化学·选修4(人教版)
第一节 化学反应与能量的变化
第1课时 化学反应与能量变化
某同学的亲戚从上海买回几包叫“一拉热”的食品,上层是冷糕点,下层有一根线,一拉动线头,过了一会儿,盒内糕点就热气腾腾。该同学对这一包装产生了兴趣,于是将盒子拆开,发现该产品是由上下两层构成的,盒子下层套内放置加温加热装置,在盒外侧有一根拉线,拉动该拉线,可使装置内一包白色固体和一小包水相遇,从而产生热量对食品进行加热,在几分钟内可使食品达到80°C。你能解释其中的原理,并设计实验检验该白色固体是什么吗?
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1.(2014·广州市培正中学高二期中)下列变化过程,属于放热反应的是( )
①液态水变成水蒸气 ②酸碱中和反应 ③浓H2SO4稀释 ④固体NaOH溶于水 ⑤H2在Cl2中燃烧
A.②③④⑤ B.②③④
C.②⑤ D.①③⑤
解析:液态水变成水蒸气、浓H2SO4稀释、固体NaOH溶于水均为放热过程,酸碱中和反应、H2在Cl2中燃烧均为放热反应,故答案为C。
答案:C
2.下列说法正确的是( )
A.反应条件是加热的反应都是吸热反应
B.化学反应除了生成新的物质外,还伴随着能量的变化
C.物质燃烧不一定是放热反应
D.放热的化学反应不需要加热都能发生
解析:从吸热反应和放热反应的概念可以看出,一个反应发生了,若周围环境的温度得以升高,这个反应就是放热反应;若周围环境的温度因此降低,这个反应就是吸热反应。不管反应放热,还是吸热,与反应起始的条件都没有关系。如:在空气中加热木炭,木炭就会发生燃烧,反应的结果是放出热量;而在CO2环境中加热木炭,二者反应生成CO,同时吸收热量,可见,A、D两项均错误。从燃烧的概念可知,燃烧是发光放热的剧烈的化学反应。即燃烧一定放热,因而C项错误。化学反应有两大变化,一是有新物质生成,二是伴随能量的变化;故B项正确。
答案:B
3.已知化学反应2C(s)+O2(g)2CO(g),2CO(g)+O2(g)2CO2(g)都是放热反应,据此判断,下列说法中不正确的是(其他条件相同)( )
A.12 g碳所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C.12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D.将一定质量的C燃烧,生成CO2比生成CO时放出的热量多
答案:A
4.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )
A.NH4Cl晶体受热分解
B.木炭燃烧
C.钠与水反应
D.酸碱中和反应
解析:木炭燃烧、钠与水反应、酸碱中和反应的过程都是放热的,因此根据能量守恒的原则,这三个过程的生成物能量都低于反应物,而NH4Cl受热分解需吸收能量,故选A。
答案:A
5.已知在1.01×105 Pa、298 K条件下,2 mol H2燃烧生成水蒸气时放出484 kJ热量。下列热化学方程式中正确的是( )
A.H2O(g)===H2(g) +O2(g)
ΔH = +242 kJ·mol-1
B.2H2(g) + O2(g)=2H2O(l)
ΔH = -484 kJ·mol-1
C.H2O(g) +O2(g)=H2O(g)
ΔH = +242 kJ·mol-1
D.2H2(g) + O2(g)===2H2O(g)
ΔH = +484 kJ·mol-1
解析:正反应放热,逆反应一定吸热,再考虑水的状态为气态,答案应选A。
答案:A
6.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)在25 ℃、101 kPa下,1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)若适量的N2和O2完全反应,每生成23 g NO2需要吸收16.95 kJ热量,则表示N2和O2反应生成NO2的热化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)已知拆开1 mol H—H键,1 mol N—H键,1 mol N≡N键分别需要吸收的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_____________________________________。
解析:(1)首先写出CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l),然后计算,n(CH3OH)=,所以1 mol CH3OH燃烧放热725.76 kJ;(3)首先写出N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),发生上述反应断裂1 mol N≡N键、3 mol H—H键,形成6 mol N—H键,放出热量=(391 kJ×6-436 kJ×3-946 kJ)=92 kJ。
答案:(1)CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-725.76 kJ·mol-1
(2)N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.8 kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
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7.已知H—H键键能为436 kJ/mol,HN键键能为391 kJ/mol。根据热化学方程式3H2(g)+N2(g)??2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol,则NN键的键能是( )
A.431 kJ/mol B.946 kJ/mol
C.649 kJ/mol D.896 kJ/mol
解析:ΔH=3×EHH+ENN-2×3ENH=-92.4 kJ/mol,
ENN=2×3×391 kJ/mol-3×436 kJ/mol-92.4 kJ/mol=945.6 kJ/mol,即NN键的键能是946 kJ/mol。
答案:B
9.已知:H2(g)+O2(g)===H2O(g),反应过程中能量变化如图所示,则:
(1)a、b、c分别代表什么意义?
a:________________________________________________________________________
________________;
b:________________________________________________________________________;
c:________________________________________________________________________。
(2)该反应是____________反应(填“吸热”或“放热”),ΔH________0(填“>”或“<”),ΔH=________。
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 < a-b或-c
10.如右图所示,把试管放入盛有25°C饱和澄清石灰水溶液的烧杯中,试管中开始放入几块镁条,再用滴管滴入5 mL的盐酸于试管中。试回答下列问题:
(1)实验中观察到的现象是______________________________。
(2)产生上述实验现象的原因是__________________________。
(3)写出有关的离子方程式:_____________________________。
(4)由实验推知,MgCl2和H2的总能量________(填“大于”、“等于”或“小于”)镁条和盐酸的总能量。
(5)如将本题中“25°C澄清石灰水饱和溶液”换成“20°C碳酸饮料”进行探究实验,实验(1)中观察到的另一现象是________;其原因是______________________________________________。
答案:(1)镁条上产生大量气泡;镁条逐渐溶解;烧杯中析出白色固体(或溶液变浑浊)
(2)镁与盐酸反应产生H2,该反应属于放热反应,而Ca(OH)2的溶解度随着温度的升高而减小,因此析出白色的Ca(OH)2固体
(3)Mg+2H+===Mg2++H2↑ (4)小于
(5)烧杯中液体放出气泡的速率逐渐加快 气体的溶解度随着温度的升高而减小
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第2课时 中和反应反应热的测定(实验探究课)
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1.实验室进行中和热的测定的实验时除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外,其他所用的仪器和试剂均正确的一组是( )
A.0.50 mol/L盐酸,0.50 mol/L NaOH溶液,100 mL量筒1个
B.0.50 mol/L盐酸,0.55 mol/L NaOH溶液,100 mL量筒2个
C.0.50 mol/L盐酸,0.55 mol/L NaOH溶液,50 mL量筒1个
D.0.50 mol/L盐酸,0.55 mol/L NaOH溶液,50 mL量筒2个
解析:本实验中为了保证0.50 mol/L的盐酸完全被中和,采用0.55 mol/L NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50 mL,故B项不符合;酸、碱分别用不同的量筒量取,故C项不符合。
答案:D
2.强酸和强碱在稀溶液里反应的热化学方程式可表示为:H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ/mol。
已知:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-Q1 kJ/mol;
HNO3(aq)+NaOH(aq)===NaNO3(aq)+H2O(l) ΔH=-Q2 kJ/mol;
CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=-Q3 kJ/mol。
上述均是在溶液中进行的反应,Q1、Q2、Q3的关系正确的是( )
A.Q1=Q2=Q3=57.3 B.Q1>Q2>Q3>57.3
C.Q3<Q1<Q2=57.3 D.无法确定
解析:CH3COOH、NH3·H2O是弱电解质,大部分以分子形式存在于溶液中,发生中和反应时,要发生电离,而电离过程是吸热的,故Q3<Q1<Q2。
答案:C
3.下列说法正确的是( )
A.中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量
B.1 mol酸与1 mol碱完全反应放出的热量是中和热
C.在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热叫做中和热
D.表示中和热的离子方程式为:H++OH-===H2O ΔH=-57.3 kJ/mol
答案:C
4.
实验室利用如右图装置进行中和热的测定。回答下列问题:
(1)该图中有一处未画出,它是________。
(2)在操作正确的前提下提高中和热测定的准确性的关键是________。
(3)如果用0.50 mol/L的盐酸和氢氧化钠固体进行实验,则实验中所测出的“中和热”将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”);原因是________________________________________________________________________。
解析:(1)由装置图可知,该装置中缺少搅拌使用的环形玻璃搅拌棒。
(2)该实验的关键是温度的测定,在操作正确的前提下,提高中和热测定的准确性的关键是提高装置的保温效果。
(3)因为固体NaOH溶于水放热,所以如果用0.50 mol/L的盐酸和氢氧化钠固体进行实验,则实验中所测出的“中和热”将偏大。
答案:(1)环形玻璃搅拌棒
(2)提高装置的保温效果
(3)偏大 固体NaOH溶于水放热
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5.下列热化学方程式书写正确的是( ΔH的绝对值均正确)( )
A.C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=+1367.0 kJ/mol
B.NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
ΔH=+57.3 kJ/mol
C.S(s)+O2(g)===SO2(g)
ΔH=-296.8 kJ/mol
D.2NO2===O2+2NO
ΔH=+116.2 kJ/mol
解析:A项可燃物燃烧为放热反应,ΔH<0,A项错误;中和反应是放热反应,ΔH<0,B项错误;热化学反应方程式要注明物质在反应时的状态,D项错误;故选C。
答案:C
6.
将V1 mL 1.00 mol/L HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如右图所示(实验中始终保持V1+V2=50 mL)。下列叙述正确的是( )
A.做该实验时环境温度为22°C
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约是1.00 mol/L
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析:从图中曲线可以看出,温度为22°C时,V1为5 mL,则V2为45 mL,此时已经开始发生反应,所以22°C一定不是室温,A错。从曲线随V1的增多而升高,随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,化学能转化为热能,B正确。当V1=30 mL时温度最高,说明此时两者恰好完全反应,则c(NaOH)==1.5 mol/L,C错。该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的,D错。
答案:B
7.中和热的测定实验(如下图)。
(1)量取反应物时,取50mL0.50mol·L-1的盐酸,还应加入的试剂是________(填序号)。
A.50 mL 0.50 mol·L-1 NaOH溶液
B.50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液
C.1.0 g NaOH固体
(2)在实验过程中,该同学需要测定并记录的实验数据有________(填序号)。
A.盐酸的浓度
B.盐酸的温度
C.氢氧化钠溶液的浓度
D.氢氧化钠溶液的温度
E.水的比热容
F.反应后混合溶液的终止温度
(3)若用50mL0.5mol·L-1醋酸溶液代替上述盐酸测定中和热,所得数据________。(填“偏大”或“偏小”或“不变”)
解析:(1)为了保证0.50 mol/L的盐酸完全被NaOH中和,采用0.55 mol/L NaOH溶液,使碱稍稍过量,故选项B符合要求;
(2)根据公式Q=0.418(t2-t1)kJ,在实验过程中,该同学需要测定并记录的实验数据有盐酸的温度、氢氧化钠溶液的温度、反应后混合溶液的终止温度,而A、C、E的都是已知的数据。
(3)若用50 mL 0.5 mol·L-1醋酸溶液代替上述盐酸测定中和热,所得数据偏小,因为醋酸为弱电解质,其电离时要吸热,故将使测得结果偏小。
答案:(1)B (2)B、D、F (3)偏小