高中化学二轮复习训练题 专题六 化学反应与能量.docx
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高中化学二轮复习训练题专题六化学反应与能量
专题六化学反应与能量
[考纲要求]
1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
2.了解化学能与热能的相互转化,了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
了解化学在解决能源危机中的重要作用。
5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
6.理解盖斯定律,并能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
考点一 反应热及其表示方法
1.理解化学反应热效应的两种角度
(1)从微观的角度说,是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值,如下图所示:
a表示旧化学键断裂吸收的能量;
b表示新化学键形成放出的能量;
c表示反应热。
(2)从宏观的角度说,是反应物自身的能量与生成物能量的差值,在上图中:
a表示活化能;
b表示活化分子结合成生成物所释放的能量;
c表示反应热。
2.反应热的量化参数——键能
反应热与键能的关系
反应热:
ΔH=E1-E2或ΔH=E4-E3,即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和,或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3.反应热的表示方法——热化学方程式
热化学方程式书写或判断的注意事项。
(1)注意ΔH的符号和单位:
ΔH的单位为kJ·mol-1。
(2)注意测定条件:
绝大多数的反应热ΔH是在25℃、101kPa下测定的,此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数:
热化学方程式化学计量数可以是整数,也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态:
气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”。
热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号:
如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。
逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等,但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态外,还要注明物质的名称。
如:
①S(单斜,s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH1=-297.16kJ·mol-1
②S(正交,s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH2=-296.83kJ·mol-1
③S(单斜,s)===S(正交,s)
ΔH3=-0.33kJ·mol-1
题组一 反应热的理解和计算
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)
如图表示燃料燃烧反应的能量变化(×)
(2016·江苏,10A)
(2)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。
该反应中化学能全部转化为热能(×)
(2015·江苏,4D)
(3)催化剂能改变反应的焓变(×)
(4)催化剂能降低反应的活化能(√)
(5)同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(6)500℃、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH=-38.6kJ·mol-1(×)
2.下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+2×283.0kJ·mol-1
C.氢气的燃烧热ΔH=-285.5kJ·mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)
2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5kJ·mol-1
D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
答案 B
解析 在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热叫做中和热,中和热是以生成1mol液态H2O为基准的,A项错误;CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol-1,则2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-2×283.0kJ·mol-1,逆向反应时反应热的数值相等,符号相反,B项正确;电解2mol水吸收的热量和2molH2完全燃烧生成液态水时放出的热量相等,C项中的ΔH应为+571.0kJ·mol-1;在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物(水应为液态)时所放出的热量是该物质的燃烧热,D项错误。
3.(2016·海南,6)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:
C57H104O6(s)+80O2(g)===57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ,油酸甘油酯的燃烧热ΔH为( )
A.3.8×104kJ·mol-1B.-3.8×104kJ·mol-1
C.3.4×104kJ·mol-1D.-3.4×104kJ·mol-1
答案 D
对比法理解反应热、燃烧热与中和热
“三热”是指反应热、燃烧热与中和热,可以用对比法深化对这三个概念的理解,明确它们的区别和联系,避免认识错误。
(1)化学反应吸收或放出的热量称为反应热,符号为ΔH,常用单位为kJ·mol-1,它只与化学反应的化学计量数、物质的聚集状态有关,而与反应条件无关。
中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。
(2)燃烧热:
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
单位:
kJ·mol-1。
需注意:
①燃烧热是以1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的,因此在书写燃烧热的热化学方程式时,一般以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数;②燃烧产物必须是稳定的氧化物,如C→CO2、H2→H2O(l)等。
(3)中和热:
在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态H2O时的反应热。
需注意:
①稀溶液是指物质溶于大量水中;②中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应;③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O,即H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
(4)反应热是指反应完全时的热效应,所以对于可逆反应,其热量要小于反应完全时的热量。
题组二 “式形相随”理解反应热
4.已知:
2NO2(g)N2O4(g) ΔH1
2NO2(g)N2O4(l) ΔH2
下列能量变化示意图中,正确的是______(填字母)。
答案 A
解析 等质量的N2O4(g)具有的能量高于N2O4(l),因此等量的NO2(g)生成N2O4(l)放出的热量多,只有A项符合题意。
5.[2015·海南,16(3)]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示,若生成1molN2,其ΔH=________kJ·mol-1。
答案 -139
题组三 “一式”解决反应热的计算
6.
(1)[2015·浙江理综,28
(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
已知:
化学键
C—H
C—C
C==C
H—H
键能/kJ·mol-1
412
348
612
436
计算上述反应的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 124
解析 设“
”部分的化学键键能为akJ·mol-1,则ΔH=(a+348+412×5)kJ·mol-1-(a+612+412×3+436)kJ·mol-1=124kJ·mol-1。
(2)[2015·全国卷Ⅰ,28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。
答案 299
解析 形成1molH2(g)和1molI2(g)共放出436kJ+151kJ=587kJ能量,设断裂2molHI(g)中化学键吸收2akJ能量,则有2a-587=11,得a=299。
[另解:
ΔH=2E(H—I)-E(H—H)-E(I—I),2E(H—I)=ΔH+E(H—H)+E(I—I)=11kJ·mol-1+436kJ·mol-1+151kJ·mol-1=598kJ·mol-1,则E(H—I)=299kJ·mol-1。
]
7.已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1 H—H、O===O和O—H键的键能分别为436kJ·mol-1、496kJ·mol-1和462kJ·mol-1,则a为( )
A.-332B.-118C.+350D.+130
答案 D
解析 根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。
根据题中给出的键能可得出热化学方程式:
③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1,即③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=-480kJ·mol-1,题中②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-220kJ·mol-1,(②-③)×
得①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×
,即a=(-220+480)×
=130,选项D正确。
利用键能计算反应热,要熟记公式:
ΔH=反应物总键能-生成物总键能,其关键是弄清物质中化学键的数目。
在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。
原子晶体:
1mol金刚石中含2molC—C键,1mol硅中含2molSi—Si键,1molSiO2晶体中含4molSi—O键;分子晶体:
1molP4中含有6molP—P键,1molP4O10(即五氧化二磷)中,含有12molP—O键、4molP==O键,1molC2H6中含有6molC—H键和1molC—C键。
题组四 热化学方程式的书写
8.
(1)[2017·天津理综,7(3)]0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为______________________________________________。
(2)[2015·天津理综,7(4)]随原子序数递增,八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。
根据判断出的元素回答问题:
已知1mole的单质在足量d2中燃烧,恢复至室温,放出255.5kJ热量,写出该反应的热化学方程式:
__________________________________________。
(3)晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。
由粗硅制纯硅过程如下:
Si(粗)
SiCl4
SiCl4(纯)
Si(硅)
写出SiCl4的电子式:
________________;在上述由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量,写出该反应的热化学方程式:
______________________________________。
(4)[2015·安徽理综,27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g),在25℃、101kPa下,已知每消耗3.8gNaBH4(s)放热21.6kJ,该反应的热化学方程式是
___________________________________________________。
答案
(1)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)===TiCl4(l)+2CO(g)
ΔH=-85.6kJ·mol-1
(2)2Na(s)+O2(g)===Na2O2(s)
ΔH=-511kJ·mol-1
(3)
SiCl4(g)+2H2(g)
Si(s)+4HCl(g) ΔH=+0.025akJ·mol-1
(4)NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)
ΔH=-216kJ·mol-1
热化学方程式书写易出现的错误
(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
(2)反应热的符号使用不正确,即吸热反应未标出“+”号,放热反应未标出“-”号,从而导致错误。
(3)漏写ΔH的单位,或者将ΔH的单位写为kJ,从而造成错误。
(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
(5)对燃烧热、中和热的概念理解不到位,忽略其标准是1mol可燃物或生成1molH2O(l)而造成错误。
考点二 盖斯定律的应用
1.定律内容
一定条件下,一个反应不管是一步完成,还是分几步完成,反应的总热效应相同,即反应热的大小与反应途径无关,只与反应的始态和终态有关。
2.常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA===B ΔH1
A===
B ΔH2
ΔH2=
ΔH1或ΔH1=aΔH2
aA===B ΔH1
B===aA ΔH2
ΔH1=-ΔH2
ΔH=ΔH1+ΔH2
题组一 利用盖斯定律求焓变
1.(2015·重庆理综,6)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)===K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ·mol-1
已知:
碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3=ckJ·mol-1,则x为( )
A.3a+b-cB.c-3a-bC.a+b-cD.c-a-b
答案 A
解析 由碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1,得①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1,将另外两个热化学方程式依次编号为②、③,目标反应可由①×3+②-③得到,所以ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3,即x=3a+b-c。
2.在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应:
H2S(g)+
O2(g)===SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)===
S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+
O2(g)===S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)===S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为( )
A.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=
(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=
(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案 A
解析 给题中方程式依次编号为①、②、③、④,[①+②-③×3]×
得2S(g)===S2(g) ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)。
3.[2015·江苏,20
(1)]烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。
O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为
NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g)
ΔH=-200.9kJ·mol-1
NO(g)+
O2(g)===NO2(g)
ΔH=-58.2kJ·mol-1
SO2(g)+O3(g)===SO3(g)+O2(g)
ΔH=-241.6kJ·mol-1
反应3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 -317.3
解析 对所给的三个热化学方程式由上到下依次标记为①、②、③,由反应①和②可知O2是中间产物,①+②×2消去O2,可得目标反应,故目标反应的ΔH=-200.9kJ·mol-1+(-58.2kJ·mol-1)×2=-317.3kJ·mol-1。
4.[2016·全国卷Ⅲ,27(4)②]已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq)===SO
(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO
(aq)===SO
(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO
(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=________________________________________________________________________。
答案 ΔH1+ΔH2-ΔH3
解析 将题中的3个反应依次标记为①、②、③,根据盖斯定律,①+②-③即得所求的反应,ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
叠加法求焓变
步骤1 “倒”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将方程式颠倒过来,反应热的数值不变,但符号相反。
这样,就不用再做减法运算了,实践证明,方程式相减时往往容易出错。
步骤2 “乘”
为了将方程式相加得到目标方程式,可将方程式乘以某个倍数,反应热也要相乘。
步骤3 “加”
上面的两个步骤做好了,只要将方程式相加即可得目标方程式,反应热也要相加。
题组二 多角度比较焓变大小
5.室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)
CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。
则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2
D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 1molCuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,为吸热反应,故ΔH1>0,1molCuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,为放热过程,故ΔH2<0,1molCuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程,先分解成1molCuSO4(s)和5mol水,然后1molCuSO4(s)再溶于水,CuSO4·5H2O的分解为吸热反应,即ΔH3>0,根据盖斯定律得到关系式ΔH1=ΔH2+ΔH3,分析得到答案:
ΔH1<ΔH3。
6.已知下列热化学方程式:
①H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH1=akJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH3=ckJ·mol-1
④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH4=dkJ·mol-1
下列关系式中正确的是( )
A.c<a<0B.b>d>0
C.2a=b>0D.2c=d>0
答案 A
解析 H2的燃烧反应是放热反应,ΔH<0,故a、b、c、d都小于0,B、C、D错误;反应③与反应①相比较,产物的状态不同,H2O(g)转化为H2O(l)为放热反应,所以a>c,A正确。
7.已知:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH3>0B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案 C
解析 A项,C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2,均为放热反应,则有ΔH1<0、ΔH3<0;B项,CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g),该反应为吸热反应,则有ΔH2>0,Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应,则有ΔH4<0;C项,将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,根据盖斯定律,由②+③可得①,则有ΔH1=ΔH2+ΔH3;D项,将五个热化学方程式依次编号为①、②、③、④、⑤,根据盖斯定律,由③×3-⑤×2可得④,则有ΔH4=3ΔH3-2ΔH5。
反应热大小比较
(1)利用盖斯定律比较。
(2)同一反应的生成物状态不同时,如A(g)+B(g)===C(g) ΔH1,A(g)+B(g)===C(l) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
(3)同一反应的同一反应物状态不同时,如A(s)+B(g)===C(g) ΔH1,A(g)+B(g)===C(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
(4)两个有联系的反应相比较时,如①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1,②C(s)+1/2O2(g)===CO(g) ΔH2。
比较方法:
利用反应①(包括ΔH1)乘以某计量数减去反应②(包括ΔH2)乘以某计量数,即得出ΔH3=ΔH1×某计量数-ΔH2×某计量数,根据ΔH3大于0或小于0进行比较。
总之,比较反应热的大小时要注意:
①反应中各物质的聚集状态;②ΔH有正负之分,比较时要连同“+”“-”一起比较,类似数学中的正、负数大小的比较;③若只比较放出或吸收热量的多少,则只比较数值的大小,不考虑正、负号。
题组三 反应热与化学平衡移动
8.已知热化学方程式:
SO2(g)+
O2(g)SO3(g) ΔH=-98.32kJ·mol-1,在容器中充入2molSO2和1molO2充分反应,最终放出的热量为( )
A.196.64kJB.98.32kJ
C.<196.64kJD.>196.64kJ
答案 C
解析 根据热化学方程式SO2(g)+
O2(g)SO3(g)ΔH=-98.32kJ·mol-1的含义,可知SO2和O2反应生成1molSO3时放出的热量为98.32kJ,所以生成2molSO3时放出的热量为196.64kJ,由于该反应为可逆反应,2molSO2和1molO2不能完全反应,所以放出的热量一定小于196.64kJ,故选C。
9.已知298K时,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197kJ·mol-1,在相同温度下,向密闭容器中通入2molSO2和1molO2,达到平衡时放出热量Q1;向另一体积相同的密闭容器中通入1molSO2和1molO2,达到平衡时放出热量Q2。
则下列关系正确的是( )
A.2Q2=Q1B.2Q2<Q1
C.Q2<Q1<197kJD.Q2=Q1<197kJ
答案 C
解析 反应的热化学方程式:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-197kJ·mol-1,由热化学方程式可知,在上述条件下反应生成1molSO3气体放热98.5kJ,加入2molSO2和1molO2,生成的SO3量小于2mol,所以Q1<197kJ,1molSO2和1molO2相当于在2molSO2和1molO2达到平衡的基础上,减少反应物的浓度,平衡逆向移动,即Q2<Q1,综上:
Q2<Q1<197
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