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1、第六章 第1课时化学反应的热效应题号知识易中难反应热与焓变(包括图像)2,69燃烧热、中和热、能源概念理解13热化学方程式47盖斯定律的理解与应用5,810一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1.“2021国际太阳能光伏与智慧能源(上海)展览会”于2021年在中国上海隆重举行,旨在交流和探讨太阳能光催化分解水制氢、太阳能光催化二氧化碳转化为燃料等问题。下列说法错误的是(A)A.太阳能燃料属于一次能源B.直接电催化CO2制取燃料时,燃料是阴极产物C.用光催化分解水产生的H2是理想的绿色能源D.研发和利用太阳能燃料,有利于经济的可持续发展解析:太阳能燃料属于二次能源,故A错误;直接电催化CO2
2、制取燃料时,化合价降低,在阴极反应,因此燃料是阴极产物,故B正确;用光催化分解水产生H2,氢气燃烧放出热量多,无污染,是理想的绿色能源,故C正确;研发和利用太阳能燃料,消耗能量较低,有利于经济的可持续发展,故D正确。2.根据如图所示的示意图,下列说法不正确的是(C)A.反应的热化学方程式可表示为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=+(b-a) kJmol-1B.该反应过程中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量C.n mol C和n mol H2O反应生成n mol CO和n mol H2吸收的热量一定为131.3n kJD.1 mol C(g)、2 mol H(g)、1 m
3、ol O(g)转变成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)放出的热量为a kJ解析:1 mol C(s)、1 mol H2O(g)变成1 mol C(g)、2 mol H(g)和1 mol O(g)吸收b kJ热量,1 mol C(g)、2 mol H(g)和1 mol O(g)变成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)放出a kJ热量,则有C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H=+(b-a)kJmol-1,A正确;该反应生成物的总能量大于反应物的总能量,是吸热反应,则反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量,B正确;n mol C(s)和n mol H2O(g)反
4、应生成n mol CO(g)和n mol H2(g)吸收的热量为131.3n kJ,若反应物和生成物的状态改变,则吸收热量的数值不同,C错误;由题图可知,1 mol C(g)、2 mol H(g)、1 mol O(g)转变成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)放出的热量为a kJ,D正确。3.已知碳、一氧化碳、晶体硅的燃烧热分别是H1、H2、H3,工业冶炼晶体硅反应为2C(s)+SiO2(s)Si(s)+2CO(g)H4。则下列判断正确的是(B)A.H1H2B.2H1-2H2-H3=H4C.C(s)+12O2(g)CO(g)H1D.Si+O2SiO2H3解析:1 mol C完全燃烧放
5、出的热量大于1 mol CO完全燃烧放出的热量,H1H2,A错误;根据题给信息,可分别得到热化学方程式C(s)+O2(g)CO2(g)H1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)H2,Si(s)+O2(g)SiO2(s)H3,由盖斯定律,2-2-得2C(s)+SiO2(s)Si(s)+2CO(g)H4=2H1-2H2-H3,B正确,C、D错误。4.下列热化学方程式正确的是(D)选项已知条件热化学方程式AH2的燃烧热为a kJmol-1H2+Cl22HClH=-a kJmol-1B1 mol SO2、0.5 mol O2完全反应,放出热量98.3 kJ2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=
6、-98.3 kJmol-1CH+(aq)+OH-(aq)H2O(l)H=-57.3kJmol-1H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)BaSO4(s)+2H2O(l)H=-114.6 kJmol-1D31 g白磷比31 g红磷能量多b kJP4(白磷,s)4P(红磷,s)H=-4b kJmol-1解析:燃烧热是指在101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,H2完全燃烧后生成的稳定的氧化物是H2O(l)而不是HCl,A项错误;H数值应与方程式中各物质的化学计量数相对应,故2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=(-98.3 kJmol-1)2=-196.6
7、kJmol-1,B项错误;H2SO4与Ba(OH)2反应生成了BaSO4沉淀,也放出了热量,故反应中放出的热量应大于114.6 kJmol-1,C项错误;31 g白磷的物质的量为0.25 mol,H数值应与方程式中各物质的化学计量数相对应,故1 mol白磷转化为红磷,放出的热量为4b kJmol-1,D项正确。5.(2020北京卷,12)依据图示关系,下列说法不正确的是(C)A.石墨燃烧是放热反应B.1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多C.C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g)H=H1-H2D.化学反应的H,只与反应体系的始态和终态有关,
8、与反应途径无关解析:所有的燃烧都是放热反应,根据图示,C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1,H10,则石墨燃烧是放热反应,故A正确;根据图示,C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)H2=-283.0 kJmol-1,根据反应可知都是放热反应,1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,1 mol C(石墨)放热多,故B正确;根据B项分析,C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)H
9、2=-283.0 kJmol-1,根据盖斯定律,-2可得C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g)H=H1-2H2,故C错误;根据盖斯定律可知,化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故D正确。二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)6.北京化工大学研究了过渡金属Pd8簇催化乙炔氢化的反应机理,Pd8簇上的反应中间体亚乙烯基吸附物R,多步连续加氢反应路径的能量变化示意图如图(TS为过渡态,IM为中间体)。下列说法错误的是(B)A.乙炔与氢气加成生成乙烷的反应为放热反应B.生产中将催化剂处理成纳米级颗粒可提高乙炔的平衡转化率C.图示反应历程中,最大能垒的反应过程为IM1到T
10、S2D.乙炔氢化历程中涉及非极性键的断裂解析:图中Pd8簇上的反应中间体亚乙烯基吸附物R,经过多步连续加氢生成乙烷的反应只是乙炔与氢气加成生成乙烷的部分反应,不能据此判断整个反应的反应热,其实乙炔与氢气加成生成乙烷的反应为放热反应,故A正确;催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,但不能改变反应的始态和终态,不能改变化学平衡状态,不能改变反应物的转化率,故B错误;由图可知,反应历程中的能垒分别为(-153+310)kJ、(-24+239)kJ、(-80+115)kJ,则最大能垒的反应过程为IM1到TS2,故C正确;氢气分子中含有非极性键,乙炔氢化历程中氢气分子断裂HH键形成H原子,H原子与亚乙
11、烯基吸附物R经过多步反应形成CH键生成乙烷,所以乙炔氢化历程中涉及非极性键的断裂,故D正确。7.(2022湖南长沙月考)下列热化学方程式中,正确的是(D)A.甲烷的燃烧热为890.3 kJ/mol,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-890.3 kJ/molB.500 、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-38.6 kJ/molC.稀HCl和NaOH溶液反应的中和热H=-57.3 kJ/
12、mol,则稀H2SO4和NaOH溶液反应的中和热H=2(-57.3) kJ/molD.在101 kPa时,2 g H2完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ 热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-571.6 kJ/mol解析:根据甲烷的燃烧热,可写出表示其燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJ/mol,A错误;合成氨的反应为可逆反应,根据信息可知,1 mol N2完全反应放热大于38.6 kJ,即N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-38.6 kJ/mol,B错误;中和热是生成1 mol液
13、态H2O时所放出的热量,与生成H2O的多少无关,C错误;2 g H2为1 mol,根据完全燃烧生成液态水,放出285.8 kJ热量,其热化学方程式为2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H=-571.6 kJ/mol,D正确。8.已知:S(g)+O2(g)SO2(g)H1S(s)+O2(g)SO2(g)H22H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l)H32H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(l) H4SO2(g)+2H2S(g)3S(s)+2H2O(l)H5下列关于上述反应焓变的判断不正确的是(BC)A.H1H2B.H3S(s),则等量的S(g)完全燃烧生成SO2(g)
14、放出的热量多,故有H1H4,B错误;根据盖斯定律,由-可得,则有H5=H3-H2,C错误;根据盖斯定律,由3-2可得,则有2H5=3H3-H4,D正确。三、非选择题9.(1)100 mL 0.200 molL-1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为20.1 ,反应后最高温度为30.1 。已知:反应前后,溶液的比热容均近似为4.18 Jg-1 -1,溶液的密度均近似为1.00 gcm-3,忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算:反应放出的热量Q=J。反应Zn(s)+CuSO4(aq)ZnSO4(aq)+Cu(s)的H= kJmol-1(列式计算)。(2)
15、研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有:.C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H1=136 kJmol-1.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)H2=177 kJmol-1.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)H3.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H4=41 kJmol-1已知:298 K时,相关物质的相对能量(如图1)。可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的H(H随温度变化可忽略)。例如:H2O(g)H2O(l)H=-286 kJmol-1-(-242 kJmol-1)=-44
16、kJmol-1。请回答:根据相关物质的相对能量计算H3= kJmol-1。有研究表明,在催化剂存在下,反应分两步进行,过程如下:C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g),且第二步速率较慢(反应活化能为210 kJmol-1)。根据相关物质的相对能量,画出反应分两步进行的“能量反应过程图”,起点从C2H6(g)+CO2(g)的能量-477 kJmol-1开始(如图2)。解析:(1)100 mL 0.200 molL-1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉发生反应的化学方程式为CuSO4+ZnZnSO4+Cu,忽略溶液体积、质量变化
17、可知,溶液的质量m=V=1.00 gcm-3100 mL=100 g,忽略金属吸收的热量可知,反应放出的热量Q=cmt=4.18 Jg-1-1100 g(30.1-20.1)=4.18103 J。上述反应中n(CuSO4)=0.200 molL-10.100 L=0.020 mol,n(Zn)=mM=1.95 g65 gmol-1=0.030 mol,由此可知,锌粉过量。根据题干与第问可知,转化0.020 mol硫酸铜所放出的热量为4.18103 J,又因为该反应中H代表1 mol硫酸铜参加反应放出的热量,单位为kJmol-1,则可列出计算式为H=-4.18103J1 000 JkJ-10.1
18、00 L0.200molL-1=-4.181031 0000.1000.200 kJmol-1=-209 kJmol-1。(2)由图1的数据可知,C2H6(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的相对能量分别为-84 kJmol-1、-393 kJmol-1、-110 kJmol-1、0 kJmol-1。由题中信息可知,H=生成物总的相对能量-反应物总的相对能量,因此C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)H3=(-110 kJmol-1)4-(-84 kJmol-1)-(-393 kJmol-1)2=430 kJmol-1。由题中信息可知,反应分两步进行,第一步的反应是C
19、2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2(g)+CO2(g),C2H4(g)、H2(g)、CO2(g)的相对能量之和为52 kJmol-1+0 kJmol-1+(-393 kJmol-1)=-341 kJmol-1;第二步的反应是C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g),其活化能为210 kJmol-1,故该反应体系的过渡态的相对能量又升高了210 kJmol-1,过渡态的相对能量变为-341 kJmol-1+210 kJmol-1=-131 kJmol-1,最终生成物C2H4(g)、H2O(g)、CO(g)的相对能量之和为52 kJmol-1+(
20、-242 kJmol-1)+(-110 kJmol-1)=-300 kJmol-1。根据题中信息,第一步的活化能较小,第二步的活化能较大,故反应分两步进行的“能量反应过程图”可以表示如图:。答案:(1)4.18103-4.181031 0000.1000.200=-209(2)43010.回答下列问题。(1)中科院某研究团队通过设计一种新型NaFe3O4/HZSM5多功能复合催化剂,成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油,该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。已知:H2(g)+12O2(g)H2O(l)H1=-a kJmol-1C8H18(l)+252O2(g)8CO2(g)+
21、9H2O(l)H2=-b kJmol-1试写出25 、101 kPa条件下,CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式: 。(2)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。工业上常用催化还原法和碱吸收法处理SO2气体。1 mol CH4完全燃烧生成气态水和1 mol S(g)的能量变化如图所示:在催化剂作用下,CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2,写出该反应的热化学方程式: 。(3)化学反应原理研究物质转化过程中的规律并在生产、生活中有广泛的应用。汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5 kJm
22、ol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJmol-1CO2(g)C(s)+O2(g)H=+393.5 kJmol-1则反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的H=kJmol-1。(4)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。已知:CO(g)+NO2(g)NO(g)+CO2(g)H=-a kJmol-1(a0)2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-b kJmol-1(b0)若用CO还原NO2至N2,当消耗标准状况下3.36 L CO时,放出的热量为kJ(用含有a和b的代数式表示)。解析:(1
23、)已知H2(g)+12O2(g)H2O(l)H1=-a kJmol-1,C8H18(l)+252O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)H2=-b kJmol-1,根据盖斯定律,由25-得8CO2(g)+25H2(g)C8H18(l)+16H2O(l)H=25H1-H2=-(25a-b)kJmol-1。(2)根据图像可知,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=Ea1-Ea2=126 kJmol-1-928 kJmol-1=-802 kJmol-1;S(g)+O2(g)SO2(g)H=-577 kJmol-1,根据盖斯定律可知,-2得CH4(g)+2SO2(g)CO2(g)+
24、2S(g)+2H2O(g)H=+352 kJmol-1。(3)将反应编号,N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5 kJmol-1,2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJmol-1,CO2(g)C(s)+O2(g)H=+393.5 kJmol-1,应用盖斯定律,由-(+2)得反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H=-746.5 kJmol-1。(4)依次设反应为、,根据盖斯定律,2+得4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g)H=-(2a+b)kJmol-1,标准状况下3.36 L CO的物质的量是0.15 mol,放出的热量为(2a+b)0.154 kJ=0.3a+0.15b4 kJ。答案:(1)8CO2(g)+25H2(g)C8H18(l)+16H2O(l)H=-(25a-b)kJmol-1(2)CH4(g)+2SO2(g)2S(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=+352 kJmol-1(3)-746.5(4)0.3a+0.15b4(或6a+3b80)