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第1课时 反应热 焓变
目 标 素 养
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。
2.了解反应热的概念,通过教材中的“中和反应反应热的测定”实验,掌握反应热的测定方法。
3.了解反应热与焓变的关系,能从微观角度认识化学反应中能量变化的主要原因,能进行ΔH的简单计算。
目 标 素 养
4.认识热化学方程式的意义并能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能利用反应焓变合理选择和利用化学反应。
5.理解燃烧热的定义,掌握表示物质燃烧热的热化学方程式的书写。
知 识 概 览
一、反应热与焓变
1.体系与环境。
体系——容器内的反应物及发生的反应等可看作一个反应体系,又称系统。
环境——与体系相互影响的其他部分。
热量是指因温度不同而在 体系 与 环境 之间交换或传递的能量。
微解读 反应体系通常有敞开体系(体系与环境有物质交换,也有能量交换。如敞口试管中锌粒与稀硫酸反应)、封闭体系(体系与环境没有物质交换,但有能量交换。如恒温下密闭容器中进行的反应)、孤立体系(体系与环境既没有物质交换,也没有能量交换。如绝热密闭容器中进行的反应)。
2.反应热。
(1)定义:在等温条件下,化学反应体系向环境 释放 或从环境 吸收 的热量称为反应热。
微解读 反应热概念中“等温条件”是指化学反应发生后,体系温度恢复到反应前体系的温度,即反应前后体系的温度相等。
(2)产生反应热的原因:化学反应前后体系的 内能 (体系内物质的各种能量的总和)发生了变化;实质是 化学键断裂和形成时的能量变化 。
(3)测量:许多反应热可通过 量热计 直接测定。例如,大量实验测得,在25 ℃和101 kPa下,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,放出 57.3 kJ的热量。
3.焓变。
(1)内能:体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(2)焓:与内能有关的物理量,符号为 H 。
(3)焓变:化学反应体系中生成物与反应物的焓值差,符号为ΔH ,常用单位为kJ·mol-1。在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于焓变。
微判断 (1)化学反应的反应热一定是化学反应的焓变。( )
(2)形成1 mol H—Cl放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。( )
(3)石墨转变成金刚石吸收能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。( )
(4)水蒸气变成液态水放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。( )
(6)焓是一个物理量,与内能有关。( )
×
×
√
×
√
二、吸热反应与放热反应
1.图示。
2.结论。
当反应体系放热时其焓 减小 ,ΔH < 0;当反应体系吸热时其焓 增大 ,ΔH > 0。
3.常见的放热反应、吸热反应。
放热反应 吸热反应
①所有的燃烧反应;
②大多数化合反应;
③酸碱中和反应;
④活泼金属与水或酸的反应;
⑤物质的缓慢氧化;
⑥铝热反应 ①大多数分解反应;
②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;
③C与CO2或H2O(g)的反应;
④NaHCO3溶液与稀盐酸的反应
微训练1.下列说法正确的是( )。
A.化学反应过程中的能量变化就是热能的变化
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热,可根据反应物和生成物所具有的总能量的相对大小判断
D.吸热反应在常温下一定不能发生
答案:C
解析:A项,化学反应过程中的能量变化除了热能的变化外,也可以是光能和电能的变化;B项,放热反应在常温下不一定容易发生,如C(s)与O2(g)在点燃条件下才能发生;D项,吸热反应在常温下也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl的反应。
2.在一定条件下金属单质Na与H2O反应可生成NaOH和H2,其能量变化如下图:
其中E1>E2,反应体系的总能量 (填“升高”或“降低”),为 (填“吸热”或“放热”)反应,其原因是
。
答案:降低 放热 反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放到环境中
解析:对于放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,反应过程中部分能量释放到环境中,使反应体系总能量降低。
一、中和反应反应热的测定
问题探究
某学校化学兴趣小组的同学利用下图装置测定中和反应的反应热,实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.25 mol·L-1硫酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒中,盖上杯盖,测出硫酸的温度;用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
②用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测出其温度;用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
③将NaOH溶液倒入量热计的内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,用玻璃搅拌器匀速搅拌,密切关注温度变化,测出混合液的最高温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
请回答下列问题。
1.实验中NaOH溶液的浓度为什么选择0.55 mol·L-1 实验步骤③中倒入NaOH溶液应怎样正确操作
提示:本实验中硫酸和NaOH溶液的体积相同,为了保证硫酸充分反应,所以NaOH溶液的浓度略大于硫酸中H+的浓度。实验中为了减少热量的散失,应将NaOH溶液一次迅速倒入。
2.该实验小组获得的实验数据如下表,请填写下表中的空白,并思考应如何处理实验数据
实验
次数 反应物的温度/℃ 反应前体系的温度
t1/℃ 反应后体系的温度
t2/℃ 温度差
(t2-t1)/℃ 温度差
平均
值/℃
H2SO4
溶液 NaOH
溶液
1 26.2 26.0 26.1 29.5 3.4
2 27.0 27.4 27.2 32.3 5.1
3 25.9 25.9 25.9 29.2 3.3
4 26.4 26.2 26.3 29.8 3.5
提示:温度差平均值为3.4 ℃。本实验应先求反应后体系的温度和反应前体系的温度的温度差,再取温度差的平均值,以便发现误差较大的数据。若某数据与其他数据相差太大,应舍去。
3.近似认为0.55 mol·L-1 NaOH溶液和0.25 mol·L-1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1
·℃-1。利用上述数据计算该反应生成1 mol水时的反应热ΔH。
归纳总结
1.实验原理。
通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得中和反应的反应热。
2.实验装置。
简易量热计示意图
3.测量步骤。
4.数据处理。
其中(m1+m2)表示溶液的质量,单位为g;
c为比热容,c=4.18 J·(g·℃)-1。
5.注意事项。
项目 内容
实验
关键 ①迅速混合,防止热量散失。②在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值,记录下最高温度值
项目 内容
注意
事项 ①温度计不要靠在容器壁上或接触容器底部。②用温度计测量溶液温度后,测另一溶液温度之前要先洗涤。③不可将温度计当作搅拌器使用;要用玻璃搅拌器匀速搅拌。④为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。⑤要迅速将NaOH溶液一次性全部倒入量热计中(不要洒到杯外),并立即盖上杯盖
典例剖析
【例1】 某学生为测定中和反应的反应热,取用50 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液(密度都是1 g·cm-3)。实验中测得的数据如下表所示:
实
验
次
数 反应物的
温度/℃ 反应前体
系的温度 反应后体
系的温度 温度差
盐酸 NaOH
溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
1 25.5 25.0 25.25 28.5 3.25
2 24.5 24.5 24.5 27.5 3.00
3 25.0 24.5 24.75 26.5 1.75
(1)反应后溶液的比热容为4.18 J·(g·℃)-1。请利用该学生测得的数据计算生成1 mol H2O时的反应热:ΔH= 。
(2)该学生测得反应热的数值比57.3 kJ·mol-1 (填“高”或“低”)。
(3)从下列因素中选出该学生产生实验误差的可能原因
。
A.溶液混合后未及时盖好量热计杯盖
B.倾倒溶液太快,有少量溶液溅出
C.溶液混合后搅拌不够
D.未等温度升到最高值就记录温度计示数
E.用量筒量取盐酸体积时仰视读数
答案:(1)-52.25 kJ·mol-1 (2)低 (3)ABCD
解析:根据实验数据可知,实验3中的数据是异常的,应舍去,
所以温度差的平均值是3.125 ℃。ΔH=- kJ·mol-1=
kJ·mol-1=-52.25 kJ·mol-1,该学生测得的反应热的数值比57.3 kJ·mol-1低。数值偏低,说明实验过程中有热量损失或者是酸、碱有损失。E中实际量取盐酸的体积大于50 mL,结果应该是偏高,所以正确的答案为ABCD。
学以致用
1.为了测定酸碱中和反应的反应热,计算时至少需要的数据是
( )。
①酸溶液的浓度和体积 ②碱溶液的浓度和体积
③比热容 ④反应后溶液的质量 ⑤生成水的物质的量
⑥反应前后温度的变化 ⑦操作所需的时间
A.①②⑥⑦ B.①③④⑤
C.③④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥⑦
答案:C
解析:根据计算公式 ×10-3 kJ·mol-1可知, C项正确。
2.某小组用25.00 mL 0.50 mol·L-1 NaOH溶液和25.00 mL 0.50 mol·L-1H2SO4溶液进行反应热的测定,实验测得生成1 mol水的ΔH=-53.5 kJ·mol-1。该值与理论值产生偏差的原因不可能是( )。
A.实验装置保温、隔热效果差
B.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
C.分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的量热计内筒中
D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
B
解析:由题给信息可知,实验测得的生成1 mol水放出的热量偏少。装置保温、隔热效果差,则测得放出的热量偏少,A项不符合题意;量取NaOH溶液的体积时仰视读数,量取的NaOH溶液偏多,而H2SO4过量,则实验放出的热量偏多,B项符合题意;分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的量热计内筒中,热量散失较多,测得反应后体系温度偏低,则测得生成1 mol水放出的热量偏少,C项不符合题意;
用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,会导致H2SO4溶液的起始温度偏高,则测得生成1 mol水放出的热量偏少,D项不符合题意。
二、化学反应中能量变化的原因与ΔH的计算
问题探究
N2与O2在放电时发生反应生成NO,下面是25 ℃和101 kPa下,反应N2(g)+O2(g)══2NO(g)的能量变化图。
1.在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量是多少 形成2 mol NO分子中的化学键释放的总能量是多少 由此计算该反应的ΔH是多少
提示:在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量为1 mol×946 kJ·mol-1+1 mol ×498 kJ·mol-1=1 444 kJ。形成2 mol NO分子中的化学键放出的总能量为2 mol×632 kJ·mol-1=1 264 kJ。则反应N2(g)+O2(g)══2NO(g)生成2 mol NO吸收的热量为1 444 kJ-1 264 kJ=180 kJ,即反应的ΔH=+180 kJ·mol-1。
2.根据图示中的数据计算25 ℃和101 kPa下2NO(g)══N2(g)+O2(g)的焓变(ΔH)是多少 与上题1中的ΔH相比,得出的结论是什么
提示:ΔH=断裂化学键吸收的总能量-形成化学键释放的总能量=(2×632 kJ·mol-1)-(946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1)=-180 kJ·mol-1。正、逆反应的焓变(ΔH)数值相等,符号相反。
归纳总结
1.微观角度认识。
化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。
2.宏观角度认识。
一个化学反应是吸收能量还是放出能量,由反应物的总焓(∑H反)与生成物的总焓(∑H生)的相对大小来决定。若∑H反>∑H生,则会放出能量;若∑H反<∑H生,则需要吸收能量,如图所示。
典例剖析
【例2】 已知化学反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)中焓的变化示意图如图所示。
(1)下列说法正确的是( )。
A.化学反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)是吸热反应
B.断裂2 mol NO和 1 mol O2中的化学键可放出x kJ能量
C.形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量
D.2 mol NO2的总焓高于2 mol NO和1 mol O2的总焓
(2)2NO2(g)══2NO(g)+O2(g)的ΔH为 。
答案:(1)C (2)-(x-y) kJ·mol-1
解析:根据图示,2 mol NO和1 mol O2的总焓高于2 mol NO2的总焓,所以反应2NO+O2══2NO2是放热反应,选项A和选项D都错误;断裂2 mol NO和1 mol O2中的化学键需吸收x kJ能量,形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量,选项B错误,选项C正确。
学以致用
3.关于如图的说法不正确的是( )。
A.1 mol固态碘与1 mol H2化合生成
2 mol HI气体时,需要吸收5 kJ的能量
B.2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气和1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量
C.1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量
D.碘蒸气与H2生成HI气体的反应是吸热反应
D
解析:由图可知,1 mol I2(s)+1 mol H2(g)吸收5 kJ能量生成2 mol HI(g),A项正确;1 mol I2(g)+1 mol H2(g)放出12 kJ能量生成2 mol HI(g),则2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气和1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量,B项正确;1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)放出17 kJ的能量,则1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量,C项正确;1 mol I2(g)+1 mol H2(g)放出12 kJ能量生成2 mol HI(g),反应为放热反应,D项错误。
4.键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子时所吸收的能量。已知下列化学键的键能:
化学键 H—H N≡N N—H
键能/(kJ·mol-1) 436 946 391
则反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH= 。
答案:-92 kJ·mol-1
解析:ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量=946 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=2 254 kJ·mol-1-2 346 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
1.下列有关能源与能量的说法正确的是( )。
A.风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的使用,有利于碳达峰的实现
B.化学反应在物质变化的同时,伴随着能量变化,其表现形式只有吸热和放热两种
C.已知C(石墨,s)══C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
D.所有反应的反应热都可以通过量热计直接测量
答案:A
解析:风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的使用,可减少CO2的排放,有利于碳达峰的实现,A正确;化学反应中的能量变化不仅体现为热能,还可体现为电能、光能等,B错误;ΔH>0的反应吸热,所以石墨的能量较低,能量越低物质越稳定,故石墨更稳定,C错误;部分反应的反应热可以通过量热计直接测量,而有些反应的反应热无法通过量热计直接测量,D错误。
2.下列变化一定为放热的化学反应的是( )。
A.H2O(g)══H2O(l)放出44 kJ热量
B.ΔH>0的化学反应
C.形成化学键时共放出能量862 kJ的
化学反应
D.能量变化如下图所示的化学反应
答案:D
解析:化学反应放热还是吸热,取决于H(生成物)与H(反应物)的相对大小。若H(生成物)>H(反应物),则反应吸热,反之放热。A项,H2O(g)══H2O(l)为物理变化;B项,ΔH>0,即H(生成物)>H(反应物),反应吸收热量;C项,无法确定反应放热还是吸热;D项,由图可知H(生成物)3.已知弱酸电离时吸收能量。在中和反应反应热的测定实验中,下列说法正确的是( )。
A.使用玻璃搅拌器匀速搅拌是为了使酸与碱充分反应,提高测定结果的准确度
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中要用温度计搅拌混合溶液
C.若用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸反应,当所取的溶液体积相等时,测得的反应热数值相同
D.在中和反应反应热的测定实验中只测量一次就能准确得到实验结果
答案:A
解析:温度计不能用来搅拌溶液,易破损,B项错误;CH3COOH电离时吸热,测得的反应热数值偏小,C项错误;实验中一般测量3次,若有异常数据,舍弃后再取平均值作为计算依据,以提高准确度,D项错误。
4.已知在25 ℃和101 kPa下,反应H2(g)+Br2(l)══2HBr(g)的ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收30 kJ的能量,其他相关数据如下表:
物质 H2(g) Br2(g) HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ 436 a 369
则表中a为( )。
A.404 B.260 C.230 D.200
答案:D
解析:化学反应中,断裂反应物的化学键吸收能量,形成生成物的化学键释放能量,吸收的能量与释放的能量之差即反应热,所以ΔH=(436+30+a-369×2) kJ·mol-1=-72 kJ·mol-1,解得a=200。
5.化学反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的能量变化如下图所示:
已知断裂1 mol N≡N、1 mol N—H分别需要吸收946 kJ、391 kJ的能量,试回答下列问题。
(1)该反应为 (填“吸热”
或“放热”)反应。
(2)断裂1 mol H2中化学键所需
能量为 kJ。
(3)该反应的反应热ΔH= 。
答案:(1)放热 (2)436 (3)-92 kJ·mol-1第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第1课时 反应热 焓变
课后·训练提升
基础巩固
1.下列有关反应热效应的说法正确的是( )。
A.大多数分解反应都是吸热反应
B.氧化还原反应都属于放热反应
C.有催化剂参与的反应是放热反应
D.有化学键断裂的反应是吸热反应
答案:A
解析:大多数化合反应是放热反应,大多数分解反应是吸热反应,A正确;氧化还原反应不一定是放热反应,如碳与二氧化碳高温条件下反应生成一氧化碳为氧化还原反应,但属于吸热反应,B错误;催化剂改变化学反应速率,但化学反应的吸、放热与是否有催化剂参与无关,C错误;所有的化学反应均有化学键的断裂和生成,反应物断键吸收的热量比生成物成键放出的热量多,该反应为吸热反应,反之为放热反应,D错误。
2.在试管中进行的盐酸与NaOH溶液之间的反应,属于环境的是( )。
A.盐酸 B.NaOH溶液
C.发生的反应 D.试管
答案:D
解析:环境是与体系相互影响的其他部分,如盛有溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。
3.下列有关中和反应反应热测定实验的说法中,正确的是( )。
A.取用等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液发生反应
B.可以用铁制杯盖
C.温度计每次用后,要用水冲洗干净
D.记录不再变化的温度为终止温度
答案:C
解析:中和反应反应热测定实验中,为保证一方完全反应,往往需要另一方稍微过量,A项错误;金属的导热性好,热量散失多,不应该用铁制杯盖,B项错误;用温度计测完酸(或碱)溶液的温度后,要用水冲洗干净,再测定碱(或酸)溶液的温度,C项正确;实验记录的最高温度为反应后体系的温度,不能是不再变化的温度,D项错误。
4.下列说法中正确的是( )。
A.焓变的单位是kJ·mol-1,是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B.反应吸热时ΔH<0
C.一个化学反应中,当反应物的总焓大于生成物的总焓时,反应放热,ΔH为“-”
D.一个化学反应中,当生成物总键能大于反应物的总键能时,反应吸热,ΔH为“+”
答案:C
解析:焓变单位中的kJ·mol-1是指每摩尔具体的反应,不一定指参加反应的物质,A项错误;吸热反应的ΔH>0,B项错误;反应中物质所具有的总能量减少,反应就放出热量,反之就吸收热量,C项正确;化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,断键时吸收能量,成键时释放能量,所以D项错误。
5.化学家格哈德·埃特尔证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意图如下:
下列关于合成氨反应的叙述中不正确的是( )。
A.该过程表明,在化学反应中存在化学键的断裂与形成
B.在催化剂的作用下,反应物的化学键变得容易断裂
C.过程②需吸收能量,过程③则放出能量
D.常温下该反应难以进行,是因为常温下生成物的化学键难以形成
答案:D
解析:由图中可知,每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子,然后生成2个氨分子,生成氨气分子之前是氢原子和氮原子,A项正确;催化剂能改变化学反应的速率,合成氨的反应在催化剂作用下,反应速率增大,意味着反应物化学键的断裂和生成物化学键的形成变得更容易,B项正确;化学键的断裂需要吸收能量,而化学键的形成则放出能量,从图中可看出②为化学键断裂过程,③为新的化学键形成过程,C项正确;反应物N2中的N≡N断裂需要吸收较多的能量,所以该反应在常温下难以进行,D项错误。
6.在氢气与氧气的反应中,1 mol H2(g)中的化学键断裂时需要吸收a kJ的能量,1 mol O2(g)中的化学键断裂时需要吸收b kJ的能量,1 mol H2O(g)中的化学键形成时要释放c kJ的能量。则下列关系式正确的是( )。
A.a+b>c B.a+bC.2a+b<2c D.2a+b=2c
答案:C
解析:氢气与氧气反应的化学方程式为2H2+O22H2O,该反应为放热反应,ΔH=(2a+b-2c) kJ·mol-1<0,所以2a+b<2c,C项正确。
7.已知化学反应2C(s)+O2(g)2CO(g),2CO(g)+O2(g)2CO2(g)都是放热反应。下列说法中正确的是(其他条件相同)( )。
A.28 g CO所具有的能量一定高于44 g CO2所具有的能量
B.56 g CO和32 g O2所具有的总能量高于88 g CO2所具有的总能量
C.32 g O2所具有的总能量高于44 g CO2所具有的总能量
D.将一定质量的C燃烧,生成CO2与生成CO 时放出的热量一样多
答案:B
解析:放热反应是反应物的总能量高于生成物的总能量。
8.CO与O在催化剂表面形成化学键时的能量变化如图所示,下列说法错误的是( )。
A.反应物CO中C与O之间的化学键发生断裂
B.从催化剂上脱离生成的过程放热
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.CO与O反应生成CO2的过程ΔH<0
答案:A
解析:由图可知,反应物CO中C与O之间的化学键没有发生断裂,故A错误;由图可知从催化剂上脱离生成的过程,能量降低,放出热量,故B正确;CO2的结构式为OCO,CO2分子中存在极性共价键,故C正确;CO和O原子反应生成CO2的过程是放热反应,则ΔH<0,故D正确。
9.科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体(如图所示),与白磷分子(P4)相似。已知断裂1 mol N—N吸收193 kJ热量,断裂1 mol N≡N吸收941 kJ热量,则下列说法错误的是( )。
A.N4、P4都属于单质
B.1 mol N4气体转化为N2时要放出724 kJ能量
C.N4不是N2的同系物
D.1 mol N4完全转化为N原子的过程中释放1 158 kJ能量
答案:D
解析:N4是只由氮元素组成的纯净物,属于单质;P4是只由磷元素组成的纯净物,属于单质,A项正确。从结构图中可看出,1个N4分子中含有6个N—N,根据N4(g)2N2(g),有ΔH=6×193 kJ·mol-1-2×941 kJ·mol-1=-724 kJ·mol-1,B项正确。N4与N2互为同素异形体,而不是同系物,C项正确。1 mol N4完全转化为N原子断裂6个N—N,需要吸收193 kJ×6=1 158 kJ能量,D项错误。
10.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量:
物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
243 193 151 432 366 298 436
根据上述数据回答下列问题。
(1)下列物质本身具有的能量最低的是 。
A.H2 B.Cl2
C.Br2 D.I2
(2)下列氢化物中,最稳定的是 。
A.HCl
B.HBr
C.HI
(3)X2+H22HX(X代表Cl、Br、I)的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)相同条件下,X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应,若消耗等物质的量的氢气时,放出或吸收热量最多的是 。
(5)若无上表中的数据,你能正确回答出问题(4)吗 。你的根据是 。
答案:(1)A
(2)A
(3)放热
(4)Cl2
(5)能 生成物越稳定,放出的热量越多,在HX中,HCl最稳定
解析:键能越大,分子越稳定,物质所具有的能量越低。
11.用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液在如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可计算该中和反应的反应热。
回答下列问题。
(1)装置中杯盖缺失,求得的反应热ΔH (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(2)如果用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”),所求反应热 (填“相等”或“不相等”)。
(3)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的反应热ΔH (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
答案:(1)偏大 (2)不相等 相等 (3)偏大
解析:(1)杯盖缺失,热量损失,根据温度变化求得反应放出的热量偏少,ΔH偏大。(2)酸与碱的用量不同,反应放出的热量不相等,但求得的反应热相等。(3)因为NH3·H2O电离时吸热,所以测得反应放出的热量偏少,ΔH偏大。
能力提升
1.H2与O2发生反应的过程用模型表示如下(“—”表示化学键):
下列说法不正确的是( )。
A.过程Ⅰ是吸热过程
B.过程Ⅲ一定是放热过程
C.该反应过程所有旧化学键都断裂,且形成了新化学键
D.该反应的能量转化只能以热能的形式进行
答案:D
解析:过程Ⅰ分子中的化学键断裂,形成原子,属于吸热过程,A项正确;过程Ⅲ为新化学键形成的过程,属于放热过程,B项正确;过程Ⅰ中所有的旧化学键都断裂,过程Ⅲ为新化学键形成的过程,C项正确;该反应可通过燃料电池实现化学能到电能的转化,D项错误。
2.已知强酸的稀溶液与强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O时的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列说法中错误的是( )。
A.将含1 mol NaOH的稀溶液与50 g 98%的硫酸混合后放出的热量大于57.3 kJ
B.将含1 mol NaOH的稀溶液与含1 mol CH3COOH的稀溶液混合后放出的热量小于57.3 kJ
C.用0.50 mol·L-1盐酸和氢氧化钠固体进行实验,测出生成1 mol H2O时的反应热数值偏大
D.用稀硫酸和稀硝酸分别与Ba(OH)2稀溶液进行反应测定生成1 mol H2O时的反应热,其数值相同
答案:D
解析:选项A中98%的硫酸属于浓硫酸,与水混合时放出热量,使放出的热量增多,A项正确;选项B中 CH3COOH是弱酸,电离时吸热,使反应中放出的热量减少,B项正确;选项C中氢氧化钠固体溶于水放热,使放出的热量增多,C项正确;D项中H2SO4与Ba(OH)2反应还生成BaSO4沉淀,放出的热量增多,D项错误。
3.反应A+BC(ΔH<0)分两步进行:①A+BX(ΔH>0),②XC(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中焓的变化的是( )。
答案:D
解析:①A+BX ΔH>0,X的焓大于A与B的焓之和,选项A、C错误;
②XC ΔH<0,A+BC ΔH<0,C的焓小于X的焓,也小于A与B的焓之和,选项B错误,选项D正确。
4.在载人航天器中,可以利用CO2与H2反应,将航天员呼出的CO2转化成H2O等。已知:4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-270 kJ·mol-1,相关的化学键键能数据如下:
化学键 C—H CO H—H H—O
键能/(kJ·mol-1) x 745 436 463
则表中的x为( )。
A.226.75 B.278
C.413 D.644.5
答案:C
解析:化学反应的焓变ΔH=反应物总键能-生成物总键能,据此计算。4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=(4×436 kJ·mol-1)+(2×745 kJ·mol-1)-(4×x kJ·mol-1)-(4×463 kJ·mol-1)=-270 kJ·mol-1,x=413。
5.在200 ℃、1.01×105 Pa下,1 mol H2燃烧生成气态水的能量变化如图所示,已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-490 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是( )。
A.a=498
B.H—O的键能为930 kJ·mol-1
C.物质所具有的总能量:甲>丙>乙
D.1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收1 860 kJ的热量
答案:A
解析:反应热大小等于反应物的键能减去生成物的键能,872 kJ+a kJ-1 860 kJ=-490 kJ,求得a=498,A项正确。通过乙→丙可以计算H—O的键能,为=465 kJ·mol-1,B项错误。根据能量守恒,甲→乙需要吸收热量,则物质所具有的总能量:甲<乙;乙→丙释放热量,则物质所具有的总能量:乙>丙,C项错误。1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ的热量,D项错误。
6.某化学社团的同学通过实验测定中和反应的反应热。
(1)实验用品有:量热计、胶头滴管、玻璃搅拌器、0.5 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液,实验还缺少的玻璃仪器是 。
(2)实验中能否用环形铜制搅拌器代替玻璃搅拌器 (填“能”或“否”),原因是 。
(3)他们记录的实验数据如下:
实验用品 反应前后溶液温度 反应热
t1 t2
a 50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液 50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液 20 ℃ 23.3 ℃ ΔH
b 50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液 50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液 20 ℃ 23.5 ℃
已知:Q=cm,反应后溶液的比热容c为4.18 J·(g·℃)-1,各物质的密度均为1 g·cm-3。
①计算上表中ΔH= 。
②根据实验结果写出NaOH溶液与HCl溶液反应的热化学方程式:
。
(4)若用KOH代替NaOH,对测定结果 (填“有”或“无”)影响;若用醋酸代替HCl做实验,对测定结果 (填“有”或“无”)影响。
答案:(1)量筒、温度计
(2)否 金属易导热,热量散失多,导致误差偏大
(3)①-56.8 kJ·mol-1
②NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-56.8 kJ·mol-1
(4)无 有
解析:(1)中和反应反应热测定的关键是减少实验过程中的热量损失,需要的仪器除题目中的仪器外,还要用量筒量取液体体积,用温度计测量液体的温度。
(2)不可以,铜丝易导热,会增大热量散失。
(3)①由题意知:a中t2-t1=23.3 ℃-20 ℃=3.3 ℃。
b中t2-t1=23.5 ℃-20 ℃=3.5 ℃
故=3.4 ℃。
由Q=cm=4.18 J·(g·℃)-1×100 g×3.4 ℃≈1.42 kJ,
则ΔH=-=-≈-56.8 kJ·mol-1。
②NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-56.8 kJ·mol-1。
(4)KOH、NaOH都是强碱,对结果无影响。而用CH3COOH代替HCl,由于CH3COOH为弱酸,电离需吸热,故对测定结果有影响。
7.(1)已知单质硫在通常条件下以S8(斜方硫)的形式存在,而在蒸气状态时,含有S2、S4、S6及S8等多种同素异形体,其中S4、S6和S8具有相似的结构特点,其结构如图所示:
若已知硫氧键的键能为d kJ·mol-1,氧氧键的键能为e kJ·mol-1,S(s)+O2(g)SO2(g)的ΔH=-a kJ·mol-1,则S8分子中硫硫键的键能为 kJ·mol-1。
(2)异丁烯与氯化氢发生加成反应过程的体系能量变化如图所示,下列叙述正确的是 (填字母)。
A.产物②比产物①更稳定
B.此过程中只发生了非极性键的断裂
C.异丁烯与氯化氢的加成反应为吸热反应
D.1 mol产物①或②中均含有7 mol共价键
答案:(1)(2d-a-e)
(2)A
解析:(1)设硫硫键的键能为x kJ·mol-1,则:
-a kJ·mol-1=×8×x kJ·mol-1+e kJ·mol-1-2d kJ·mol-1,x=2d-a-e。
(2)能量越低,物质越稳定,根据图示可知,产物②比产物①的能量更低,故产物②比产物①更稳定,A正确;根据反应原理可知,反应过程中有碳碳键的断裂和氢氯键的断裂,B错误;根据图示可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,C错误;根据产物的结构简式可知,1mol产物①或②中均含有13 mol共价键,D错误。
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