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61化学反应与能量的变化
6-1化学反应与能量的变化
一、选择题
1.下列各图中表示热化学方程式A(g)+B(g)===C(g)+D(l) ΔH<0的是(E表示能量)( )
解析:
ΔH<0,该反应是放热反应,即生成物的总能量比反应物的总能量小,并且反应的发生需要一定的活化能,所以B项正确。
答案:
B
2.(2012·大纲全国理综)反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:
①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0)。
下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
解析:
①A+B→X ΔH>0,X具有的能量大于A、B能量总和,A、C错误,②X→C ΔH<0,A+B→C ΔH<0,C具有的能量小于X具有的能量,也小于A、B能量总和,D正确,B错误。
答案:
D
3.(2012·重庆理综)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。
已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)N≡N为942、O===O为500、N—N为154,则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是( )
A.194 B.391
C.516D.658
解析:
由题中的图像可以看出断裂1molN2H4(g)和1molO2(g)中的化学键所要吸收的能量为:
2752kJ-534kJ=2218kJ
设断裂1molN—H键所需的能量为x
则:
154kJ+4x+500kJ=(2752-534)kJ
解得x=391kJ
答案:
B
4.(2012·上海闵行二模)已知:
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH1=-566kJ·mol-1
Na2O2(s)+CO2(g)===Na2CO3(s)+
O2(g)
ΔH2=-226kJ·mol-1。
根据以上判断,下列说法正确的是( )
A.CO的燃烧热为283kJ
B.2Na2O2(s)+2CO2(s)===2Na2CO3(s)+O2(g)
ΔH3>-452kJ·mol-1
C.下图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系
D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509kJ热量时,电子转移数约为6.02×1023
解析:
A错,燃烧热的单位是kJ·mol-1。
由盖斯定律及CO2(s)===CO2(g) ΔH>0可知B项正确。
C项未标注物质的化学计量数。
D中当反应放出509kJ热量时,参加反应的CO为1mol,电子转移数约为2×6.02×1023。
答案:
B
5.(2011·临沂质检)如下图所示是298k时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图,下列叙述正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为:
N2+3H22NH3 ΔH=-92kJ/mol
B.a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
C.加入催化剂,该化学反应的反应热改变
D.在温度、体积一定的条件下,通入1molN2和3molH2反应后放出的热量为Q1kJ,若通入2molN2和6molH2反应后放出的热量为Q2kJ,则184>Q2>2Q1
解析:
热化学方程式中,必须注明各物质的状态,A错误;该反应为可逆反应,反应不能进行完全,故通入2molN2和6molH2反应后不可能生成4molNH3,放出的热量少于184kJ,压强越小反应进行的程度越小,即平衡向逆反应方向移动,在同一容器中充入1molN2和3molH2反应后放出的热量小于前者的一半,D正确;加入催化剂可以降低活化能,使反应速率增大,但不会改变反应热,B、C错误。
答案:
D
6.已知反应:
①101kPa时,2C(s)+O2(g)===2CO(g)
ΔH=-221kJ·mol-1
②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)
ΔH=-57.3kJ·mol-1
③红磷的化学式为P,白磷的化学式为P4,已知P4(s)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH=-3093.2kJ·mol-1,4P(s)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH=-2954.0kJ·mol-1
下列结论正确的是( )
A.由于红磷转化为白磷是放热反应,等质量的红磷能量比白磷低
B.碳的燃烧热大于110.5kJ·mol-1
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3kJ·mol-1
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量
解析:
由题给白磷和红磷燃烧的热化学方程式可得:
4P(s)===P4(s) ΔH=+139.2kJ·mol-1,说明红磷转化为白磷是吸热反应,因此等质量的红磷能量比白磷低,A项错误;1molC不完全燃烧生成CO放出热量
=110.5kJ,1molC完全燃烧生成CO2放出热量要大于110.5kJ,即C的燃烧热大于110.5kJ·mol-1,B项正确;稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3kJ·mol-1或中和热为ΔH=-57.3kJ·mol-1,C项错误;稀醋酸是弱酸,与NaOH溶液中和生成1mol水时放出的热量小于57.3kJ,D项错误。
答案:
B
7.已知H2(g)+Br2(l)===2HBr(g) ΔH=-72kJ/mol,蒸发1molBr2(l)需要吸收的能量为30kJ,其他的相关数据如下表:
H2(g)
Br2(g)
HBr(g)
1mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
436
a
369
则表中a为( )
A.404 B.260
C.230D.200
解析:
由H2(g)+Br2(l)===2HBr(g) ΔH=-72kJ/mol①
Br2(l)===Br2(g) ΔH=+30kJ/mol②
①-②得H2(g)+Br2(g)===2HBr(g) ΔH=-102kJ/mol
由436kJ/mol+a-369kJ/mol×2=-102kJ/mol得
a=200kJ/mol。
答案:
D
8.已知键能是指常温常压下拆开1mol理想气体分子AB需要吸收的能量。
下表是某些共价键的键能:
共价键
键能
/kJ·mol-1
共价键
键能
/kJ·mol-1
共价键
键能
/kJ·mol-1
H—H
436
H—Br
366
Cl—Cl
243
H—O
463
H—I
298
Br—Br
193
H—Cl
432
O===O
496
I—I
151
根据上述表格中的数据,下列表述正确的是( )
A.H2O中含有两个O—H共价键,故用氢气与氧气合成1molH2O放出的能量为926kJ
B.用单质合成1molH—Cl所放出的能量小于合成1molH—Br所放出的能量
C.当用表中卤素单质与氢气合成卤化氢时,所有的反应都是放热反应
D.合成溴化氢的热化学方程式为:
H2(g)+Br2(g)===2HBr(g) ΔH=-103kJ·mol-1
解析:
合成1molH2O需要1molH2和0.5molO2,故该过程放出的能量为2×463kJ·mol-1×1mol-436kJ·mol-1×1mol-496kJ·mol-1×0.5mol=+242kJ,A错;通过计算可得合成1molH—Cl所放出的能量大于合成1molH—Br所放出的能量,分别为92.5kJ、51.5kJ,B错。
答案:
CD
9.(2012·山东临沂二模)肼(N2H4)是火箭发动机的燃料,它与N2O4反应时,N2O4为氧化剂,生成氮气和水蒸气。
已知:
N2(g)+2O2(g)===N2O4(g) ΔH1=+8.7kJ·mol-1;N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534.0kJ·mol-1,下列表示肼跟N2O4反应的热化学方程式,正确的是( )
A.2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-542.7kJ·mol-1
B.2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1059.3kJ·mol-1
C.2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1076.7kJ·mol-1
D.N2H4(g)+
N2O4(g)===
N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-1076.7kJ·mol-1
解析:
N2(g)+2O2(g)===N2O4(g) ΔH1=+8.7kJ·mol-1①,
N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534.0kJ·mol-1②,
将热化学方程式②×2-①就可以得到肼与N2O4反应的热化学方程式,则ΔH=-534.0kJ·mol-1×2-8.7kJ·mol-1=-1076.7kJ·mol-1,选项C正确。
答案:
C
10.(2012·河北石家庄高三一检)已知下列热化学方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)
ΔH=-24.8kJ·mol-1
Fe2O3(s)+
CO(g)===
Fe3O4(s)+
CO2(g)
ΔH=-15.73kJ·mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)
ΔH=+640.4kJ·mol-1
则14gCO气体还原足量FeO固体得到Fe固体和CO2气体时对应的ΔH约为( )
A.-218kJ·mol-1B.-109kJ·mol-1
C.+218kJ·mol-1D.+109kJ·mol-1
解析:
该问题可以转化为
CO(g)+
FeO(s)===
Fe(s)+
CO2(g) ΔH=?
所以应用盖斯定律,若把已知给出的3个热化学方程式按照顺序编号为①②③,那么[(①-②)×
-③]×
即可。
答案:
B
11.(2012·广东天河二模)25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是ΔH=-393.5kJ·mol-1、ΔH=-285.8kJ·mol-1、ΔH=-890.3kJ·mol-1、ΔH=-2800kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+
O2(g)===CO(g)
ΔH=-393.5kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.3kJ·mol-1
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=-1400kJ·mol-1
解析:
注意反应物,生成物的状态与反应热的关系。
答案:
B
12.(2011·重庆高考)SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S-F键。
已知:
1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF-F、S-F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ,则S(s)+3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1780kJ/molB.-1220kJ/mol
C.-450kJ/molD.+430kJ/mol
解析:
ΔH=280kJ·mol-1+160kJ·mol-1×3-330kJ·mol-1×6=-1220kJ·mol-1。
答案:
B
13.已知:
(1)H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH1=akJ/mol
(2)2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2=bkJ/mol
(3)H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH3=ckJ/mol
(4)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH4=dkJ/mol
下列关系式中正确的是( )
A.a
C.2a=b<0D.2c=d>0
解析:
H2的燃烧是放热反应,B、D错。
考虑到水的状态及ΔH<0,故a>c,A错。
ΔH与方程式中各物质的化学计量数成正比,故2a=b<0。
答案:
C
14.(2011·福建龙岩一模)C(石墨)在高温、高压及催化剂存在的条件下能转化为C(金刚石),该反应为吸热反应,由此可知( )
A.石墨比金刚石稳定
B.石墨总能量比等质量的金刚石高
C.该变化属于物理变化
D.该反应的焓变ΔH<0
解析:
判断本题各个说法正误的依据是:
物质的能量状态越高,越不稳定。
据题意石墨转化为金刚石为吸热反应,则表明石墨能量状态低,更稳定,A正确;B错;石墨、金刚石是两种不同的物质,其转化属于化学变化,C错;吸热反应的焓变表示应为ΔH>0,D错。
答案:
A
15.(2011·湖南三十二校联考)下列有关热化学方程式及其叙述正确的是( )
A.氢气的燃烧热为285.8kJ/mol,则水电解的热化学方程式为:
2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8kJ/mol
B.1mol甲烷完全燃烧生成CO2和H2O(l)时放出890kJ热量,它的热化学方程式为:
1/2CH4(g)+O2(g)===1/2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-445kJ/mol
C.已知2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221kJ/mol,则C的燃烧热为110.5kJ/mol
D.HF与NaOH溶液反应:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol
解析:
燃烧热的概念是:
在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,而这里水电解的热化学方程式中生成2molH2,则ΔH=+571.6kJ/mol,A选项错;热化学方程式中热量值要与方程式中反应物的物质的量成比例,这里1mol甲烷完全燃烧放出890kJ热量,
molCH4完全燃烧放出445kJ的热量,B选项正确;C选项中碳燃烧生成CO,不是稳定的氧化物,应该为CO2,C选项错;由于HF是弱酸,不完全电离,在与NaOH反应时,发生电离而吸热,则最终放出的热量小于57.3kJ,D选项错。
答案:
B
二、非选择题
16.(2012·山东济南一模)硝酸是一种重要的化工原料,工业上一般以氨气为原料来制备硝酸。
请回答:
(1)氨气催化氧化的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:
①CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ·mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:
根据盖斯定律将(①+②)×
得CH4(g)+2NO2(g)===CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH=-867kJ·mol-1。
答案:
(1)4NH3+5O2
4NO+6H2O
(2)CH4(g)+2NO2(g)===CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) ΔH=-867kJ·mol-1
17.水煤气(主要成分CO、H2)是重要燃料和化工原料,可用水蒸气通过炽热的炭层制得。
已知:
①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH=+131.3kJ/mol
②C(s)+
O2(g)===CO(g)
ΔH=-110.5kJ/mol
③CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH=-283.0kJ/mol
④H2(g)+
O2(g)===H2O(g)
ΔH=-241.8kJ/mol
⑤H2(g)+
O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.5kJ/mol
(1)将2.4g炭转化为水煤气,再完全燃烧,整个过程放出的热量为________kJ。
(2)由CO、H2在一定条件下获得汽油的替代品——甲醇,甲醇的燃烧热为726.5kJ/mol,试写出由CO、H2生成甲醇的热化学方程式________________________________________________________________________。
解析:
(1)因始态为C(s),终态为CO2(g),由盖斯定律可知焓变与0.2molC(s)转化为CO2(g)的焓变相同。
由②+③可得C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol,故2.4g炭在此过程放出热量为78.7kJ。
(2)根据甲醇的燃烧热可得热化学方程式⑥CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5kJ/mol,③+⑤×2-⑥得CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l) ΔH=-128.1kJ/mol
答案:
(1)78.7
(2)CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l) ΔH=-128.1kJ/mol
18.化学键的键能是指气态原子间形成1mol化学键时释放的能量。
如H(g)+I(g)===HI(g) ΔH=-297kJ/mol,即H—I键的键能为297kJ/mol,也可以理解为破坏1molH—I键需要吸收297kJ的能量。
一个化学反应一般有旧化学键的断裂和新化学键的形成。
如下表是一些键能数据(kJ/mol):
键能(kJ/mol)
键能(kJ/mol)
键能(kJ/mol)
键能(kJ/mol)
H—H
436
Cl—Cl
243
H—Cl
431
H—O
464
S===S
255
H—S
339
C—F
427
C—O
347
C—Cl
330
C—I
218
H—F
565
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”);能否由数据找出一些规律,请写出一条:
__________________________________________________________________________________________;试预测C-Br键的键能范围:
________________ (2)由热化学方程式H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-183kJ/mol,并结合表上数据可推知一个化学反应的反应热(设反应物、生成物均为气态)与反应物和生成物的键能之间的关系是________________________________________________________________________,_____________________________________________________________________。 由热化学方程式2H2(g)+S2(s)===2H2S(g) ΔH=-224.5kJ/mol和表中数值可计算出1molS2(s)汽化时将________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。 解析: (1)①键能是用来描述化学键强弱的,键长越短(即成键原子半径越小),往往键能越大,但也并不绝对。 如H-O的键长比H-H的键长长,但键能却相对较大。 ②由表中数据可知S===S的键能大于Cl-Cl键,但S的非金属性弱于Cl;由H-O键的键能大于H-S键的键能,H-F键的键能大于H-Cl键的键能可得规律。 (2)化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差。 答案: (1)①不能 ②不能 与相同原子结合时,同主族元素的原子形成的共价键,原子半径越小,共价键越强 218kJ/mol 330kJ/mol (2)化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差 吸收 4.5 19.近年来,由CO2催化加氢合成甲醇的相关研究受到越来越多的关注。 该方法既可解决CO2废气的利用问题,又可开发生产甲醇的新途径,具有良好的应用前景。 已知4.4gCO2气体催化加H2生成CH3OH气体和水蒸气时放出4.95kJ的能量。 (1)该反应的热化学方程式为: ________________________________________________________________________。 (2)在270℃、8mPa和适当催化剂的条件下,CO2的转化率达到22%,则4.48m3(已折合为标准状况)的CO2能合成CH3OH气体的物质的量是________,此过程中能放出热量________kJ。 (3)又已知H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44kJ/mol,则22gCO2气体与H2反应生成CH3OH气体和液态水时放出热量为________。 (4)根据该反应特点,有利于甲醇合成的条件是______。 A.高压高温B.低压高温 C.高压低温D.低压低温 解析: (1)4.4gCO2气体完全合成CH3OH和水蒸气放热4.95kJ,则1molCO2完全合成CH3OH和水蒸气放热49.5kJ,则热化学方程式应为CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.5kJ/mol。 (2)n(CH3OH)=n(CO2)×22%= ×22%=44mol,每生成1molCH3OH(g)放热49.5kJ,则此过程中放热为: (44×49.5)kJ=2178kJ。 (3)由H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44kJ/mol以及 (1)中的热化学方程式可知,1molCO2完全合成CH3OH并生成液态水时放热为44kJ+49.5kJ=93.5kJ。 则22gCO2即0.5molCO2,放热为93.5kJ/2=46.75kJ。 (4)该反应正反应放热,低温有利于CO2合成CH3OH,又因正反应为体积减小的反应,高压有利于CO2合成CH3OH。 答案: (1)CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.5kJ/mol (2)44mol 2178 (3)46.75kJ (4)C
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