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专题6 化学反应与能量变化
第二单元 化学反应中的热
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.通过实验和已有知识、经验感受化学反应中的能量变化,能说出常见的吸热反应和放热反应,树立物质变化中伴随能量变化的观念。
2.能从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因,提升逻辑推理能力。
3.能说出热化学方程式的含义及其与普通化学方程式的不同,能够正确书写热化学方程式并能进行简单的计算。
4.了解节能的意义和方法,认识提高燃料的燃烧效率的重要性。通过对氢能开发与利用的讨论,认识开发、利用高能清洁能源的重要性和迫切性。感受化学学科的社会价值,培养科学态度和社会责任。
自主预习·新知导学
一、 放热反应和吸热反应
1.反应中化学能与其他能量的转化。
(1)CaCO3的高温分解:热能→化学能;
(2)植物的光合作用:光能→化学能;
(3)电解水制H2:电能→化学能;
(4)物质的燃烧:化学能→热能、光能。
2.放热反应和吸热反应。
(1)实验探究。
结论:每一个化学反应都伴随着能量的变化,有的释放能量,有的吸收能量。
(2)概念:
化学上,把放出热的反应称为放热反应,把吸收热的反应称为吸热反应。
【自主思考1】 下列反应中,哪些属于放热反应 哪些属于吸热反应
①碳与水蒸气反应制水煤气;
②H2+CuO Cu+H2O;
③炸药爆炸;
④硫酸与氢氧化钾溶液反应;
⑤生石灰与水作用制熟石灰;
⑥食物腐败。
提示:放热反应:③④⑤⑥ 吸热反应:①②
【自主思考2】 根据下列图像,从宏观上分析图Ⅰ、图Ⅱ反应过程中能量的变化,并说明理由。
Ⅰ Ⅱ
提示:图Ⅰ中反应物的总能量大于生成物的总能量,反应释放能量;图Ⅱ中反应物的总能量小于生成物的总能量,反应吸收能量。
【自主思考3】 从微观上化学键变化的角度,分析化学反应中为什么会有能量的变化
提示:化学反应包含两个过程:一是要断开反应物中的化学键,这一过程需要吸收能量(E1)克服原子间的相互作用;二是要形成生成物中的化学键,这一过程会释放能量(E2),吸收与放出的能量不同,因此化学反应中会有能量的变化。若E1>E2,反应吸收能量;若E1二、热化学方程式
1.定义:表示反应中放出或吸收热量的化学方程式,称为热化学方程式。
2.意义:不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。
【自主思考4】 热化学方程式H2(g)+ O2(g)══H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1表示的意义是什么
提示:一定条件下,1 mol H2与 mol O2反应生成1 mol水蒸气可放出241.8 kJ热量。
3.书写热化学方程式的注意事项。
(1)热化学方程式中要标明物质的状态,用g、l、s分别代表气态、液态、固态。
(2)用 ΔH 标明反应放出或吸收的热量,负值表示在该条件下反应放热,正值表示在该条件下反应吸热。
(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数,只表示物质的量。因此,它可以用整数,还可以用简单分数表示。对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其ΔH 不同。
【自主思考5】 1 mol C与1 mol O2完全反应生成1 mol CO2气体,放出393.6 kJ热量,写出反应的热化学方程式。
提示:C(s)+O2(g)══CO2(g) ΔH=-393.6 kJ·mol-1
三、燃料燃烧释放的热量
1.热值:一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。
表 几种燃料的热值
2.化石燃料燃烧带来的问题。
煤等化石燃料的燃烧常常伴随着大量烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物质的排放,后两者还能导致酸雨,对环境的破坏比较严重。而且,燃料燃烧过程中燃料使用效率不高。
3.燃料燃烧问题的解决。
(1)节约现有的能源,尤其是减少作为燃料的煤和石油的开采。
(2)提高燃料的使用效率,减少对环境的污染,利用化学方法将化石燃料转化为清洁燃料,如将煤经气化转化成煤气,或使煤经液化形成液体燃料。
(3)确保能源安全,积极开发优质的新能源,氢能、水能、
太阳能、风能等都是更清洁、更高效的能源。
四、氢燃料的应用前景
1.制备:氢气是未来理想的绿色燃料。将太阳能转化为电能,再将水催化电解获得氢气,化学方程式为
2H2O 2H2↑+O2↑。
2.贮存:科学家正在致力于研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如镧镍合金等),这将为解决氢气贮存问题开辟新的方向。贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成金属氢化物,在加热时又可释放出氢气。
3.应用。
(1)液氢常用作运载火箭的燃料。
(2)用作新型交通工具的燃料。
(3)利用氢燃料电池发电。
五、太阳能及其利用
1.光合作用。
植物体内的叶绿素等物质将水、二氧化碳转化为葡萄糖,进而生成淀粉、纤维素,实现了光能到化学能的转化。用化学方程式表示为6H2O+6CO2 C6H12O6+6O2。
2.光-热转换:利用太阳辐射能加热物体而获得热能,如地膜、大棚、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。
3.光-电转换。
(1)光-热-电转换是利用太阳能发电,一般由太阳能集热器将太阳能转化为热能,再使水转化为水蒸气以驱动汽轮机发电。
(2)光-电直接转换是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换为电能。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)化学变化过程中既有物质变化又有能量变化。( )
(2)伴有能量变化的过程一定是化学变化。( )
(3)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式变化的。( )
(4)只要有化学键的断裂,一定发生化学反应。( )
(5)断裂化学键释放出能量而生成新化学键则吸收能量。
( )
√
×
×
×
×
(6)当反应物的总能量大于生成物的总能量时,化学反应吸收能量。( )
(7)氢能是一种无污染的绿色能源。( )
×
√
2.下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是( )。
A.形成化学键的过程是放热过程
B.可逆反应进行的过程中没有能量变化
C.在常温下可以发生的反应一定是放热反应
D.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量大小无关
答案:A
解析:化学反应过程都伴随有化学键的断裂与形成,故任何化学反应中都有能量的变化,B项错误;常温下发生的反应不一定是放热反应,如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是常温下发生的吸热反应,C项错误;化学反应中能量变化的大小与反应物的质量有关,D项错误。
3.H2是一种很有前途的能源,以水为原料大量制取H2,最理想的途径是( )。
A.利用太阳能直接使水分解为H2
B.以焦炭和水为原料制水煤气后再分离出H2
C.以赤热的Fe与水反应生成H2
D.由热电厂提供电能,利用直流电电解水产生H2
答案:A
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 化学反应中能量变化的原因
问题引领
化学反应是旧键断裂和新键生成的过程,其中旧键断裂吸收的能量和新键生成释放的能量不同,故化学反应必然伴随能量的变化。那我们如何计算化学反应吸收或放出的热量呢
1.通过上述图示计算1 mol H2与1 mol Cl2生成2 mol HCl放出的热量是多少
提示:1 mol H2与1 mol Cl2生成2 mol HCl放出的热量为431.8 kJ×2-436.4 kJ-242.7 kJ=184.5 kJ。
2.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗
提示:不一定。加热、点燃、高温等是使反应发生的条件,一个反应是吸热还是放热最终取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小,因此,开始需要加热的反应也可能是放热反应,吸热反应在常温下也有可能发生。
归纳提升
1.反应热(ΔH)。
2.反应热与键能的关系。
(1)键能:断开气态物质中1 mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量,就是该共价键的键能。
(2)键能与物质的稳定性: 键能越大,共价键越牢固,形成的物质越稳定,则该物质本身所具有的能量越低。
(3)利用键能计算反应热:ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。
3.放热反应与吸热反应的比较。
典型例题
【例题1】 (2022山东烟台高一检测)下列实验现象或图像信息不能充分说明对应的化学反应的热效应的是( )。
答案:A
解析:锌粒与稀硫酸反应生成H2,气体增多,压强增大,针筒活塞向右移动,A项描述的现象不能判断反应放出热量,符合题意;由图像可知,反应物的总能量低于生成物的总能量,B项能说明该反应是吸热反应,不符合题意;集气瓶中密封空气, Na2O2与水的反应开始后,甲处液面低于乙处液面,说明瓶中空气的压强增大,推测试管中发生的反应是放热反应,C项不符合题意;稀盐酸与Na2CO3溶液反应,温度计的水银柱不断上升,说明该反应是放热反应,D项不符合题意。
【变式训练1】 下列说法中正确的是( )。
①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 ②放热反应在常温下一定很容易发生 ③反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 ④放热反应加热到一定温度引发后,停止加热,反应可能会继续进行
A.③④ B.①②
C.①②③④ D.②③④
答案:A
解析:需加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如木炭燃烧反应;放热反应常温下不一定容易发生,如木炭燃烧反应;反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小;由于放热反应在反应过程中放出热量,所以停止加热后反应可能会继续进行。
探究任务2 热化学方程式的书写
问题引领
化学反应过程中既有物质的变化,同时又有能量的变化。用热化学方程式可以把两种变化同时表示出来。参加反应的物质,其物质的量的多少、物质的聚集状态等都会影响反应中的能量变化。
1.热化学方程式中如何表示出能量变化
提示:在方程式的右侧表示出该反应的反应热,以表明反应中的能量变化。
2.书写热化学方程式的一般步骤有哪些
提示:①写出配平的化学方程式;②注明物质的聚集状态;③写出ΔH的符号、数值、单位。
3.同一个化学反应,只有一个与之对应的化学方程式,是否也只有一种形式的热化学方程式
提示:热化学方程式表明了参加反应的物质,其物质的量与反应热的关系,而ΔH的值与反应物的物质的量有关,所以热化学方程式中化学计量数不同时,ΔH也不同,一个化学反应可有多种形式的热化学方程式。
归纳提升
书写热化学方程式应注意的问题。
与普通化学方程式相比,书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外还应注意以下五点。
1.ΔH的意义。
ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的方程式的右边,并用空格隔开。若为放热反应,ΔH为“-”;若为吸热反应,ΔH为“+”。ΔH的单位一般为kJ·mol-1(或kJ/mol)。
2.反应的条件。
书写热化学方程式时应标明ΔH的测定条件。一般情况下ΔH是在25 ℃、1.01×105 Pa下测定的,此时可不注明温度和压强。
3.化学计量数。
注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,因此化学计量数可以是整数,也可以是分数。
4.物质的聚集状态。
反应物和生成物的聚集状态不同,反应热ΔH不同。因此,必须标明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”表示。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
5.热化学方程式中化学计量数与ΔH的关系。
由于ΔH与参加反应的物质的物质的量有关,所以热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应。
典型例题
【例题2】 已知在25 ℃、101 kPa下,57 g C8H18(辛烷,液态)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出2 758.80 kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是( )。
答案:B
解析:57 g C8H18燃烧生成CO2和H2O(l)放出2 758.80 kJ热量,则1 mol C8H18(质量为114 g)燃烧生成CO2和H2O(l)放出 ×2 758.80 kJ=5 517.60 kJ热量,反应放热,ΔH<0,故B项正确。
书写热化学方程式要“五查”
一查热化学方程式是否配平;
二查各物质的聚集状态是否正确;
三查ΔH的“+”“-”符号是否正确;
四查反应热的单位是否为kJ·mol-1;
五查反应热的数值与化学计量数是否相对应。
【变式训练2】 下列热化学方程式的书写正确的是( )。
A.3 mol NO2(g)与1 mol H2O(l)反应生成HNO3(aq)和NO(g),放出138 kJ的热量:3NO2(g)+H2O(l)══2HNO3(aq)+NO(g) ΔH=+138 kJ·mol-1
B.用CO(g)还原1 mol Fe2O3,放出24.8 kJ的热量: 3CO+Fe2O3══2Fe+3CO2 ΔH=-24.8 kJ·mol-1
C.1 mol HgO(s)分解为液态汞和氧气,吸收90.7 kJ的热量:2HgO(s)══2Hg(l)+O2(g) ΔH=+90.7 kJ·mol-1
D.2 mol H2(g)与O2(g)反应生成液态水放出571.6 kJ的热量:2H2(g)+O2(g)══2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1
答案:D
解析:放热反应的ΔH<0,A项错误;未注明物质的聚集状态,B项错误;2 mol HgO(s)分解为Hg(l)和O2(g)应吸收181.4 kJ的热量,C项错误。
课 堂 小 结第二单元 化学反应中的热
基础巩固
1.“低碳经济,节能减排”是21世纪世界经济发展的新思路。下列与之相悖的是( )。
A.开发水能、风能、太阳能、地热能、核能等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料
B.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
C.大力开采煤、石油和天然气,以满足经济发展的需要
D.大力发展新能源汽车,如混合动力汽车、电动汽车等,以减少碳氧化物、氮氧化物的排放
2.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )。
A.稀氨水与稀盐酸混合
B.氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌
C.乙醇燃烧
D.钠与水的反应
3.关于吸热反应的说法正确的是( )。
A.凡需加热的或使用催化剂的反应一定是吸热反应
B.只有分解反应才是吸热反应
C.碘受热升华是吸热反应
D.CO2与CaO的化合是放热反应,则CaCO3的分解是吸热反应
4.已知一定条件下断裂或生成某些化学键的能量关系如下表。
断裂或生成的化学键 能量数据
断裂1 mol H2分子中的化学键 吸收能量436.4 kJ
断裂1 mol I2分子中的化学键 吸收能量151 kJ
形成1 mol HI分子中的化学键 释放能量299 kJ
对于反应:H2+I22HI,下列说法正确的是( )。
A.该反应为吸热反应
B.该反应中反应物总能量低于生成物总能量
C.HI分子中的化学键比H2分子中的化学键更牢固
D.该反应的反应热ΔH=-10.6 kJ·mol-1
5.(双选)如图为反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的能量变化示意图,下列说法正确的是( )。
A.该反应是放热反应
B.由2 mol H2(g)和1 mol O2(g)变成4 mol H(g)、2 mol O(g)需要放出能量
C.2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g),共放出484 kJ能量
D.4 mol H(g)、2 mol O(g)生成2 mol H2O(g),共放出484 kJ能量
6.写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 mol氨气与适量氯化氢气体化合生成氯化铵固体,放出176 kJ热量: 。
(2)氮气与氧气化合生成1 mol NO气体,吸收90.25 kJ热量: 。
(3)如图是298 K、101 kPa时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为 。
(4)CuCl(s)和O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下,已知该反应每消耗1 mol CuCl(s),放热44.4 kJ,该反应的热化学方程式是 。
(5)25 ℃、101 kPa下,乙烯(C2H4)气体与氧气反应生成1 mol H2O(l)和1 mol CO2(g),放出705.5 kJ热量: 。
7.将V1 mL 1.0 mol·L-1 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变化,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。请按要求填空。
(1)实验表明发生的反应 (填“吸收”或“放出”)热量,即 能可以转化为 能;通过图像分析可知,做该实验时,环境温度 (填“高于”“低于”或“等于”)22 ℃。
(2)该NaOH溶液的浓度约为 mol·L-1。
能力提升
1.如下图所示,对A生成C的反应,下列所得结论不正确的是( )。
A.该反应为放热反应
B.该反应进行时,一定有能量放出
C.C物质比A物质稳定
D.该反应肯定很容易发生,不需要加热就可以进行
2.在25 ℃、101 kPa下,1 g甲醇(CH3OH)燃烧生成CO2和液态水时放出22.68 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是( )。
A.CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+725.76 kJ·mol-1
B.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1 451.52 kJ·mol-1
C.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-725.76 kJ·mol-1
D.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+1 451.52 kJ·mol-1
3.(双选)化学反应A2+B22AB的能量变化如图所示,则下列说法正确的是( )。
A.该反应是吸热反应
B.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能吸收x kJ能量
C.形成2 mol A—B键需要放出y kJ的能量
D.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
4.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图所示为N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。
N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)
过程中的能量变化
下列说法正确的是( )。
A.1 mol N2(g)与1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ
B.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量
C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
5.近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,像电一样,氢是一种需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的能量来制取的二级能源,而存在于自然界的可以提供现成形式能量的能源称为一级能源,如煤、石油、太阳能和原子能等。
(1)为了有效发展民用氢能源,首先必须制得廉价的氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是 。
A.电解水
B.锌与稀硫酸反应
C.光解海水
D.以石油、天然气为原料
(2)氢气燃烧时耗氧量小,发热量大。已知下列热化学方程式。
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.6 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
试计算等质量的氢气和碳燃烧时产生热量的比是 。
(3)某学生查阅大量资料,提出下列用水制取氢气的研究方向。
①研究在水不发生化学反应的情况下制取氢气,同时释放能量
②设法将太阳光聚焦,产生高温,使水分解产生氢气
③寻找高效催化剂,提高水在一定条件下分解产生氢气的转化率
④寻找特殊化学物质,用于开发廉价能源,用以分解水制取氢气
请你从上述研究方向中,选择其中不合理的一项,并简述理由。
不合理的是 ,理由是 。
第二单元 化学反应中的热
基础巩固
1.“低碳经济,节能减排”是21世纪世界经济发展的新思路。下列与之相悖的是( )。
A.开发水能、风能、太阳能、地热能、核能等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料
B.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
C.大力开采煤、石油和天然气,以满足经济发展的需要
D.大力发展新能源汽车,如混合动力汽车、电动汽车等,以减少碳氧化物、氮氧化物的排放
答案:C
解析:开发水能、风能、太阳能、地热能、核能等新能源,不仅解决了能源的利用,同时也减少了由于使用煤、石油等化石燃料而造成的环境污染问题,符合“低碳经济,节能减排”要求,A项正确;大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源,节省了化石能源,故符合“低碳经济,节能减排”要求,B项正确;大力开采煤、石油和天然气,虽然可满足经济发展的需要,但是会造成环境污染,C项错误;大力发展新能源汽车,如混合动力汽车、电动汽车等,既满足了人们对交通的需求,同时也可以减少碳氧化物、氮氧化物的排放,符合“低碳经济,节能减排”要求,D项正确。
2.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )。
A.稀氨水与稀盐酸混合
B.氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌
C.乙醇燃烧
D.钠与水的反应
答案:B
解析:生成物的总能量高于反应物的总能量,说明此反应是吸热反应。A项,中和反应属于放热反应,错误;B项,强碱与铵盐的反应属于吸热反应,正确;C项,燃烧是放热反应,错误;D项,活泼金属与水的反应属于放热反应,错误。
3.关于吸热反应的说法正确的是( )。
A.凡需加热的或使用催化剂的反应一定是吸热反应
B.只有分解反应才是吸热反应
C.碘受热升华是吸热反应
D.CO2与CaO的化合是放热反应,则CaCO3的分解是吸热反应
答案:D
解析:反应放热还是吸热与反应是否需要加热无直接的关系,与是否使用催化剂也无直接关系,多数吸热反应需要加热,但有的不需要加热,例如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应,且该反应不属于分解反应,故A、B两项错误;碘受热升华是物理变化,属于吸热过程,C项错误;放热反应的逆过程,一定是吸热反应,D项正确。
4.已知一定条件下断裂或生成某些化学键的能量关系如下表。
断裂或生成的化学键 能量数据
断裂1 mol H2分子中的化学键 吸收能量436.4 kJ
断裂1 mol I2分子中的化学键 吸收能量151 kJ
形成1 mol HI分子中的化学键 释放能量299 kJ
对于反应:H2+I22HI,下列说法正确的是( )。
A.该反应为吸热反应
B.该反应中反应物总能量低于生成物总能量
C.HI分子中的化学键比H2分子中的化学键更牢固
D.该反应的反应热ΔH=-10.6 kJ·mol-1
答案:D
解析:A项,断键吸收的能量总和为Q吸=436.4kJ+151kJ=587.4kJ,成键放出的能量总和Q放=2×299kJ=598kJ,Q吸5.(双选)如图为反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的能量变化示意图,下列说法正确的是( )。
A.该反应是放热反应
B.由2 mol H2(g)和1 mol O2(g)变成4 mol H(g)、2 mol O(g)需要放出能量
C.2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g),共放出484 kJ能量
D.4 mol H(g)、2 mol O(g)生成2 mol H2O(g),共放出484 kJ能量
答案:AC
解析:断开化学键吸收能量,形成化学键放出能量,该反应放出的能量比吸收的能量多,为放热反应,A项正确;2molH2(g)和1molO2(g)断开化学键变成4molH(g)、2molO(g)需要吸收能量,B项错误;依据图像数据分析计算,2molH2(g)和1molO2(g)反应生成2molH2O(g),共放出484kJ能量,C项正确;由图可知,4molH(g)、2molO(g)生成2molH2O(g),共放出1852kJ能量,D项错误。
6.写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 mol氨气与适量氯化氢气体化合生成氯化铵固体,放出176 kJ热量: 。
(2)氮气与氧气化合生成1 mol NO气体,吸收90.25 kJ热量: 。
(3)如图是298 K、101 kPa时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为 。
(4)CuCl(s)和O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25 ℃、101 kPa下,已知该反应每消耗1 mol CuCl(s),放热44.4 kJ,该反应的热化学方程式是 。
(5)25 ℃、101 kPa下,乙烯(C2H4)气体与氧气反应生成1 mol H2O(l)和1 mol CO2(g),放出705.5 kJ热量: 。
答案:(1)NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)
ΔH=-176 kJ·mol-1
(2)N2(g)+O2(g)NO(g)
ΔH=+90.25 kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92 kJ·mol-1
(4)4CuCl(s)+O2(g)2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6 kJ·mol-1
(5)C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-1 411 kJ·mol-1
解析:先写出反应的化学方程式→再注明各物质的聚集状态→根据热效应确定ΔH的正负→根据化学计量数确定ΔH的数值。
7.将V1 mL 1.0 mol·L-1 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变化,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50)。请按要求填空。
(1)实验表明发生的反应 (填“吸收”或“放出”)热量,即 能可以转化为 能;通过图像分析可知,做该实验时,环境温度 (填“高于”“低于”或“等于”)22 ℃。
(2)该NaOH溶液的浓度约为 mol·L-1。
答案:(1)放出 化学 热 低于
(2)1.5
解析:(1)根据图像可知,反应过程中温度升高,故发生的反应是放热反应,即放出热量;化学能转化为热能使温度升高;做该实验时,环境温度低于22℃。(2)根据图像可知,当温度最高时,两者恰好完全反应,此时V1=30,由V1+V2=50可知,V2=20,此时两溶液中溶质的物质的量之比为1∶1,故可得1.0mol·L-1×V1mL=c(NaOH)×V2mL,求得c(NaOH)=mol·L-1=1.5mol·L-1。
能力提升
1.如下图所示,对A生成C的反应,下列所得结论不正确的是( )。
A.该反应为放热反应
B.该反应进行时,一定有能量放出
C.C物质比A物质稳定
D.该反应肯定很容易发生,不需要加热就可以进行
答案:D
解析:据图可知,反应物A的能量高于生成物C的能量,为放热反应,反应进行时,一定有能量放出,A、B两项正确;A物质的能量高于C,则C物质比A物质稳定,C项正确;放热反应并不一定很容易发生, 也可能需要加热,D项错误。
2.在25 ℃、101 kPa下,1 g甲醇(CH3OH)燃烧生成CO2和液态水时放出22.68 kJ的热量,下列热化学方程式正确的是( )。
A.CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+725.76 kJ·mol-1
B.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1 451.52 kJ·mol-1
C.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-725.76 kJ·mol-1
D.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+1 451.52 kJ·mol-1
答案:B
解析:在25℃、101kPa下,1molCH3OH燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为22.68kJ×=725.76kJ,2molCH3OH燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为1451.52kJ。
3.(双选)化学反应A2+B22AB的能量变化如图所示,则下列说法正确的是( )。
A.该反应是吸热反应
B.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能吸收x kJ能量
C.形成2 mol A—B键需要放出y kJ的能量
D.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
答案:BC
解析:A项,反应物的能量高于生成物的能量,反应是放热反应,错误;B项,旧键的断裂吸收能量,正确;C项,新键的形成释放能量,由图可知形成2molA—B键可放出ykJ能量,正确;D项,该反应为放热反应,1molA2和1molB2的总能量高于2molAB的总能量,错误。
4.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图所示为N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。
N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)
过程中的能量变化
下列说法正确的是( )。
A.1 mol N2(g)与1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ
B.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量
C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
答案:B
解析:A项,946kJ·mol-1+498kJ·mol-1-2×632kJ·mol-1=180kJ·mol-1,1molN2(g)与1molO2(g)反应吸收的能量为180kJ,错误;B项,通过计算可知该反应为吸热反应,因此1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量,正确;C项,N2(g)和O2(g)要在高温或放电时才能生成NO,错误;D项,NO不是酸性氧化物,不能与NaOH溶液反应生成盐和水,错误。
5.近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,像电一样,氢是一种需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的能量来制取的二级能源,而存在于自然界的可以提供现成形式能量的能源称为一级能源,如煤、石油、太阳能和原子能等。
(1)为了有效发展民用氢能源,首先必须制得廉价的氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是 。
A.电解水
B.锌与稀硫酸反应
C.光解海水
D.以石油、天然气为原料
(2)氢气燃烧时耗氧量小,发热量大。已知下列热化学方程式。
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.6 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
试计算等质量的氢气和碳燃烧时产生热量的比是 。
(3)某学生查阅大量资料,提出下列用水制取氢气的研究方向。
①研究在水不发生化学反应的情况下制取氢气,同时释放能量
②设法将太阳光聚焦,产生高温,使水分解产生氢气
③寻找高效催化剂,提高水在一定条件下分解产生氢气的转化率
④寻找特殊化学物质,用于开发廉价能源,用以分解水制取氢气
请你从上述研究方向中,选择其中不合理的一项,并简述理由。
不合理的是 ,理由是 。
答案:(1)C
(2)4.36∶1
(3)① 水分子中不含氢气分子,不可能在不发生化学反应的情况下得到氢气,且水分解是吸热反应(或③ 催化剂能提高水分解产生氢气的反应速率,但不能提高水的转化率)
解析:(1)利用太阳能光解海水是制取氢气的合理途径。
(2)由热化学方程式可知,相同质量的氢气和碳完全燃烧时放出的热量之比:
(285.8kJ·mol-1×)∶(393.6kJ·mol-1×)≈4.36∶1
