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第五章 化学反应中的能量的转化
第一节 化学反应与能量的转化
题号 1 2 3 4 4－1 4－2 5 5－1 5－2 6 7 8
答案
一、单项选择题
1．(2012•山东莱芜期末)下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )
A．碳酸钙受热分解 B．钠与水反应
C．铝粉与氧化铁粉末反应 D．氧化钙溶于水
2．(2012•九江第一次统考)已知热化学方程式：
Zn(s)＋12O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－351.1 kJ•mol－1；
2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) ΔH＝－181.4 kJ•mol－1
由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH＝( )
A．－441.8 kJ•mol－1 B．－254.8 kJ•mol－1
C．－438.9 kJ•mol－1 D．－260.4 kJ•mol－1
3．(2012•福建泉州四校联考)1 g氢气在氧气中完全燃烧生成气态水，放出热量120.9 kJ，则( )
A．反应的热化学方程式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝ ＋483.6 kJ•mol－1
B．氢气的燃烧热为241.8 kJ•mol－1
C．1 mol H2O(l)的能量大于1 mol H2O(g)的能量
D．2 mol H2和1 mol O2的能量总和大于2 mol H2O(g)的能量
4．如图是198 K时N2与H2反应过程中能量变化曲线。下列叙述正确的是( )
A．该反应的热化学方程式为
N2＋3H2 2NH3 ΔH＝－92 kJ•mol－1
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发生改变
D．温度、体积一定，1 mol N2和3 mol H2反应后放出的热量为Q1 kJ，若2 mol N2和6 mol H2反应后放出的热量为Q2 kJ，则184＞Q2＞2Q1
4题变式
4－1.氯原子对O3的分解有催化作用：O3＋Cl===ClO＋O2 ΔH1，ClO＋O===Cl＋O2 ΔH2，大气臭氧层的分解反应是O3＋O===2O2 ΔH，该反应的能量变化示意图如图所示，下列叙述中正确的是( )
A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3
B．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E2－E3
C．O3＋O===2O2是吸热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
4－2.2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知E、Q表示1 mol SO2(g)参与反应时能量变化的绝对值。则下列说法中正确的是( )
A．该反应为吸热反应，1 mol SO2(g)被氧化成SO3(g)时，吸收的热量为(E＋Q) kJ
B．该反应为放热反应，当加入合适的催化剂时，1 mol SO2(g)被氧化成SO3(g)时，E会减小，但Q不变
C．反应的热化学方程式可表示为
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－Q kJ•mol－1
D．反应的热化学方程式可表示为
SO2(g)＋12O2(g) SO3(g) ΔH＝＋Q kJ•mol－1
5．(2011•苏州模拟)已知充分燃烧a g乙烯气体时生成1 mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则乙烯燃烧的热化学方程式正确的是( )
A．2C2H4(g)＋6O2(g)―→4CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－4b kJ•mol－1
B．C2H4(g)＋3O2(g)―→2CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝＋2b kJ•mol－1
C．2C2H4(g)＋6O2(g)―→4CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－2b kJ•mol－1
D．2C2H4(g)＋6O2(g)―→4CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝＋b kJ•mol－1
5题变式
5－1.(2012•济宁期末)下列关于反应热的描述中正确的是( )
A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ•mol－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的中和热为：ΔH＝2×(－57.3)kJ•mol－1
B．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ•mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0 kJ•mol－1
C．在25 ℃、101 kPa时，2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ的热量，则表示氢气燃烧的热化学方程式为：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1
D．1 mol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
5－2.燃烧1 g某液态有机物，只生成0.05 mol CO2和1.2 g液态水，且放出热量33.63 kJ，该有机物的蒸气相对H2的密度为30，则该有机物燃烧的热化学方程式为( )
A．C3H8O(l)＋92O2(g)―→3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－2 017.8 kJ•mol－1
B．C3H8(l)＋5O2(g)―→3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－33.63 kJ•mol－1
C．C3H8(l)＋5O2(g)―→3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－1 479.4 kJ•mol－1
D．C3H8O(l)＋92O2(g)―→3CO2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－2 017.8 kJ•mol－1
6．某实验小组学生用50 mL 0.50 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液在如下图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中
所放出的热量计算反应热。下列说法正确的是( )
A．如图条件下实验过程中没有热量损失
B．图中实验装置缺少环形玻璃搅拌棒
C．烧杯间填碎纸条的主要作用是固定小烧杯
D．若改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，从理论上说所求放出热量相等
二、双项选择题
7．下列推论正确的是( )
A．S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝a；
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝b，则a＞b
B．C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＝＋1.9 kJ•mol－1，则可判定石墨比金刚石稳定
C．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ•mol－1，则含20 g NaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7 kJ
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0，则该反应任何温度下都能自发进行
8．(2011•上海闵行调研)下列各组反应中，Q1＜Q2的是( )
A．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－Q1 kJ•mol－1；
CH4(g)＋32O2(g)===CO(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－Q2 kJ•mol－1
B．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－Q1 kJ•mol－1；
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－Q2 kJ•mol－1
C．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH1＝－Q1 kJ•mol－1；
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq) ΔH2＝－Q2 kJ•mol－1
D．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH1＝－Q1 kJ•mol－1；
CH3COOH(aq)＋KOH(aq)―→CH3COOK(aq)＋H2O(l)
ΔH2＝－Q2 kJ•mol－1
三、非选择题
9．Ⅰ.(2011•新课标高考)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已在H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8 kJ•mol－1、－283.0 kJ•mol－1和－726.5 kJ•mol－1。请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是________kJ。
(2)醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________。
Ⅱ.(2012•北京高考)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。
反应A：4HCl＋O2========CuO/CuCl2400 ℃2Cl2＋2H2O。
已知：反应A中，4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。
(1)H2O的电子式是____________。
(2)反应A的热化学方程式是____________________。
(3)断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量相差约为__________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键________(填“强”或“弱”)。
10．已知H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)，反应过程中的能量变化如下图所示。
(1)a、b、c分别代表的意义是______________________、__________________、__________________。
(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，ΔH____0(填“＜”或“＞”)。
11．如图是某同学设计的放热反应的观察装置，其实验操作是①按图所示将实验装置连接好；②在U型管内加入少量红墨水(或品红溶液)打开T型管螺旋夹，使U型管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；③在中间的试管里盛1 g 氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，即可观察。
试回答：
(1)实验中观察到的现象有________________________。
(2)该实验中必须进行的一步实验操作是________________。
(3)该实验的原理是_____________________。
(4)实验中发生的化学反应方程式：________________________。
(5)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系：
_______________。
(6)若该实验中CaO换成NaCl，实验还能否观察到相同现象？________(填“能”或“否”)。
12．(2012•天津高考)金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。高温下，在密闭容器中用H2还原WO3可得到金属钨，其总反应为：
WO3(s)＋3H2(g) W(s)＋3H2O(g)。
请回答下列问题：
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为______________。
(2)某温度下反应达到平衡时，H2与水蒸气的体积比为2 3，则H2的平衡转化率为________；随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)上述总反应过程大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表所示：
温度 25 ℃～550 ℃～600 ℃～700 ℃
主要成分 WO3 W2O5 WO2 W
第一阶段反应的化学方程式为_______________；580 ℃时，固体物质的主要成分为________；假设WO3完全转化为W，则三个阶段消耗H2的物质的量之比为__________。
(4)已知：温度过高时，WO2(s)转变为WO2(g)：
WO2(s)＋2H2(g) W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝＋66.0 kJ•mol－1
WO2(g)＋2H2(g) W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝－137.9 kJ•mol－1
则WO2(s) WO2(g)的ΔH＝________。
(5)钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I2可延长灯管的使用寿命，其工作原理为：
W(s)＋2I2(g) WI4(g)
下列说法正确的有________。
a．灯管内的I2可循环使用
b．WI4在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
c．WI4在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长
d．温度升高时，WI4的分解速率加快，W和I2的化合速率减慢
参考答案
一、单项选择题
1．解析：生成物总能量高于反应物总能量的反应是吸热反应，A项符合题意。
答案：A
2．解析：Zn(s)＋12O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－351.1 kJ•mol－1，①
2Hg(l)＋O2===2HgO(s) ΔH＝－181.4 kJ•mol－1。②
利用盖斯定律：①-②/2，可得Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH＝－260.4 kJ•mol－1。
答案：D
3．解析：氢气燃烧为放热反应，A项错误；此时生成的为气态水，B项错误；等物质的量的液态水具有的能量比气态水的小，C项错误。
答案：D
4．解析：在热化学方程式中必须注明物质的状态，因此A项错误；催化剂可以降低反应的活化能，加快化学反应速率，但反应热并不发生改变，B、C项均错误。假设把1 mol N2和3 mol H2放在体积为V的密闭容器①中进行反应，2 mol N2和6 mol H2放在体积为2V的密闭容器②中进行反应，则两容器中N2和H2的转化率分别相等，反应放出的热量②是①的2倍。若把容器②加压使其体积变为V，则平衡向生成NH3的方向移动，N2的转化率增大，反应放出的热量增加，因此Q2＞2Q1。由于N2与H2的反应为可逆反应，因此Q2小于2 mol N2完全反应放出的热量184 kJ，因此D项正确。
答案：D
4题变式
4－1.解析：O3＋O的总能量高于2O2的能量，反应O3＋O===2O2为放热反应，ΔH＜0，ΔH＝E3－E2，故A、B、C项均错误；根据盖斯定律可得ΔH＝ΔH1＋ΔH2，D项正确。
答案：D
4－2.解析：A项，1 mol SO2(g)被氧化成SO3(g)时，反应放出的热量为Q kJ，错误；B项，E为活化能，而加入合适的催化剂则能降低活化能，但Q不会改变，正确；C项，Q为1 mol SO2(g)被氧化成SO3(g)时所放出的热量，所以该反应的反应热ΔH＝－2Q kJ•mol－1，错误；D项，反应为放热反应，ΔH＝－Q kJ•mol－1，错误。
答案：B
5．解析：乙烯燃烧是放热反应，ΔH为负值，通过定性判断，排除B、D两项，生成1 mol CO2时，放热b kJ，故生成4 mol CO2时，放热4b kJ。
答案：A
5题变式
5－1.解析：A项中和热是以生成1 mol水为标准的，A项错误；热化学反应方程式逆向书写时，ΔH的数值相等，符号相反，B项正确；C项表示燃烧的热化学方程式，H2的系数应该是1，C项错误；D项应该生成液态水，D项错误。
答案：B
5－2.解析：该有机物的相对分子质量为60，选项B、C均不符合；产物为液态水，选项D不符合；选项A正确。
答案：A
6．解析：图中小烧杯与大烧杯之间有很大空隙未填满碎纸条，会有较多的热量散失，A项错误；烧杯间填碎纸条的主要作用是隔热保温，C项错误；D项中所求中和热相同，但反应物的物质的量不同，所以放热不同，D项错误。故选B项。
答案：B
二、双项选择题
7．解析：气体燃烧放出的热量大于固体，故a＜b，A项错误；石墨的能量低于金刚石，故石墨比金刚石稳定，B正确；20 g NaOH即0.5 mol NaOH与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7 kJ，C正确；吉布斯自由能ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应可以自发进行，反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)，ΔS＞0，ΔH＞0，故ΔG不一定小于0，D错误。
答案：BC
8．解析：A中不完全燃烧产生的热量低；弱酸或弱碱中和时，要不断电离而吸热，则A、D两项不准确。
答案：BC
三、非选择题
9．解析：Ⅰ.(1)分解10 mol水消耗的能量在数值上等于10 mol H2(g)完全燃烧时所放出的热量：10 mol×285.8 kJ•mol－1＝2 858 kJ。
(2)根据CO(g)、CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式，再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式。
Ⅱ.(1)H2O是共价化合物，原子间通过共用电子对结合，故H2O的电子式为 。(2)利用反应A与题中信息“氧化4 mol HCl放出115.6 kJ的热量”可写出热化学方程式：4HCl(g)＋O2(g)=====CuO/CuCl2400 ℃2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ/mol。(3)设H—Cl键键能为x kJ/mol、H—O键键能为y kJ/mol，依据(2)中热化学方程式和题干中已知数据有：4x＋498－243×2－4y＝－115.6，解之得：y－x≈32，说明H—O键与H—Cl键键能相差约32 kJ/mol。因为“键能越大，键越牢固”，所以H—O键强于H—Cl键。
答案：Ⅰ.(1)2 858
(2)CH3OH(l)＋O2(g)―→CO(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－443.5 kJ•mol－1
Ⅱ.(1)
(2)4HCl(g)＋O2(g)=====CuO/CuCl2400 ℃2Cl2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－115.6 kJ/mol
(3)32 强
10．解析：(1)a代表旧键断裂所吸收的能量，b代表形成新键所放出的能量，c则代表断键吸收的能量与成键释放的能量之差。
(2)由图可知该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，ΔH＜0。
答案：(1)旧键断裂吸收的能量 生成新键放出的能量 反应热
(2)放热 ＜
11．解析：从提供的仪器看，实验的目的用意在通过观察U型管里液面变化指示左边装置中发生反应的热量变化，在实验中利用大试管里的空气膨胀，故此实验要求装置必须气密性良好，否则无法观察到现象。
答案：(1)U型管里的红墨水(或品红溶液)会沿开口端上升
(2)检查装置气密性
(3)CaO和H2O反应放出热量使大试管中空气膨胀，引起红墨水(或品红溶液)在U型管中的位置左低右高
(4)CaO＋H2O===Ca(OH)2
(5)CaO和H2O的能量和大于Ca(OH)2的能量
(6)否
12．解析：(1)因固体或纯液态物质的浓度视为常数，故依据反应式可直接写出反应的平衡常数K＝c3H2Oc3H2。
(2)设反应起始时加入H2的物质的量为5x，利用“氢守恒”，结合题给数据可知平衡时消耗H2的物质的量为3x，故H2的转化率为3x5x＝60%；升高温度，氢气与水蒸气的体积比减少说明反应正向移动，因此正反应为吸热反应。
(3)利用表中信息可知在第一阶段WO3与H2作用生成W2O5和H2O，所以反应的方程式为：2WO3＋H2=====高温W2O5＋H2O；在550 ℃ 时生成W2O5，在600 ℃时生成WO2，故在580 ℃时反应得到产物为W2O5与WO2的固体混合物；假设1 mol WO3完全反应，利用三个阶段的反应可知分别消耗氢气的物质的量为：0.5 mol、0.5 mol、2 mol，故三个阶段消耗氢气的物质的量之比为1︰1︰4。
(4)利用“盖斯定律”，将热化学方程式①－②即可得到反应的ΔH。(5)利用灯管工作的温度变化，结合反应条件可知灯管内的碘可循环利用；WI4在高温时分解一定在灯丝表面，生成固态钨沉积在灯丝上，从而延长灯管寿命；升高温度，反应速率都变快。
答案：(1)K＝c3H2Oc3H2
(2)60% 吸热
(3)2WO3＋H2=====高温W2O5＋H2O W2O5、WO2 1︰1︰4
(4)＋203.9 kJ•mol－1
(5)ab