
(2)根据“原子经济”的思想，观察已知反应中出现的物质得：HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2；从“绿色化学”的思想评估就是从能耗和环保等方面评价，制H2的主要缺点是循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，会产生污染。
(3)据图知反应①、②分别为SO2＋I2＋2H2O2HI＋H2SO4、2H2SO42SO2↑＋O2↑＋2H2O，该法制取氢气的最大优点是原料SO2和I2可循环使用，无污染。
答案 (1)B (2)HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，会产生污染
(3)①SO2＋I2＋2H2O2HI＋H2SO4
②2H2SO42SO2↑＋O2↑＋2H2O SO2和I2可循环使用，无污染
15．(1)甲烷重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
反应
过程
化学方程式
焓变ΔH
(kJ·mol－1)
甲烷
氧化
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH1
CH4(g)＋O2(g)===
CO2(g)＋2H2(g)
－322.0
蒸汽
重整
CH4(g)＋H2O(g)===
CO(g)＋3H2(g)
＋206.2
CH4(g)＋2H2O(g)===
CO2(g)＋4H2(g)
＋165.0
①反应CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
②甲烷的燃烧热为ΔH2，则ΔH2________ΔH1(填“>”“＝”或“
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