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专题六 化学反应与能量转化
第1讲 化学反应中的热效应
1.“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )
A.煤炭、石油、潮汐能
B.水能、生物能、天然气
C.太阳能、风能、沼气
D.地热能、海洋能、核能
【解析】 化石燃料、核能为不可再生能源,从而排除A、B、D。
【答案】 C
2.是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则===的反应热H为( ）
A.-1 780 B.-1 220
C.-450 D.+430
【解析】 本题考查反应热的有关计算。在化学反应中断键需要吸热,而形成新的化学键需要放热。由题意知1 mol S(s)和3 mol 形成S原子和F原子共需要吸收能量280 kJ=760 kJ,而生成1 mol 时需形成6 mol S—F键,共放出 kJ=1 980 kJ,因此该反应共放出的热量为1 980 kJ-760 kJ=1 220 kJ,所以该反应的反应热H=-1 220 选项B正确。
【答案】 B
3.下列说法或表示法正确的是( ）
A. 等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量多
B.由C(石墨)===C(金刚石) H>0,可知金刚石比石墨稳定
C.在稀溶液中:=== H=-57.3 若将含0.5 mol 的浓硫酸与含1 mol NaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3 kJ
D.在101 kPa时,2 g 完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为=== H=-285.8
【解析】
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由于硫蒸气比硫固体的能量高,故前者燃烧时放热多,A项错;石墨转变成金刚石为吸热反应,即金刚石能量比石墨高,则金刚石不稳定,故B项错;C项浓硫酸溶于水本身就放热,故放出的热量肯定高于57.3 kJ,正确;2 g 为1 mol,而D项热化学反应方程式中是2 mol 对应的H应为-(285. 故D项错。
【答案】 C
4.已知===2HBr(g) H=-72 蒸发1 mol 需要吸收的能量为30 kJ,其他相关数据如下表:
则表中a为( ）
A.404 B.260
C.230 D.200
【解析】 化学反应的实质是旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量),故有H=(436+30+a a=200,D项正确。
【答案】 D
5.运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。
①=== H 175.7
② H.1
③=== H.2
则反应===的H= 。
【解析】 根据盖斯定律,将化学方程式按①+②-③叠加,即可得到===的焓变。
【答案】 -77.6
课后作业夯基
(时间:45分钟,满分:100分)
一、单项选择题(本题包括5小题,每小题3分,共15分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.可燃冰〔外观似冰的白色结晶固体〔x〕被称为21世纪最具商业开发前景的战略资源,生成至少要满足三个条件:一是温度不能太高,否则它就会”烟消云散”;二是压力要足够大;三是要有甲烷气源。有关可燃冰的说法不正确的是( ）
A. 可燃冰开采不当可能会给生态造成一系列严重问题
B.目前还没有一个工业化开采可燃冰的完美方案
C.可燃冰是一种高热值的清洁能源,提供了”水变油”的依据
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D.目前科学家大都是从海底深处获得可燃冰,并将其保存在加压的液氮瓶中
【解析】 如果开采可燃冰的方法不当,可能会有较多的甲烷进入大气,会使温室效应加强,造成一系列的环境问题;目前还没有一个较好的工业化开采可燃冰的方案;少量从海底深处获得的可燃冰,保存在加压的液氮瓶中才能较好地保持其晶体结构,A、B、D正确;可燃冰是x只有分解产生的甲烷才可以燃烧,因此这并不是”水变油”,C错误。
【答案】 C
2.当压力达到220 atm、温度达到374 ℃时,水成为”超临界状态”,此时水可将等含碳化合物转化为有机物,这就是”水热反应”,生物质在地下高温高压条件下通过水热反应可生成石油、煤等矿物能源。下列说法不正确的是( )
A. 二氧化碳与超临界水作用生成汽油的反应,属于放热反应
B.”水热反应”是一种复杂的物理化学变化
C.火力发电厂可以利用废热,将二氧化碳转变为能源物质
D.随着科技的进步,”水热反应”制取能源有望实现地球上碳资源的和谐循环
【解析】 水热反应是吸热过程,A选项错误;高温高压水具有使常温常压下无法分解的有机物分解的性质,这种过程称为水热反应,是一个复杂的物理化学变化,B选项正确;C选项符合水热反应的原理,正确;石油、煤等矿物能源的燃烧产物是而水热反应是将等含碳化合物转化为有机物,构成了地球上碳资源的和谐循环,D选项正确。
【答案】 A
3.下列物质间的反应,其能量变化符合下图的是( ）
A.由电石制乙炔
B.灼热的碳与二氧化碳反应
C.晶体和晶体混合
D.碳酸钙的分解
【解析】 该图示为放热反应能量图,A为典型放热反应,B、C是教材知识点,是吸热反应的典型代表,D项反应条件是高温持续加热,说明是吸热反应。
【答案】 A
4.(2011海南化学,5)已知:===2ZnO(s) H=-701.0 ===2HgO(s)
H=-181.6 则反应Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l)的H为( ）
A.+519.4 B.+259.7
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C.-259.7 D.-519.4
【解析】 反应的焓变可由盖斯定律直接求出。即HH/2=-259.7 。
【答案】 C
5.(2011上海化学,11)根据碘与氢气反应的热化学方程式
(Ⅰ2HI(g) H=-9.48
(Ⅱ2HI(g) H=26.48
下列判断正确的是( ）
A. 254 g 中通入2 g 反应放热9.48 kJ
B.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C.反应(Ⅰ)的产物比反应(Ⅱ)的产物稳定
D.反应(Ⅱ)的反应物总能量比反应(Ⅰ)的反应物总能量低
【解析】 上述反应是可逆反应,反应物不能完全转化;利用盖斯定律可得出1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差35.96 kJ;反应(Ⅰ)和反应(Ⅱ)的产物都为HI(g),稳定性肯定相同,C项错误。同样利用盖斯定律可得出选项D正确。
【答案】 D
二、不定项选择题(本题包括5小题,每小题7分,共35分,每小题有一个或两个选项符合题目要求)
6.(2011上海化学,3)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是( ）
【解析】 分解水属于吸热反应,催化剂可以降低反应的活化能。
【答案】 B
7.将V mL 1.0 HCl溶液和V mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如下图所示(实验中始终保持=50 mL)。下列叙述正确的是( ）
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A.做该实验时环境温度为22 ℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约为1.0
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
【解析】 中和反应为放热反应,B对;中和反应有水生成,但有水生成的不一定是放热反应,D错;从表中分析当加入HCl溶液5 mL、NaOH溶液45 mL,反应后温度为22 ℃,故实验时环境温度小于22 ℃,A错;加入HCl溶液30 mL时反应放热最多,应是酸碱正好中和,故c(NaOH)=1.030 mL/20 mL=1.5 错。
【答案】 B
8. 中和反应反应热测定实验中,下列操作一定使误差较大的是( )
A.用滴定管量取所用液体
B.NaOH溶液倒入小烧杯时,有少量液体溅出
C.小杯和大杯体积相差太大,夹层间放置碎泡沫塑料太多
D.测量HCl溶液浓度时的温度计未用水洗就测NaOH溶液温度
【解析】 A可使测得的体积更准确,使实验误差更小。B中NaOH外溅,反应物量偏小,导致误差较大。C的保温效果更好。D中在测量反应热之前就反应掉少量物质,产生的热量扩散到空气中,所以误差较大。
【答案】 BD
9.下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25 ℃,101 kPa):
①=== H= -2 878
②=== H=-2 658
③=== H=-1 746
④=== H=-1 526
由此判断,正丁烷的标准燃烧热是( ）
A.-2 878 B.-2 658
C.-1 746 D.-1 526
【解析】 标准燃烧热的定义是在101 kPa下,1 mol物质完全燃烧的反应热。本题中的稳定氧化物指的是和,故A项正确。
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【答案】 A
10.已知:HCN(aq)与NaOH(aq)反应的H=-12.1 ;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的H=-55.6 。则HCN在水溶液中电离的H等于( ）
A.-67.7 B.-43.5
C.+43.5 D.+67.7
【解析】 根据题意可得如下热化学方程式:HCN(aq)+=== H=-12.1 === H=-55.6 依据盖斯定律得到 HCN(aq) H=(-12.1 .6 .5 。
【答案】 C
三、非选择题(本题包括4小题,共50分)
11.(12分)在化学反应中,只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应,这些分子被称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能,其单位通常用表示。
请认真观察下图,然后回答问题。
(1)图中所示反应是 (填”吸热”或”放热”)反应,该反应 (填”需要”或”不需要”)加热,该反应的H= (用含E、E的代数式表示)。
(2)已知热化学方程式:=== H=-241.8 该反应的活化能为167.2 则其逆反应的活化能为 。
(3)对于同一反应,图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比,活化能大大降低,活化分子百分数增多,反应速率加快,你认为最可能的原因是 。
【解析】 (1)生成物的能量比反应物低,反应放热。在运用E、E计算
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H时,需考虑其表示的意义。(2)逆反应的活化能是生成物所具有的总能量与活化分子所应具有能量的差值。即241.8 .2 (3)在影响反应速率的外界条件中,只有催化剂能降低反应的活化能。
【答案】 (1)放热 需要
(2)409
(3)使用了催化剂
12.(12分)化学键的键能是指气态原子间形成1 mol化学键时释放的能量。如H(g)+I(g) H—I(g) H= -297 即H—I键的键能为297 也可以理解为破坏1 mol H—I键需要吸收297 kJ的热量。一般化学反应都伴随着旧化学键的破坏和新化学键的形成。
下表是一些键能数据:
回答下列问题:
(1)由表中数据能否得出这样的结论:①半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越
大) (填”能”或”不能”);②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固 (填”能”或”不能”)。能否从数据找出一些规律,请写出一条: ;试预测C—Br键的键能范围 RBr > RCl > RF
13.(12分)已知某反应A(g)+B(g)
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C(g)+D(g),过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1) 该反应是 反应(填”吸热”或”放热”),该反应的H= 用含、E的代数式表示),1 mol气体A和1 mol气体B具有的总能量比1 mol气体C和1 mol气体D具有的总能量 (填”一定高”“一定低”或”高低不一定”)。
(2)若在反应体系中加入催化剂使逆反应速率增大,则和的变化是: ,
E H (填”增大”“减小”或”不变”)。
【解析】 (1)由于反应物的能量小于生成物的能量,所以该反应为吸热反应,吸热反应的焓变大于零;从图像中看出反应物的能量低,生成物的能量高,该反应一定为吸热反应。
(2)催化剂只能改变化学反应的快慢,催化剂能降低化学反应的活化能从而加快化学反应速率,对于可逆反应,催化剂能同等程度的降低正反应和逆反应的活化能。
【答案】 (1)吸热 一定低
(2)减小 减小 不变
14.(14分)(2012江苏海门高三一模,19)能源危机当前是一个全球性问题,开源节流是应对能源危机的重要举措。
(1)下列做法有助于能源”开源节流”的是 (填字母)。
a. 大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源、减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧气充足时充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。
(a)在通常状况下,金刚石和石墨相比较, (填”金刚石”或”石墨”)更稳定,石墨的标准燃烧热为 。
(b)12 g石墨在一定量空气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为 。
(3)已知:、分子中化学键的键能分别是946 、497 。
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===2NO(g) H=+180.0 。
NO分子中化学键的键能为 。
(4)综合上述有关信息,请写出用CO除去NO的热化学方程式: 。
【解析】 开源节流,其主要做法是减少化石燃料的使用,提高燃料的燃烧效率等。物质所具有的能量越低越稳定。计算标准燃烧热时,要求燃烧产物位于稳定状态。
【答案】 (1)acd
(2)石墨 -393.5 252.0 kJ
(3)631.5
(4)2NO(g)+2CO(g)=== H=-746.0
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