1化学反应的热效应.docx
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1化学反应的热效应
1.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)相同条件下,等质量的碳按a、b两种途径完全转化,途径a比途径b放出更多热能
途径a:
C
CO+H2
CO2+H2O
途径b:
C
CO2(×)
(2015·江苏,3B)
(2)物质内部储存的能量决定化学反应的热效应(√)
(2015·上海,15D)
2.(2015·北京理综,9)最新报道:
科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。
反应过程的示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C
解析 A项,由能量—反应过程图像中状态Ⅰ和状态Ⅲ知,CO和O生成CO2是放热反应,错误;B项,由状态Ⅱ知,在CO与O生成CO2的过程中,CO没有断键形成C和O,错误;C项,由状态Ⅲ及CO2的结构式COO知,CO2分子中存在碳氧极性共价键,正确;D项,由能量—反应过程图像中状态Ⅰ(CO和O)和状态Ⅲ(CO2)分析,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O原子反应生成CO2的过程,错误。
3.(2015·海南,4)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1。
若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为( )
A.55kJB.220kJC.550kJD.1108kJ
答案 A
解析 由丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1,可写出其燃烧的热化学方程式:
C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215kJ·mol-1,丙烷完全燃烧产生1.8g水,n(H2O)=m÷M=1.8g÷18g·mol-1=0.1mol,所以反应放出的热量Q=(2215kJ÷4mol)×0.1mol≈55.4kJ,A选项正确。
4.(2015·上海,8)已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快,其能量随反应进程的变化如下图所示。
下列说法正确的是( )
A.加入催化剂,减小了反应的热效应
B.加入催化剂,可提高H2O2的平衡转化率
C.H2O2分解的热化学方程式:
H2O2―→H2O+
O2+Q
D.反应物的总能量高于生成物的总能量
答案 D
解析 A、B项,催化剂不会影响反应的热效应和平衡转化率;C项,热化学方程式应标明状态。
5.(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-b
C.a+b-cD.c-a-b
答案 A
解析 由碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1,得C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1,目标反应可由①×3+②-③得到,所以ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3,即x=3a+b-c。
6.(2015·全国各省高考试题汇编)
(1)[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 NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)
ΔH=-216kJ·mol-1
(2)[2015·福建理综,24
(2)③]已知:
Al2O3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g)
ΔH1=+1344.1kJ·mol-1
2AlCl3(g)===2Al(s)+3Cl2(g)
ΔH2=+1169.2kJ·mol-1
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
答案 Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·mol-1
(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
则反应3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 -317.3
(4)[2015·广东理综,31
(1)]用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。
传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。
其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1
反应②生成1molCl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
答案 2HCl(g)+
O2(g)H2O(g)+Cl2(g)
ΔH=ΔH1+ΔH2
(5)[2015·四川理综,11(4)]FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s)
ΔH=-1648kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393kJ·mol-1
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)===2FeCO3(s)
ΔH=-1480kJ·mol-1
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
答案 4FeCO3(s)+O2(g)===2Fe2O3(s)+4CO2(g)
ΔH=-260kJ·mol-1
(6)[2015·山东理综,30(3)]贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应,温度为T时,该反应的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
已知温度为T时:
CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1
答案 CO(g)+3H2(g)===CH4(g)+H2O(g)
ΔH=-206kJ·mol-1
(7)[2015·全国卷Ⅱ,27
(1)]甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
C≡O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
413
由此计算ΔH1=________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3=________kJ·mol-1。
答案 -99 +41
解析 根据键能与反应热的关系可知,ΔH1=反应物的键能之和-生成物的键能之和=(1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1)-(413kJ·mol-1×3+343kJ·mol-1+465kJ·mol-1)=-99kJ·mol-1。
根据质量守恒定律:
由②-①可得:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),结合盖斯定律可得:
ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-58kJ·mol-1)-(-99kJ·mol-1)=+41kJ·mol-1。
(8)[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:
2akJ-587kJ=11kJ,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]。
练出高分
1.利用含碳化合物合成燃料是解决能源危机的重要方法,已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应过程中的能量变化情况如图所示,曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。
下列判断正确的是( )
A.该反应的ΔH=+91kJ·mol-1
B.加入催化剂,该反应的ΔH变小
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.如果该反应生成液态CH3OH,则ΔH增大
答案 C
解析 根据图示,该反应反应物的总能量大于生成物的总能量,是放热反应,故选项A错误,选项C正确;加入催化剂只能降低反应所需要的活化能,而对ΔH无影响,选项B错误;生成液态CH3OH时,释放出的能量更多,ΔH更小,选项D错误。
2.某反应由两步反应A→B→C构成,它的反应能量曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。
下列有关叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.加入催化剂会改变反应的焓变
C.三种化合物中C最稳定
D.A→C反应中ΔH=E1-E2
答案 C
解析 A项,A→B的反应为吸热反应,B→C的反应为放热反应,故A错误;B项,加入催化剂,只改变反应的活化能,不改变反应热,故B错误;C项,物质的总能量越低,越稳定,故C正确;D项,A→B:
ΔH=E1-E2,B→C:
ΔH=E3-E4,所以A→C,ΔH=E1-E2+E3-E4=(E1+E3)-(E2+E4),故D错误。
3.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中,然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。
由此可见( )
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应的热化学方程式为NH4HCO3+HCl===NH4Cl+CO2↑+H2O ΔH=+QkJ·mol-1
答案 B
解析 醋酸逐渐凝固说明,反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低,即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应,故A错误,B正确;C项,因反应为吸热反应,则反应后生成物的总能量高于反应物的总能量,故C错误;D项,书写热化学方程式时,应注明物质的状态,不用标明“↑”符号,故D错误。
4.已知:
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297.23kJ·mol-1①
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.64kJ·mol-1②
假设反应过程中无热量损失,则( )
A.1molS(s)完全反应,并转化为SO3(g)时,放出395.55kJ热量
B.1个SO2和1个O2分子储存的能量之和大于1个SO3分子
C.1LSO2(g)完全反应生成1LSO3(g),放出98.32kJ热量
D.使用催化剂,可以减少反应②放出的热量
答案 B
解析 A项,SO2(g)转化为SO3(g)的反应是可逆反应,不能完全反应;C项,应改为1molSO2(g)完全反应生成1molSO3(g),放出98.32kJ热量;D项,使用催化剂不会改变反应②放出的热量。
5.氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量。
在反应过程中,断裂lmolH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ,断裂1molF2中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1molHF中的化学键释放的能量为Q3kJ。
下列关系式中正确的( )
A.Q1+Q2<2Q3B.Q1+Q2>2Q3
C.Q1+Q2<Q3D.Q1+Q2>Q3
答案 A
解析 H2(g)+F2(g)===2HF(g) ΔH<0
ΔH=Q1+Q2-2Q3<0
所以Q1+Q2<2Q3。
6.下列有关说法正确的是( )
A.已知:
HI(g)
H2(g)+
I2(s) ΔH=-26.5kJ·mol-1,由此可知1molHI气体在密闭容器中充分分解后可以放出26.5kJ的热量
B.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1,则氢气的燃烧热为ΔH=-285.8kJ·mol-1
C.肼(N2H4)是一种用于火箭或燃料电池的原料,已知:
2H2O(g)+O2(g)===2H2O2(l) ΔH1=+108.3kJ·mol-1①
N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH2=-534.0kJ·mol-1②
则有反应:
N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-642.3kJ·mol-1
D.含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7kJ的热量,则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为
NaOH(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4kJ·mol-1
答案 C
解析 A项,HI(g)
H2(g)+
I2(s) ΔH=-26.5kJ·mol-1,该反应为可逆反应,则1molHI不能全部分解,则在密闭容器中分解后放出的热量小于26.5kJ,错误;B项,燃烧热是1mol可燃物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,所以氢气的燃烧热为285.8kJ·mol-1,错误;C项,根据盖斯定律,②-①得反应:
N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g),则ΔH=ΔH2-ΔH1,正确;D项,中和热指的是在稀溶液中,强酸和强碱反应生成1mol水时放出的热量,含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5mol水时,放出28.7kJ的热量,即中和热的数值为57.4kJ·mol-1,但稀醋酸为弱酸,电离吸热,故稀醋酸和稀NaOH溶液反应的中和热应小于57.4kJ·mol-1,错误。
7.已知乙醇、石墨和氢气的燃烧热分别为a、b、c(均为正值,单位均为kJ·mol-1)。
则反应2C(s,石墨)+2H2(g)+H2O(l)===C2H5OH(l)的焓变为( )
A.(a-2b-2c)kJ·mol-1
B.(2b+2c-a)kJ·mol-1
C.(b+c-a)kJ·mol-1
D.(a-2b-c)kJ·mol-1
答案 A
解析 根据燃烧热的定义分别写出热化学方程式:
C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-akJ·mol-1①
C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-bkJ·mol-1②
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-ckJ·mol-1③
根据盖斯定律,②×2+③×2-①得题中生成乙醇的热化学方程式,因此该反应的焓变ΔH=(a-2b-2c)kJ·mol-1。
8.已知:
HCN(aq)+NaOH(aq)===NaCN(aq)+H2O(l) ΔH=-12.1kJ·mol-1;
HCl(aq)+NaOH(aq)===NaCl(aq)+H2O(l) ΔH= -57.3kJ·mol-1;
则HCN在水溶液中电离的ΔH等于( )
A.-69.4kJ·mol-1B.-45.2kJ·mol-1
C.+45.2kJ·mol-1D.+69.4kJ·mol-1
答案 C
解析 HCN(aq)+OH-(aq)===CN-(aq)+H2O(l) ΔH=-12.1kJ·mol-1
H2O(l)===OH-(aq)+H+(aq) ΔH=+57.3kJ·mol-1
上述两式相加:
HCN(aq)===H+(aq)+CN-(aq) ΔH=+45.2kJ·mol-1。
9.已知:
H2(g)+Br2(g)===2HBr(g) ΔH=-72kJ·mol-1,1molBr2(g)液化放出的能量为30kJ,其它相关数据如下表:
一定状态的分子
H2(g)
Br2(l)
HBr(g)
1mol该分子中的化学键断裂吸收的能量/kJ
436
a
369
则上述表格中的a值为( )
A.404B.344C.260D.200
答案 C
解析 H2(g)+Br2(g)===2HBr(g) ΔH=-72kJ·mol-1
Br2(l)===Br2(g) ΔH=+30kJ·mol-1
上述两式相加:
H2(g)+Br2(l)===2HBr(g) ΔH=-42kJ·mol-1
ΔH=反应物总键能-生成物总键能
即:
-42kJ·mol-1=436kJ·mol-1+akJ·mol-1-2×369kJ·mol-1
解得:
a=260。
10.炼铁的总反应为Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=QkJ·mol-1,可能发生了以下过程:
3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=Q1kJ·mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH2=Q2kJ·mol-1
FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH3=Q3kJ·mol-1
则Q与Q1、Q2、Q3的关系式正确的是( )
A.Q=Q1+Q2+Q3B.Q=Q1-Q2-Q3
C.Q=(Q1+2Q2+6Q3)/3D.Q=(Q1+2Q2+6Q3)/2
答案 C
解析 Fe2O3(s)+
CO(g)===
Fe3O4(s)+
CO2(g) ΔH1′=
Q1kJ·mol-1
Fe3O4(s)+
CO(g)===2FeO(s)+
CO2(g) ΔH2′=
Q2kJ·mol-1
2FeO(s)+2CO(g)===2Fe(s)+2CO2(g) ΔH3′=2Q3kJ·mol-1
上述三式相加:
Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=(
Q1+
Q2+2Q3)kJ·mol-1
即ΔH=
(Q1+2Q2+6Q3)kJ·mol-1。
11.用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化合物的污染。
例如:
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
下列说法中错误的是( )
A.等物质的量的CH4在反应①、②中转移电子数相同
B.由反应①可推知:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH>-574kJ·mol-1
C.4NO2(g)+2N2(g)===8NO(g) ΔH=+586kJ·mol-1
D.若用标准状况下4.48LCH4把NO2还原为N2,整个过程中转移的电子总数为1.6NA
答案 B
解析 A项,反应①、②转移的电子数=化合价升高数=化合价降低数=8,转移电子相同,故A正确;B项,由气态水生成液态水放热,故CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l)反应放出的热量比CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)反应放出的热量多,加上负号,数变小,故B错误;C项,由盖斯定律①-②得:
4NO2(g)+2N2(g)===8NO(g) ΔH=+586kJ·mol-1,故C正确;D项,反应CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)转移电子数是8mol,4.48L(0.2mol)CH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子总数为1.6mol,故D正确。
12.已知:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3
2Cu(s)+O2(g)===2CuO(s) ΔH4
CO(g)+CuO(s)===CO2(g)+Cu(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.ΔH2=ΔH1-ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH1
答案 C
解析 A项,所有的燃烧反应都属于放热反应,因此ΔH1<0,ΔH3<0,故A错误;B项,碳还原二氧化碳的反应属于吸热反应,ΔH2>0,铜与氧气的反应属于放热反应,ΔH4<0,故B错误;C项,已知:
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1,②CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2,③2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3,由盖斯定律可知①=②+③,因此ΔH1=ΔH2+ΔH3,则ΔH2=ΔH1-ΔH3,故C正确;D项,2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3,2Cu(s)+O2(g)===2CuO(s) ΔH4,2CO(g)+2CuO(s)===2CO2(g)+2Cu(s) 2ΔH5,2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3=ΔH4+2ΔH5,错误。
13.“氢能”将是未来最理想的新能源。
Ⅰ.实验测得,1克氢气燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式为___________(填字母)。
A.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-142.9kJ·mol-1
B.H2(g)+
O2(g)===H2O(
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