第六章化学反应与能量变化第一讲化学反应的热效应一、选择题1．下列反应的能量变化与其他三项不相同的是( )A．铝粉与氧化铁的反应B．碳与水蒸气的反应C．锌片与稀硫酸的反应D．钠与冷水的反应解析 A、C、D均为放热反应，B为吸热反应，故选B。答案 B2．下列说法不正确的是( )A．已知冰的熔化热为6.0kJ·mol－1，冰中氢键键能为20kJ·mol－1。假设每摩尔冰中有2mol氢键，且熔化热完全用于打破冰的氢键，则最多只能破坏冰中15%的氢键B．已知一定温度下，醋酸溶液的物质的量浓度为c，电离度为α，Ka＝。若加入少量CH3COONa固体，则电离平衡CH3COOHCH3COO－＋H＋向左移动，α减小，Ka变小C．实验测得环己烷(l)、环己烯(l)和苯(l)的标准燃烧热分别为－3916kJ·mol－1、－3747kJ·mol－1和－3265kJ·mol－1，可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键D．已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨)===2Fe(s)＋3CO(g)ΔH＝489.0kJ·mol－1CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0kJ·mol－1C(石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5kJ·mol－1则4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH＝－1641.0kJ·mol－1解析 A中依题意可计算熔化热能破坏冰中氢键的比例为×100%＝15%，故A选项正确；B中醋酸溶液中加少量CH3COONa固体，电离平衡左移，醋酸电离度α减小，但电离常数Ka不变，故B选项错误；C中若苯分子中存在独立的碳碳双键，则其标准燃烧热应为－[3916kJ·mol－1－3×(3916－3747)kJ·mol－1]＝－3409kJ·mol－1≠－3265kJ·mol－1，从而说明苯分子中不存在独立的碳碳双键，故C选项正确；D选项由盖斯定律可求出8\n所给反应的反应热ΔH＝(－393.5kJ·mol－1)×6－(－283.0kJ·mol－1)×6－(489.0kJ·mol－1)×2＝－1641.0kJ·mol－1，故D选项正确。答案 B3．下列变化过程中一定不存在化学能与热能相互转化的是( )A．烧制陶瓷B．干冰气化C．粮食酿酒D．使用火药解析 化学变化过程中一定存在着能量变化，也就存在化学能与热能的相互转化，排除A、C、D三项；只有B项中的变化属于物理变化，符合题意。答案 B4．分析右面的能量变化示意图，确定下列选项中正确的是( )A．2A(g)＋B(g)===2C(g) ΔH<0B．2A(g)＋B(g)===2C(g) ΔH>0C．2A＋B===2C ΔH<0D．2C===2A＋B ΔH<0解析 由于A、B的总能量高于C的能量，故A、B生成C的反应为放热反应，ΔH<0。答案 A5．下列图示与对应的叙述相符的是( )A．图1表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化B．图2表示0.1000mol·L－1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol·L－1CH3COOH溶液所得8\n到的滴定曲线C．图3表示KNO3的溶解度曲线，图中a点所示的溶液是80℃时KNO3的不饱和溶液D．图4表示某可逆反应生成物的量随反应时间变化的曲线，由图知t时反应物转化率最大解析 A项反应物能量高于生成物，应为放热反应；B项0.1000mol·L－1CH3COOH溶液的pH大于1；D项t时还未达平衡。答案 C6．下列变化过程中ΔH＜0的是( )A．电解Al2O3得到Al和O2B．HCl分解为H2和Cl2C．Na与水反应D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体混合反应解析 ΔH＜0，说明反应放热，分析可知只有钠与水的反应放热。答案 C7．25℃、101kPa下：①2Na(s)＋O2(g)===Na2O(s) ΔH1＝－414kJ/mol②2Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s) ΔH2＝－511kJ/mol下列说法正确的是( )A．①和②产物的阴阳离子个数比不相等B．①和②生成等物质的量的产物，转移电子数不同C．常温下Na与足量O2反应生成Na2O，随温度升高生成Na2O的速率逐渐加快D．25℃、101kPa下，Na2O2(s)＋2Na(s)===2Na2O(s)ΔH＝－317kJ/mol解析 A项，Na2O2的电子式为Na＋[]2－Na＋，两个氧原子形成一个阴离子，所以Na2O2中阴阳离子个数比也为1∶2，与Na2O相同。B项，生成1molNa2O、1molNa2O2都转移2mol电子。C项，在较高的温度下产物可能是Na2O2而非Na2O。D项，①×2－②可得Na2O2(s)＋2Na(s)===2Na2O(s) ΔH＝－317kJ/mol。答案 D8．已知：C(s)＋O2(g)===CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51kJ·mol－1②计算反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的反应热ΔH的值为( )8\nA．－283.01kJ·mol－1B．＋172.51kJ·mol－1C．＋283.1kJ·mol－1D．＋504.00kJ·mol－1解析 根据盖斯定律：将②式反写则CO2(g)===C(s)＋O2(g) ΔH＝＋393.51kJ·mol－1，①式×2得2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－110.5×2kJ·mol－1，二式相加合并得C(s)＋CO2(g)===2CO(g)；ΔH＝＋393.51kJ·mol－1－221kJ·mol－1＝＋172.51kJ·mol－1。答案 B二、非选择题9．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝206.2kJ·mol－1CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝247.4kJ·mol－12H2S(g)===2H2(g)＋S2(g) ΔH＝169.8kJ·mol－1(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________。(2)H2S热分解制氢时，常向反应器中通入一定比例空气，使部分H2S燃烧，其目的是________________________________________________________________________；燃烧生成的SO2与H2S进一步反应，生成物在常温下均非气体，写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________________。(3)H2O的热分解也可得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图所示。图中A、B表示的物质依次是______________________。(4)Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时，Mg2Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8\n解析 (1)将第①个热化学方程式乘以2再减去第②个热化学方程式即可得到正确答案。(3)温度在3000K时，H2O分解成氢原子、氧原子，氢原子、氧原子部分结合成H2、O2，另一部分仍以原子状态存在于混合气体中。5000K以上时，氢原子、氧原子不再结合成分子，体系中只有两种原子。(4)根据元素守恒可确定该氢化物只能是镁的氢化物，再根据氢的质量分数可确定其化学式。答案 (1)CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝165.0kJ·mol－1(2)为H2S热分解反应提供能量2H2S＋SO2===2H2O＋3S(或4H2S＋2SO2===4H2O＋3S2)(3)H、O(或氢原子、氧原子)(4)2Mg2Cu＋3H2MgCu2＋3MgH210．A：丙烷燃烧可以通过以下两种途径：途径Ⅰ：C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－akJ·mol－1途径Ⅱ：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)ΔH＝＋bkJ·mol－12C3H6(g)＋9O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)ΔH＝－ckJ·mol－12H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－dkJ·mol－1(a、b、c、d均为正值)请回答下列问题：(1)判断等量的丙烷通过两种途径放出的热量，途径Ⅰ放出的热量________(填“大于”、“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的热量。(2)由于C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)的反应中，反应物具有的总能量________(填“”大于、“等于”或“小于”)生成物具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要______(填“放出”或“吸收”)能量才能转化为生成物，因此其反应条件是___________________。(3)b与a、c、d的数学关系式是__________________________________________________。B：火箭推进器中装有还原剂肼(N2H4)和强氧化剂过氧化氢(H2O2)，当它们混合时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热。已知0.4mol液态肼与足量过氧化氢反应，生成氮气和水蒸气，放出256.65kJ的热量。(1)写出肼和过氧化氢的结构式：肼________________，过氧化氢________________。8\n(2)写出反应的热化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44kJ·mol－1，则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是________kJ。(4)上述反应用于火箭推进剂，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 A：(1)等量的丙烷燃烧，生成物均是CO2(g)、H2O(l)，由盖斯定律知途径Ⅱ经过三步反应放出的热量与途径Ⅰ放出的热量相等。(2)ΔH>0，所以该反应物的总能量低于生成物的总能量。反应时，反应物就需要吸收能量转化为生成物。一般来说，吸热反应在发生时，需要加热，而且丙烷(烷烃)是一种常温下能稳定存在的物质，所以可判断丙烷分解为丙烯和氢气的反应是需要加热这一条件的。(3)由化学方程式的叠加和盖斯定律推知：－a＝b＋＋，即2b＝c＋d－2a。B：(1)由分子式分析各元素的化合价，结合元素原子的价电子数，推出化合物中各原子的成键数目，不难写出结构式。(2)反应物和产物均已知，利用氧化还原反应方程式的配平技巧，可将反应方程式写出。添上各物质的聚集状态及ΔH数值就可写出热化学方程式。(3)16g肼反应生成气态水时放出热量是kJ，并且生成的气态水是2mol,2mol气态水液化又放出88kJ的热量，共放出408.8kJ的热量。(4)结合反应产物的性质进行分析。答案 A：(1)等于 (2)小于 吸收 加热(3)2b＝c＋d－2aB：(1)HNHNHH HOOH(2)N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－641.625kJ·mol－1(3)408.8 (4)产物是N2和H2O，对环境无污染11．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程的能量变化如图所示。已知1molSO2(g)氧化为8\n1molSO3(g)的ΔH＝－99kJ·mol－1。请回答下列问题：(1)图中A、C分别表示____________、____________，E的大小对该反应的反应热有无影响？______________。该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点升高还是降低？____________，理由是_____________________________________________；(2)图中ΔH＝________kJ·mol－1；(3)V2O5的催化循环机理可能为：V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化。写出该催化循环机理的化学方程式________________________；(4)如果反应速率v(SO2)为0.05mol·(L·min)－1，则v(O2)＝________mol·(L·min)－1、v(SO3)＝________mol·(L·min)－1；(5)已知单质硫的燃烧热为296kJ·mol－1，计算由S(s)生成3molSO3(g)的ΔH＝_______________________(要求计算过程)。解析 (1)本小题考查反应物总能量高于生成物总能量为放热反应，可得到A和C所表示的意义，E为活化能，与反应热无关，但使用催化剂可以降低活化能；(2)图中表示的是2molSO2的反应，因此ΔH＝－99kJ·mol－1×2＝－198kJ·mol－1；(3)依题意即可写出：SO2＋V2O5===SO3＋2VO2,4VO2＋O2===2V2O5；(4)依据速率之比等于化学计量数之比可进行计算。(5)S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－296kJ·mol－1①SO2(g)＋O2(g)===SO3(g) ΔH2＝－99kJ·mol－1②①×3＋②×3得：3S(s)＋O2(g)===3SO3(g) ΔH＝(ΔH1＋ΔH2)×3＝－1185kJ·mol－1答案 (1)反应物总能量 生成物总能量 没有影响 降低 因为催化剂改变了反应历程，使活化能E降低(2)－198(3)SO2＋V2O5===SO3＋2VO2,4VO2＋O2===2V2O5(4)0.025 0.05 (5)－296kJ·mol－1×3－99kJ·mol－1×3＝－1185kJ·mol－112．下表列出了断裂某些化学键所需的能量：化学键H—HCl—ClI—IO===OC—ClC—HO—HH—ClH—I8\n断裂1mol化学键所吸收的能量(kJ)436247151x330413463431299请回答下列问题：(1)如图表示某反应的能量变化关系图，此反应为________(填“放热”或“吸热”)反应，其中ΔH＝________kJ·mol－1(用含C和D的字母表示)。(2)若此能量变化关系图表示反应H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8kJ·mol－1，则B＝__________kJ·mol－1，x＝________。(3)表示Cl2与HI气体反应生成碘蒸气与氯化氢的热化学方程式为___________________。(4)请写出满足下列要求的热化学方程式：___________________________________________________________________________________________________________________。①反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成均在上表中②此反应不是置换反应，也不是化合反应③化学方程式中所有物质的相对分子质量都不大于80④反应前后分子总数不变答案 (1)放热 C－D(2)926 496.4(3)Cl2(g)＋2HI(g)===I2(g)＋2HCl(g)ΔH＝－168kJ·mol－1(4)Cl2(g)＋CH4(g)===CH3Cl(g)＋HCl(g)ΔH＝－101kJ·mol－18
