一、主干知识——在微点判断中澄清
1.判断下列有关反应热与焓变叙述的正误
(1)化学变化中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化 ( )
(2)所有的化学反应都伴有能量的变化 ( )
(3)伴有能量变化的一定是化学反应 ( )
(4)加热条件下发生的反应均为吸热反应 ( )
(5)反应热的测定中,使用玻璃搅拌器是为了减小实验误差 ( )
(6)可以直接测量任意一反应的反应热 ( )
(7)燃烧一定是氧化还原反应,一定会放出热量 ( )
(8)在一个化学反应中,当反应物总焓大于生成物的总焓时,反应放热,ΔH为负值 ( )
(9)浓硫酸溶于水时,体系的温度升高,该过程属于放热反应 ( )
(10)石墨转化为金刚石需要吸收能量,所以石墨更稳定 ( )
2.判断下列有关热化学方程式和燃烧热的叙述的正误
(1)在101 kPa下,1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量就是其燃烧热 ( )
(2)1 mol H2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出的热量为H2的燃烧热 ( )
(3)表示燃烧热的热化学方程式可以有无数个 ( )
(4)燃烧热的数值与参与反应的可燃物的物质的量成正比 ( )
(5)所有物质的燃烧热其ΔH均小于0 ( )
(6)氢气的燃烧热为285.5 kJ· mol-1,则电解水的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5 kJ· mol-1 ( )
(7)CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-Q kJ·mol-1表示标准状况下1 mol CO(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol CO2(g)时放出Q kJ的热量 ( )
3.判断下列有关盖斯定律的叙述的正误
(1)化学反应不管是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的 ( )
(2)利用盖斯定律可间接计算通过实验难以测定反应的反应热 ( )
(3)同温同压下,氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同 ( )
(4)盖斯定律遵守能量守恒定律 ( )
(5)将碳控制燃烧进度,先燃烧生成CO,再将CO燃烧生成CO2,能够放出更多热量 ( )
(6)对于可逆反应而言,热化学方程式中的反应热表示反应达到平衡时所放出或吸收的热量 ( )
二、综合思维——在知识融会中贯通
(一)反应热
[综合训练]
1.氢气是一种清洁能源,下图是H2和O2反应生成H2O的能量变化示意图,由图可知 ( )
A.2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)反应放出571.6 kJ热量
B.生成2 mol H2O(g)需要吸收483.6 kJ的能量
C.H2和O2具有的总能量比H2O所具有的总能量高
D.H2O(g)H2O(l),断键吸收的能量小于成键释放的能量
2.氧炔焰是乙炔(俗称电石气)在空气中燃烧产生的火焰,温度可达3 000 ℃以上,常用来切割和焊接金属。一定量的乙炔(C2H2)气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水,当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时,放出Q kJ的热量,则下列热化学方程式正确的是 ( )
A.2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=Q kJ
B.2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1
C.2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q kJ·mol-1
D.2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+Q kJ·mol-1
3.N2O和CO反应可转化为无毒气体:N2O(g)+CO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH。已知该反应分两步进行,反应进程中能量变化如图所示。
下列说法正确的是 ( )
A.ΔH=E1-E2
B.改变反应条件可改变ΔH的值
C.ΔH<0,故反应无需加热即可发生
D.反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2
4.(2025·金华高二检测)某同学利用简易量热计测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq)FeSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH(忽略温度对焓变的影响),实验结果见下表:
序 号 反应试剂 体系温度/℃
反应前 反应后
ⅰ 0.2 mol·L-1 CuSO4 溶液100 mL 1.20 g Fe粉 a b
ⅱ 0.56 g Fe粉 a c
溶液比热容取4.18 J/(g·℃),溶液的密度取1.0 g·mL-1,忽略溶液体积、质量变化以及水以外各物质吸收的热量。下列说法不正确的是 ( )
A.简易量热计中含有温度计、玻璃搅拌器
B.温度:b>c
C.实验ⅰ反应放出的热量为418(b-a)J
D.根据实验ⅱ,可得ΔH=41.8(c-a)kJ·mol-1
(二)反应热的计算
[综合训练]
5.(2025·辽源东丰五校期末联考)已知高炉炼铁时发生反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-24.6 kJ·mol-1,则生成56 g Fe(s)时,上述反应的能量变化为 ( )
A.放出8.2 kJ能量 B.吸收8.2 kJ能量
C.放出12.3 kJ能量 D.吸收12.3 kJ能量
6.(2025·郑州阶段检测)黑火药是我国古代四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1
已知:碳的摩尔燃烧焓Δ=2a kJ·mol-1
S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=2b kJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=2c kJ·mol-1
则x为 ( )
A.6a+2b-2c B.c-3a-b
C.a+b-c D.c-a-b
7.已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=a kJ·mol-1;
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-220 kJ·mol-1。
H—H、OO和O—H的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1,则a为 ( )
A.-332 B.-118
C.+350 D.+130
8.(2025·邢台期中检测)生成热是指由标准状况(101 kPa,273 K)下最稳定单质生成标准状况下单位物质的量的化合物的热效应或焓变(ΔH)。最稳定的单质的标准生成热规定为零。几种含锡物质的生成热如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.其他条件相同,最稳定的是SnO2(s)
B.SnCl2(s)+Cl2(g)SnCl4(g) ΔH=-146.4 kJ·mol-1
C.SnO2(s)+Sn(s)2SnO(s) ΔH<0
D.最稳定的Sn在氧气中完全燃烧生成30.2 g SnO2(s)时放出的热量为116.14 kJ
三、迁移应用——在课题活动中践行
课题活动 形形色色的能源
面对人类的可持续发展,从现有常规能源向清洁、可再生能源过渡是当前科学研究的重大课题。因为清洁能源是依托高新技术的发展,开辟持久可再生能源的道路,以满足人类不断增长的能源需求,并保护地球的洁净。在这些技术中能源材料具有突出和重要的作用。所谓清洁能源是指其开发、使用对环境无污染的能源,其中包括可再生能源和其他新能源。
探究目标(一) 常规能源的开发与利用
从生活中衣食住行,到工业生产中,再到航天科研,我们所需要的能源是多种多样的。目前,人类活动所需要的能源大部分还是常规能源,常规能源的使用过程虽然给我们带来了便利,但是也带来了一系列问题,所以能源的合理使用至关重要。
1.乙醇汽油是由普通汽油与燃料乙醇调和而成的,它可有效改善汽油的性能和质量,降低CO、碳氢化合物等主要污染物的排放。乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol-1。写出乙醇燃烧热的热化学方程式并分析反应物与生成物总能量的相对大小。
2.甲醇是一种可再生能源,甲醇的合成有利于达到碳达峰和碳中和目标,甲醇具有广泛地开发和应用前景。已知在常压下有如下变化:
①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1
②H2O(g)H2O(l) ΔH=b kJ·mol-1
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式。
3.利用水煤气合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
(1)化学上将断开或形成1 mol化学键所吸收或放出的能量称为键能,已知键能数据如下,由此计算上述反应中生成1 mol甲醇的能量变化是多少
化学键 H—H C—O CO H—O C—H
E/( kJ·mol-1) 436 343 1 076 465 413
(2)又知CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)每生成1 mol甲醇放出热量58 kJ,计算反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)中每生成1 mol CO的能量变化是多少
探究目标(二) 新能源的开发与利用
随着人类活动需要的能源日益增多,常规能源日益枯竭,寻找和使用新能源更加迫在眉睫。
氢能的主要实现方式是依靠氢与氧反应将化学能转化为电能。由于氢与氧反应的产物是水,没有环境污染问题,因此人们对氢作为燃料抱有特别大的期望。自20世纪60年代开始,氢能首先被用于火箭和航天飞机发射等领域,随着科学技术的进步和对环境保护的重视,氢能源的应用领域逐步扩大到汽车、飞机燃料和氢燃料电池等方面。
1.氢气作为能源的优点有哪些
2.也有人认为利用氢气作为能源不太现实。你的观点呢 请说明能够支持你的观点的理由。
3.由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放热241.8 kJ,该反应的热化学方程式如何书写 若1 g水蒸气转化为液态水放热2.444 kJ,则氢气的燃烧热ΔH= (保留一位小数)。
4.根据“绿色化学”的思想,为了制备H2,某化学家设计了下列化学反应步骤:
①CaBr2+H2OCaO+2HBr
②2HBr+HgHgBr2+H2↑
③HgBr2+CaOHgO+CaBr2
④2HgO2Hg+O2↑
上述过程的总反应可表示为 。
5.已知乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol-1,请计算比较等质量乙醇与氢气完全燃烧放出热量的多少。
[素养训练]
1.已知几种含碳物质间的转化及能量变化关系如图所示。
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式: 。
(2)反应C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH= kJ·mol-1,该反应中反应物的总键能 (填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总键能。若18 g C(s)与H2(g)反应,完全转化成CH4(g),需要 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
(3)在25 ℃、101 kPa下,30 g由CH4和CO组成的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水,放出热量1 031.8 kJ。则混合气体中CH4和CO的物质的量分别为 mol、 mol。
2.将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。
C(s)、H2(g)和CO(g)完全燃烧的热化学方程式分别为C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH2=-242.0 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH3=-283.0 kJ·mol-1
请回答:
(1)请你根据以上数据,写出C(s)与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式: 。
(2)比较反应热数据可知,1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和,比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量 (填“多”或“少”)。甲同学据此认为:“煤炭燃烧时加少量水,可以使煤炭燃烧放出更多的热量。”
乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图:
请你写出ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4之间存在的关系式 。
乙同学据此认为:“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量,最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析:甲、乙两同学观点正确的是 (填“甲”或“乙”)同学,甲同学出现错误观点的原因是 。
单元整体教学设计与阶段验收评价
一、主干知识——在微点判断中澄清
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)√ (9)× (10)√
2.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)×
3.(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)×
二、综合思维——在知识融会中贯通
1.选A 根据图示可知,反应物的能量比生成物的能量高(483.6 kJ+88 kJ=571.6 kJ),所以2 mol H2(g) 与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l) 放出571.6 kJ的热量,A正确;根据图示变化趋势可知,生成2 mol H2O(g) 需要放出483.6 kJ的能量,B错误;根据图示可知,2 mol H2和1 mol O2具有的总能量比2 mol H2O所具有的总能量高,C错误;H2O(g)H2O(l)过程需要放出热量,属于物理变化,化学键没有断裂,D错误。
2.选C 一定量的乙炔气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水,当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时,放出Q kJ的热量,氧气物质的量为5 mol,则热化学方程式为2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q kJ·mol-1。
3.选D 根据图像可知ΔH≠E1-E2,A错误;改变反应条件,不能改变反应物、生成物的能量,则不能改变焓变即ΔH的值,B错误;ΔH<0,反应放热,但反应条件与反应是放热还是吸热没有关系,C错误;根据图像可知反应①放出的热量多,由于焓变小于0,所以反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2,D正确。
4.选D 利用简易量热计测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq)FeSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH,简易量热计中含有温度计、玻璃搅拌器,故A正确;实验ⅰ和实验ⅱ中反应物的物质的量不同,而反应物的物质的量越大,反应放出的热量越多,所以温度b>c,故B正确;溶液比热容取4.18 J/(g·℃),再结合表格中信息及Q=cmΔT,可知,实验ⅰ中反应放出的热量为418(b-a)J,故C正确;结合选项C分析可知,根据实验ⅱ,可得ΔH=-41.8(c-a)kJ·mol-1,故D错误。
5.选C 根据热化学方程式可知该反应的正反应是放热反应。反应产生2 mol Fe(s)时放出热量是24.6 kJ,现在反应产生56 g Fe(s),其物质的量是1 mol,则反应放出热量Q=×24.6 kJ=12.3 kJ。
6.选A 已知碳的燃烧热为ΔH1=2a kJ·mol-1,则碳的燃烧热化学方程式为①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=2a kJ·mol-1,②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=2b kJ·mol-1,③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=2c kJ·mol-1,根据盖斯定律,将①×3+②-③得S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g),则ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3,即x=6a+2b-2c。
7.选D 根据题中给出的键能可得出热化学方程式:③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1=-480 kJ·mol-1,由(②-③)×得①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×,即a=(-220+480)×=+130。
8.选C 由图可知,其他条件相同,SnO2(s)具有的能量最低,故最稳定的是SnO2(s),故A正确;由图可知,SnCl2(s)+Cl2(g)SnCl4(g) ΔH=-[-325.1-(-471.5)]kJ·mol-1=-146.4 kJ·mol-1,故B正确;SnO2(s)+Sn(s)2SnO(s) ΔH=[-285.8×2-(-580.7)] kJ·mol-1=+9.1 kJ·mol-1>0,故C错误;n(SnO2)=0.2 mol,放出热量为0.2 mol×580.7 kJ·mol-1=116.14 kJ·mol-1,故D正确。
三、迁移应用——在课题活动中践行
探究目标(一)
1.提示:C2H6O(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1。因为该反应为放热反应,所以反应物的总能量大于生成物的总能量。
2.解析:根据题意,由①+4×②得2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=(a+4b)kJ·mol-1。
答案:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=(a+4b)kJ·mol-1
3.解析:(1)由反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值,则根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),可知ΔH1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。(2)把已知方程式按顺序编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,根据盖斯定律可知Ⅱ-Ⅰ即可得到反应Ⅲ,则ΔH3=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
答案:(1)放出热量99 kJ (2)吸收热量41 kJ
探究目标(二)
1.提示:①可用H2O作为原料,来源丰富。②H2的燃烧产物为H2O,没有污染。
2.提示:不现实,理由是现有的制取氢气的方法耗能太大,制取的成本太高,另外氢气的熔、沸点太低,给储存和运输带来很大困难(或现实,制取氢气用水为原料,来源丰富;氢气燃烧的产物是水,不会给环境带来任何污染等)。
3.提示:H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1 -285.8 kJ·mol-1
4.提示:2H2O2H2↑+O2↑
5.提示:1 g乙醇完全燃烧放出的热量为=29.7 kJ,1 g氢气完全燃烧放出的热量:×285.8 kJ·mol-1=142.9 kJ,所以等质量乙醇与氢气完全燃烧时,氢气放出热量较多。
[素养训练]
1.解析:由图可知,碳和氢气在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s) +2H2(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH =-1 137.5 kJ·mol-1①,碳和氢气在氧气中燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s)+2H2(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) ΔH =-854.5 kJ·mol-1②,甲烷在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH =-890.3 kJ·mol-1③;
(1)由盖斯定律可知,反应①-②可得一氧化碳在氧气中燃烧生成二氧化碳的反应为CO(g)+O2(g)CO2(g),则反应ΔH=(-1 137.5 kJ·mol-1)-(-854.5 kJ·mol-1)=-283 kJ·mol-1,则表示一氧化碳燃烧热的热化学方程式为CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH =-283 kJ·mol-1;
(2)由盖斯定律可知,反应①-③可得反应C(s)+2H2(g)CH4(g),则反应ΔH =(-1 137.5 kJ·mol-1)-(-890.3 kJ·mol-1)=-247.2 kJ·mol-1,所以该反应为反应物的总键能小于生成物的总键能,18 g碳与氢气反应生成甲烷放出的热量为×247.2 kJ·mol-1=370.8 kJ;
(3)设混合气体中甲烷和一氧化碳的物质的量分别为a mol和b mol,由混合气体的质量可得:16a+28b=30,由燃烧放出的热量可得:890.3a+283b=1 031.8,解联立方程可得a=1、b=0.5。
答案:(1)CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
(2)-247.2 小于 放出 370.8 (3)1 0.5
2.解析:(2)由于C(s)与水蒸气反应要吸热,所以1 mol CO和1 mol H2的能量比1 mol C(s)和1 mol H2O(g)的能量多,燃烧后放出的能量同样也多;反应的总能量是守恒的,所以甲同学的说法不正确,原因是他忽视了反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)为吸热反应,已经从环境中吸收了能量,而能量在转化过程中往往会有损失,所以乙同学说得对,即使没有损失也只能与直接燃烧煤放出的热量相同。
答案:(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5 kJ·mol-1 (2)多 ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4 乙 甲同学忽视了生成水煤气的反应为吸热反应
9 / 9(共38张PPT)
单元整体教学设计与阶段验收评价
一、主干知识——在微点判断中澄清
二、综合思维——在知识融会中贯通
三、迁移应用——在课题活动中践行
目录
一、主干知识——在微点判断中澄清
1.判断下列有关反应热与焓变叙述的正误
(1)化学变化中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化( )
(2)所有的化学反应都伴有能量的变化( )
(3)伴有能量变化的一定是化学反应( )
(4)加热条件下发生的反应均为吸热反应( )
(5)反应热的测定中，使用玻璃搅拌器是为了减小实验误差( )
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√
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√
(6)可以直接测量任意一反应的反应热( )
(7)燃烧一定是氧化还原反应，一定会放出热量( )
(8)在一个化学反应中，当反应物总焓大于生成物的总焓时，反应放热，ΔH为负值( )
(9)浓硫酸溶于水时，体系的温度升高，该过程属于放热反应( )
(10)石墨转化为金刚石需要吸收能量，所以石墨更稳定( )
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2.判断下列有关热化学方程式和燃烧热的叙述的正误
(1)在101 kPa下，1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量就是其燃烧热( )
(2)1 mol H2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出的热量为H2的燃烧热( )
(3)表示燃烧热的热化学方程式可以有无数个( )
(4)燃烧热的数值与参与反应的可燃物的物质的量成正比( )
(5)所有物质的燃烧热其ΔH均小于0 ( )
(6)氢气的燃烧热为285.5 kJ· mol-1，则电解水的热化学方程式为2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.5 kJ· mol-1 ( )
(7)CO(g)+O2(g)==CO2(g) ΔH=-Q kJ·mol-1表示标准状况下1 mol CO(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol CO2(g)时放出Q kJ的热量( )
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3.判断下列有关盖斯定律的叙述的正误
(1)化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的( )
(2)利用盖斯定律可间接计算通过实验难以测定反应的反应热( )
(3)同温同压下，氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同( )
(4)盖斯定律遵守能量守恒定律( )
(5)将碳控制燃烧进度，先燃烧生成CO，再将CO燃烧生成CO2，能够放出更多热量( )
(6)对于可逆反应而言，热化学方程式中的反应热表示反应达到平衡时所放出或吸收的热量( )
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二、综合思维——在知识融会中贯通
(一)反应热
[综合训练]
√
1.氢气是一种清洁能源，下图是H2和O2反应生成H2O的
能量变化示意图，由图可知 ( )
A.2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)反应放出571.6 kJ热量
B.生成2 mol H2O(g)需要吸收483.6 kJ的能量
C.H2和O2具有的总能量比H2O所具有的总能量高
D.H2O(g) →H2O(l)，断键吸收的能量小于成键释放的能量
解析:根据图示可知，反应物的能量比生成物的能量高(483.6 kJ+88 kJ=571.6 kJ)，所以2 mol H2(g) 与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l) 放出571.6 kJ的热量，A正确；根据图示变化趋势可知，生成2 mol H2O(g) 需要放出483.6 kJ的能量，B错误；根据图示可知，2 mol H2和1 mol O2具有的总能量比2 mol H2O所具有的总能量高，C错误；H2O(g)→H2O(l)过程需要放出热量，属于物理变化，化学键没有断裂，D错误。
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2.氧炔焰是乙炔(俗称电石气)在空气中燃烧产生的火焰，温度可达3 000 ℃以上，常用来切割和焊接金属。一定量的乙炔(C2H2)气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水，当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时，放出Q kJ的热量，则下列热化学方程式正确的是 ( )
A.2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=Q kJ
B.2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1
C.2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q kJ·mol-1
D.2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+Q kJ·mol-1
解析:一定量的乙炔气体完全燃烧生成二氧化碳和液态水，当消耗112 L O2(已折算成标准状况)时，放出Q kJ的热量，氧气物质的量为5 mol，则热化学方程式为2C2H2(g)+5O2(g)==4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q kJ·mol-1。
√
3.N2O和CO反应可转化为无毒气体:N2O(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH。已知该反应分两步进行，反应进程中能量变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.ΔH=E1-E2
B.改变反应条件可改变ΔH的值
C.ΔH<0，故反应无需加热即可发生
D.反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2
解析:根据图像可知ΔH≠E1-E2，A错误；改变反应条件，不能改变反应物、生成物的能量，则不能改变焓变即ΔH的值，B错误；ΔH<0，反应放热，但反应条件与反应是放热还是吸热没有关系，C错误；根据图像可知反应①放出的热量多，由于焓变小于0，所以反应①的焓变ΔH1小于反应②的焓变ΔH2，D正确。
4.(2025·金华高二检测)某同学利用简易量热计测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq)==FeSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH(忽略温度对焓变的影响)，实验结果见下表:
溶液比热容取4.18 J/(g·℃)，溶液的密度取1.0 g·mL-1，忽略溶液体积、质量变化以及水以外各物质吸收的热量。下列说法不正确的是 ( )
A.简易量热计中含有温度计、玻璃搅拌器 B.温度:b>c
C.实验ⅰ反应放出的热量为418(b-a)J
D.根据实验ⅱ，可得ΔH=41.8(c-a)kJ·mol-1
序号 反应试剂 体系温度/℃
反应前 反应后
ⅰ 0.2 mol·L-1 CuSO4 溶液100 mL 1.20 g Fe粉 a b
ⅱ 0.56 g Fe粉 a c
√
解析:利用简易量热计测量放热反应Fe(s)+CuSO4(aq)==FeSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH，简易量热计中含有温度计、玻璃搅拌器，故A正确；实验ⅰ和实验ⅱ中反应物的物质的量不同，而反应物的物质的量越大，反应放出的热量越多，所以温度b>c，故B正确；溶液比热容取4.18 J/(g·℃)，再结合表格中信息及Q=cmΔT，可知，实验ⅰ中反应放出的热量为418(b-a)J，故C正确；结合选项C分析可知，根据实验ⅱ，可得ΔH=-41.8(c-a)kJ·mol-1，故D错误。
(二)反应热的计算
[综合训练]
√
5.(2025·辽源东丰五校期末联考)已知高炉炼铁时发生反应Fe2O3(s)+3CO(g)==2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-24.6 kJ·mol-1，则生成56 g Fe(s)时，上述反应的能量变化为 ( )
A.放出8.2 kJ能量 B.吸收8.2 kJ能量
C.放出12.3 kJ能量 D.吸收12.3 kJ能量
解析:根据热化学方程式可知该反应的正反应是放热反应。反应产生2 mol Fe(s)时放出热量是24.6 kJ，现在反应产生56 g Fe(s)，其物质的量是1 mol，则反应放出热量Q=×24.6 kJ=12.3 kJ。
6.(2025·郑州阶段检测)黑火药是我国古代四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1
已知:碳的摩尔燃烧焓Δ=2a kJ·mol-1
S(s)+2K(s)==K2S(s) ΔH2=2b kJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)==2KNO3(s) ΔH3=2c kJ·mol-1
则x为( )
A.6a+2b-2c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b
解析:已知碳的燃烧热为ΔH1=2a kJ·mol-1，则碳的燃烧热化学方程式为①C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=2a kJ·mol-1，②S(s)+2K(s)==K2S(s) ΔH2=2b kJ·mol-1，③2K(s)+N2(g)+3O2(g)==2KNO3(s) ΔH3=2c kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①×3+②-③得S(s)+2KNO3(s)+3C(s)==K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)，则ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3，即x=6a+2b-2c。
√
7.已知:C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) ΔH1=a kJ·mol-1；
2C(s)+O2(g)==2CO(g) ΔH2=-220 kJ·mol-1。
H—H、O==O和O—H的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1，则a为( )
A.-332 B.-118 C.+350 D.+130
√
解析:根据题中给出的键能可得出热化学方程式:③2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1=-480 kJ·mol-1，由(②-③)×得①C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×，即a=(-220+480)×=+130。
8.(2025·邢台期中检测)生成热是指由标准状况(101 kPa，273 K)下最稳定单质生成标准状况下单位物质的量的化合物的热效应或焓变(ΔH)。最稳定的单质的标准生成热规定为零。几种含锡物质的生成热如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.其他条件相同，最稳定的是SnO2(s)
B.SnCl2(s)+Cl2(g)==SnCl4(g) ΔH=-146.4 kJ·mol-1
C.SnO2(s)+Sn(s)==2SnO(s) ΔH<0
D.最稳定的Sn在氧气中完全燃烧生成30.2 g SnO2(s)时放出的热量为116.14 kJ
√
解析:由图可知，其他条件相同，SnO2(s)具有的能量最低，故最稳定的是SnO2(s)，故A正确；由图可知，SnCl2(s)+Cl2(g)==SnCl4(g)
ΔH=-[-325.1-(-471.5)]kJ·mol-1=-146.4 kJ·mol-1，故B正确；SnO2(s)+Sn(s)==2SnO(s) ΔH=[-285.8×2-(-580.7)] kJ·mol-1=+9.1 kJ·mol-1>0，故C错误；n(SnO2)=0.2 mol，放出热量为0.2 mol×580.7 kJ·mol-1=116.14 kJ·mol-1，故D正确。
三、迁移应用——在课题活动中践行
课题活动 形形色色的能源
面对人类的可持续发展，从现有常规能源向清洁、可再生能源过渡是当前科学研究的重大课题。因为清洁能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断增长的能源需求，并保护地球的洁净。在这些技术中能源材料具有突出和重要的作用。所谓清洁能源是指其开发、使用对环境无污染的能源，其中包括可再生能源和其他新能源。
探究目标(一) 常规能源的开发与利用
从生活中衣食住行，到工业生产中，再到航天科研，我们所需要的能源是多种多样的。目前，人类活动所需要的能源大部分还是常规能源，常规能源的使用过程虽然给我们带来了便利，但是也带来了一系列问题，所以能源的合理使用至关重要。
1.乙醇汽油是由普通汽油与燃料乙醇调和而成的，它可有效改善汽油的性能和质量，降低CO、碳氢化合物等主要污染物的排放。乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol-1。写出乙醇燃烧热的热化学方程式并分析反应物与生成物总能量的相对大小。
提示:C2H6O(l)+3O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1。因为该反应为放热反应，所以反应物的总能量大于生成物的总能量。
2.甲醇是一种可再生能源，甲醇的合成有利于达到碳达峰和碳中和目标，甲醇具有广泛地开发和应用前景。已知在常压下有如下变化:
①2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=a kJ·mol-1
②H2O(g)==H2O(l) ΔH=b kJ·mol-1
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式。
答案:2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=(a+4b)kJ·mol-1
解析:根据题意，由①+4×②得2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=(a+4b)kJ·mol-1。
3.利用水煤气合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)。
(1)化学上将断开或形成1 mol化学键所吸收或放出的能量称为键能，已知键能数据如下，由此计算上述反应中生成1 mol甲醇的能量变化是多少
化学键 H—H C—O C O H—O C—H
E/( kJ·mol-1) 436 343 1 076 465 413
解析:由反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值，则根据方程式CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)，可知ΔH1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。
答案:放出热量99 kJ
3.利用水煤气合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)。
(2)又知CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)每生成1 mol甲醇放出热量58 kJ，计算反应CO2(g)+H2(g)==CO(g)+H2O(g)中每生成1 mol CO的能量变化是多少
解析:把已知方程式按顺序编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律可知Ⅱ-Ⅰ即可得到反应Ⅲ，则ΔH3=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
答案: 吸收热量41 kJ
探究目标(二) 新能源的开发与利用
随着人类活动需要的能源日益增多，常规能源日益枯竭，寻找和使用新能源更加迫在眉睫。
氢能的主要实现方式是依靠氢与氧反应将化学能转化为电能。由于氢与氧反应的产物是水，没有环境污染问题，因此人们对氢作为燃料抱有特别大的期望。自20世纪60年代开始，氢能首先被用于火箭和航天飞机发射等领域，随着科学技术的进步和对环境保护的重视，氢能源的应用领域逐步扩大到汽车、飞机燃料和氢燃料电池等方面。
1.氢气作为能源的优点有哪些
提示:①可用H2O作为原料，来源丰富。②H2的燃烧产物为H2O，没有污染。
2.也有人认为利用氢气作为能源不太现实。你的观点呢 请说明能够支持你的观点的理由。
提示:不现实，理由是现有的制取氢气的方法耗能太大，制取的成本太高，另外氢气的熔、沸点太低，给储存和运输带来很大困难(或现实，制取氢气用水为原料，来源丰富；氢气燃烧的产物是水，不会给环境带来任何污染等)。
3.由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放热241.8 kJ，该反应的热化学方程式如何书写 若1 g水蒸气转化为液态水放热2.444 kJ，则氢气的燃烧热ΔH=_______ (保留一位小数)。
提示:H2(g)+O2(g)==H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1 -285.8 kJ·mol-1
4.根据“绿色化学”的思想，为了制备H2，某化学家设计了下列化学反应步骤:
①CaBr2+H2O CaO+2HBr
②2HBr+Hg HgBr2+H2↑
③HgBr2+CaO HgO+CaBr2
④2HgO 2Hg+O2↑
上述过程的总反应可表示为 。
提示:2H2O 2H2↑+O2↑
5.已知乙醇的燃烧热是1 366.8 kJ·mol-1，请计算比较等质量乙醇与氢气完全燃烧放出热量的多少。
提示:1 g乙醇完全燃烧放出的热量为=29.7 kJ，1 g氢气完全燃烧放出的热量:×285.8 kJ·mol-1=142.9 kJ，所以等质量乙醇与氢气完全燃烧时，氢气放出热量较多。
[素养训练]
1.已知几种含碳物质间的转化及能量变化关系如图所示。
(1)写出表示CO燃烧热的热化学方程式:
。
CO(g)+O2(g)==CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
解析:由图可知，碳和氢气在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s) +2H2(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) ΔH =-1 137.5 kJ·mol-1①，碳和氢气在氧气中燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为C(s)+2H2(g)+O2(g)==CO(g)+2H2O(l) ΔH =-854.5 kJ·mol-1②，甲烷在氧气中燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) ΔH =-890.3 kJ·mol-1③；(1)由盖斯定律可知，反应①-②可得一氧化碳在氧气中燃烧生成二氧化碳的反应为CO(g)+O2(g)==CO2(g)，则反应ΔH =
(-1 137.5 kJ·mol-1)-(-854.5 kJ·mol-1)=-283 kJ·mol-1，则表示一氧化碳燃烧热的热化学方程式为CO(g)+O2(g)==CO2(g) ΔH =-283 kJ·mol-1；
1.已知几种含碳物质间的转化及能量变化关系如图所示。
(2)反应C(s)+2H2(g)==CH4(g) ΔH= kJ·mol-1，该反应中反应物的总键能 (填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总键能。若18 g C(s)与H2(g)反应，完全转化成CH4(g)，需要 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
解析:由盖斯定律可知，反应①-③可得反应C(s)+2H2(g)==CH4(g)，则反应ΔH =(-1 137.5 kJ·mol-1)-(-890.3 kJ·mol-1)=-247.2 kJ·mol-1，所以该反应为反应物的总键能小于生成物的总键能，18 g碳与氢气反应生成甲烷放出的热量为×247.2 kJ·mol-1=370.8 kJ；
-247.2
小于
放出
370.8
1.已知几种含碳物质间的转化及能量变化关系如图所示。
(3)在25 ℃、101 kPa下，30 g由CH4和CO组成的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水，放出热量1 031.8 kJ。则混合气体中CH4和CO的物质的量分别为____ mol、 mol。
解析:设混合气体中甲烷和一氧化碳的物质的量分别为a mol和b mol，由混合气体的质量可得:16a+28b=30，由燃烧放出的热量可得:890.3a+283b=1 031.8，解联立方程可得a=1、b=0.5。
1
0.5
2.将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。
C(s)、H2(g)和CO(g)完全燃烧的热化学方程式分别为
C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)==H2O(g) ΔH2=-242.0 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)==CO2(g) ΔH3=-283.0 kJ·mol-1
请回答:
(1)请你根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式:
。
C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5 kJ·mol-1
(2)比较反应热数据可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和，比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量 (填“多”或“少”)。甲同学据此认为:“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。”
乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图:
请你写出ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4之间存在的关系式 。
乙同学据此认为:“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析:甲、乙两同学观点正确的是 (填“甲”或“乙”)同学，甲同学出现错误观点的原因是 。
多
ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4
乙
甲同学忽视了生成水煤气的反应为吸热反应
解析:由于C(s)与水蒸气反应要吸热，所以1 mol CO和1 mol H2的能量比
1 mol C(s)和1 mol H2O(g)的能量多，燃烧后放出的能量同样也多；反应的总能量是守恒的，所以甲同学的说法不正确，原因是他忽视了反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)为吸热反应，已经从环境中吸收了能量，而能量在转化过程中往往会有损失，所以乙同学说得对，即使没有损失也只能与直接燃烧煤放出的热量相同。阶段质量检测(一) 化学反应的热效应
一、选择题:本题共15小题,每小题3分,共45分。
1.中华民族的发明创造为人类文明进步做出了巨大贡献,下列过程主要是利用化学反应中能量变化的是 ( )
A.神舟十九载人飞船发射 B.粮食酿醋
C.湿法炼铜 D.打磨磁石制司南
2.已知热化学方程式:SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98.32 kJ·mol-1,在容器中充入2 mol SO2和1 mol O2充分反应,最终放出的热量为 ( )
A.98.32 kJ B.196.64 kJ·mol-1
C.<196.64 kJ D.>196.64 kJ
3.下列各组变化中,反应物总能量小于生成物总能量的是 ( )
A.生石灰溶于水 B.锌粒和稀硫酸反应
C.二氧化碳与碳反应 D.化石燃料燃烧
4.下列热化学方程式正确的是 ( )
A.表示硫的燃烧热的热化学方程式:S(s)+O2(g)SO3(g) ΔH=-315 kJ·mol-1
B.表示肼(N2H4)的燃烧热的热化学方程式:N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l) ΔH=-622.08 kJ·mol-1
C.表示乙烷的燃烧热的热化学方程式:
C2H6(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-1 560.8 kJ·mol-1
D.表示CO燃烧热的热化学方程式:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1
5.已知下列热化学方程式:
2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s) ΔH1=-702.2 kJ·mol-1
Hg(l)+O2(g)HgO(s) ΔH2=-90.7 kJ·mol-1
由此可知Zn(s)+HgO(s)ZnO(s)+Hg(l) ΔH3的值是 ( )
A.-260.4 kJ·mol-1 B.-254.6 kJ·mol-1
C.-438.9 kJ·mol-1 D.-441.8 kJ·mol-1
6.已知:
①2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
②H2(g)+S(g)H2S(g) ΔH=-20.1 kJ·mol-1
下列判断正确的是 ( )
A.1 mol氢气完全燃烧生成液态水吸收热量241.8 kJ
B.1 mol H2O(g)和1 mol H2S(g)的能量相差221.7 kJ
C.由①②知,水的稳定性强于硫化氢
D.若反应②中改用固态硫,则1 mol S(s)完全反应放出的热量小于20.1 kJ
7.下列各组变化中,化学反应的反应热前者小于后者的是 ( )
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2
②2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2
③T ℃时,在一定条件下,将1 mol SO2和1 mol O2分别置于恒容和恒压的两个密闭容器中,达到平衡状态时放出的热量分别为Q1、Q2
④CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH1
CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s) ΔH2
A.①②③ B.②③ C.②③④ D.③④
8.天然气—水蒸气转化法是目前获取H2的主流方法,反应原理为CH4(g)+2H2O(g)4H2(g)+CO2(g) ΔH=+165.4 kJ·mol-1,已知该反应需要经过两步反应转化,其能量变化如图所示:
则ΔH2等于 ( )
A.-165.4 kJ·mol-1 B.+41.0 kJ·mol-1
C.+165.4 kJ·mol-1 D.-41.0 kJ·mol-1
9.已知:H2(g)+F2(g)2HF(g) ΔH=-270 kJ·mol-1。下列说法正确的是 ( )
A.1 mol H2(g)与1 mol F2(g)反应生成2 mol液态HF放出的热量小于270 kJ
B.在相同条件下,1 mol H2(g)与1 mol F2(g)的能量总和小于2 mol HF(g)的能量
C.该反应的逆反应是放热反应
D.该反应过程的能量变化可用如图来表示
10.已知H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-183 kJ·mol-1,其他相关数据如下表:
物质 H2 Cl2 HCl
1 mol分子中的化学键 断裂时吸收的能量/kJ 436 a 431
下列说法正确的是 ( )
A.a=243
B.H2(g)和Cl2(g)的总能量小于HCl(g)
C.1 L H2完全反应放出183 kJ热量
D.生成2 mol HCl(l)的能量变化小于183 kJ
11.某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O转变为H2,其过程如下:
mCeO2(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO
下列说法错误的是 ( )
A.反应①中CeO2既做氧化剂又做还原剂
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.ΔH2>0
12.将V1 mL 1.0 mol·L-1HCl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 ℃
B.实验可用环形铜丝搅拌器替代环形玻璃搅拌器
C.NaOH溶液的浓度约是1.5 mol·L-1
D.28 ℃以后温度降低的原因是有一部分热量从体系散失到了环境中
13.(2024·甘肃卷)甲烷在某含Mo催化剂作用下部分反应的能量变化如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.E2=1.41 eV
B.步骤2逆向反应的ΔH=+0.29 eV
C.步骤1的反应比步骤2快
D.该过程实现了甲烷的氧化
14.资源化利用CO2是实现“碳中和”的重要途径,CO2与氢气反应制CH4的一种催化机理如图所示,总反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH>0,下列说法正确的是 ( )
A.过程Ⅲ中,没有化学键断裂
B.H2在Ni催化作用下产生·H为放热过程
C.反应中La2O2CO3释放出CO2
D.总反应中,反应物的键能之和大于生成物的键能之和
15.以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下:
过程Ⅰ:2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2 kJ·mol-1
过程Ⅱ:……
已知:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.0 kJ·mol-1
下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中每消耗232 g Fe3O4转移2 mol电子
B.过程Ⅱ热化学方程式为3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+128.9 kJ·mol-1
C.过程Ⅰ、Ⅱ中能量转化的形式依次是太阳能→化学能→热能
D.铁氧化合物循环制H2具有成本低、产物易分离等优点
二、非选择题:本题共4小题,共55分。
16.(11分)2030年前实现碳达峰的承诺,体现了我国的大国风范。天然气的综合利用是各国科学家研究的重要课题。
(1)天然气的主要成分为甲烷,甲烷的结构式是 ,甲烷燃烧反应过程中的能量变化,符合下图中的 (填字母)。
(2)a g CH4燃烧生成二氧化碳气体和液态水,放出热量44.5 kJ。经测定,生成的CO2与足量澄清石灰水反应得到5 g沉淀,则CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH= kJ·mol-1,其中a= 。
(3)甲烷和二氧化碳重整制合成气的研究是实现碳达峰的手段之一,甲烷和二氧化碳重整制合成气的反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1
副反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.5 kJ·mol-1
副反应Ⅱ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3
已知:部分化学键键能数据如下表(1 mol CO中含有1 mol CO)。
化学键 C—H CO H—H CO
键能/(kJ·mol-1) 413 745 436 1 011
则ΔH1= kJ·mol-1,ΔH3= kJ·mol-1。
17.(14分)为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。
(1)已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2
2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3
则反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH= (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
(2)化学反应的能量变化(ΔH)与反应物和生成物的键能有关。键能可以简单地理解为断开(或形成)1 mol化学键时所吸收(或放出)的能量。部分化学键的键能数据如表:
化学键 H—H OO O—H
E/(kJ·mol-1) 436 x 463
反应H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1,则x= 。
(3)甲醇(g)和水蒸气反应生成氢气的能量变化如图1所示:
①该反应是 (填“放热反应”或“吸热反应”);该反应过程中若加入催化剂,催化剂将 (填“增大”“减小”或“不影响”)反应热。
②该反应的ΔH= (用含E1、E2的代数式表示)。
③已知常温下1 g甲醇完全燃烧生成气态CO2和液态水时放热22.68 kJ,请写出甲醇燃烧的热化学方程式: 。
(4)取0.55 mol·L-1的NaOH溶液50 mL与0.5 mol·L-1的稀盐酸50 mL置于如图2所示的简易装置中进行反应,并测定中和反应的反应热。
图2所示装置中缺少的仪器名称为 ,除此外 (填“仍存在”或“不存在”)错误;当将装置完善后,测得的中和反应的反应热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,则产生此结果的原因可能是 (填字母)。
a.用温度计测量NaOH溶液起始温度后直接测量盐酸的温度
b.用量筒量取稀盐酸体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液缓慢倒入盛有稀盐酸的小烧杯中
18.(15分)汽车尾气中主要污染物是NOx和CO,它们是现代化城市中的主要大气污染物。
(1)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应生成NO,其能量变化如图1所示,则图1中三种分子最稳定的是 。
(2)N2O和CO均是有害气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应原理如下:CO(g)+N2O(g)N2(g)+CO2(g) ΔH。有关化学反应的能量变化过程如图2所示。
图2中反应是 (填“放热”或“吸热”)反应,该反应的ΔH= 。
(3)利用NH3还原法可将NOx还原为N2进行脱除。已知:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-2 070 kJ·mol-1,若有0.5 mol NO被还原,放出的热量为 。
19.(15分)化学反应都会伴随能量变化,还可以进行化学能与热能、电能、光能等各种形式能量之间的转化。
(1)在催化剂表面和光照条件下,氮气和水发生置换反应生成氨气的反应原理如图。氮气的电子式为 ;下列有关说法正确的是 (填字母)。
A.N2发生了氧化反应
B.该过程属于氮的固定
C.太阳能属于清洁能源
D.水分子形成H原子和O原子时会释放能量
(2)下列反应中,生成物总能量高于反应物总能量的是 (填字母)。
A.灼热的木炭与二氧化碳反应
B.电解水
C.生石灰与水反应
D.三氧化二铁粉末与铝粉在高温条件下发生反应生成铁单质和氧化铝
(3)键能是指断开或形成1 mol化学键的能量变化。氮的氧化物是造成雾霾、光化学烟雾污染的重要原因,其中NO产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N2和O2反应,根据表中数据,写出生成NO的热化学方程式: 。
物质 N2(g) O2(g) NO(g)
键能/(kJ·mol-1) 946 498 632
(4)已知乙炔与苯蒸气完全燃烧的热化学方程式如下:
ⅰ.2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-2 600 kJ·mol-1
ⅱ.2C6H6(g)+15O2(g)12CO2(g)+6H2O(l) ΔH2=-6 590 kJ·mol-1
①C2H2(g)的燃烧热ΔH= kJ·mol-1。
②2 mol C6H6(l)完全燃烧生成液态水时放出的热量 (填“>”“<”或“=”)|ΔH2|。
③3C2H2(g)C6H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
阶段质量检测(一)
1.选A 神舟十九载人飞船发射过程中燃料燃烧发生氧化还原反应,放出大量热,故A选;粮食酿醋主要是利用淀粉水解得到葡萄糖,葡萄糖分解得到乙醇,然后乙醇再转化为乙酸,故B不选;湿法炼铜,二价铜离子还原为铜,利用铁的还原性,故C不选;打磨磁石制司南是物体形状的改变,没有新物质生成,属于物理变化,故D不选。
2.选C 根据热化学方程式2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.64 kJ·mol-1的含义,可知SO2和O2反应生成1 mol SO3时放出的热量为98.32 kJ,所以生成2 mol SO3时放出的热量为196.64 kJ,由于是可逆反应,2 mol SO2和1 mol O2不能完全反应,所以放出的热量小于196.64 kJ。
3.选C 生石灰溶于水为放热反应,故A错误;锌粒和稀硫酸反应为放热反应,故B错误;二氧化碳与碳反应为吸热反应,故C正确;化石燃料燃烧为放热反应,故D错误。
4.选B 硫完全燃烧生成的稳定氧化物不是三氧化硫,而是SO2,A错误;乙烷燃烧的热化学方程式中H2O应为液体,C错误;CO的燃烧热是指1 mol CO气体完全燃烧生成CO2气体时放出的热量,D错误。
5.选A 将题给两个热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①×-②,整理可得:Zn(s)+HgO(s)ZnO(s)+Hg(l),则该反应的ΔH3=(-702.2 kJ·mol-1)×-(-90.7 kJ·mol-1)=-260.4 kJ·mol-1。
6.选D 1 mol氢气完全燃烧生成气态水放出热量241.8 kJ,A错误;1 mol H2O(g)和1 mol H2S(g)的能量无法比较,B错误;由①②不能得到水的稳定性强于硫化氢,C错误;固态硫变为气体硫会吸收热量,若反应②中改用固态硫,则1 mol S(s) 完全反应放出的热量小于20.1 kJ,D正确。
7.选B ①因CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH1是燃烧反应,反应均放热,ΔH1<0,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2<0,因水由气态变成液态,放出热量,所以ΔH1>ΔH2,故错误;②氢气的燃烧是放热的,所以焓变是负值,系数加倍,焓变值也加倍,所以ΔH1=2ΔH2,所以ΔH1<ΔH2,故正确;③T ℃时,在一定条件下,将1 mol SO2和1 mol O2分别置于恒容和恒压的两个密闭容器中,所以恒压下,达到平衡状态时放出的热量更多,则Q10,CaO(s)+H2O(l)Ca(OH)2(s) ΔH2<0,所以ΔH1>ΔH2,故错误。
8.选D 由图可知,该反应第一步为CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) ΔH1=+206.4 kJ·mol-1;该反应第二步为CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH2,由盖斯定律,第一步反应+第二步反应=总反应,则ΔH1+ΔH2=ΔH,则ΔH2=ΔH-ΔH1=+165.4 kJ·mol-1-206.4 kJ·mol-1=-41.0 kJ·mol-1。
9.选D 物质由气态变为液态时放出能量,则1 mol H2(g)与1 mol F2(g)反应生成2 mol液态HF放出的热量大于270 kJ,A错误;根据已知反应可知,该反应为放热反应,则在相同条件下,1 mol H2(g)与1 mol F2(g)的能量总和大于2 mol HF(g) 的能量,B错误;因该反应的正反应为放热反应,所以逆反应是吸热反应,C错误;由反应方程式可知,该反应的ΔH<0,为放热反应,说明反应物的总能量大于生成物的总能量,D正确。
10.选A 断键时吸热、成键时放热,则(436+a)-2×431=-183,得a=243,A正确;该反应为放热反应,则H2(g)和Cl2(g)的总能量大于HCl(g),B错误;1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)时放出183 kJ热量,C错误;2 mol HCl(g)的能量比2 mol HCl(l)的能量高,则生成2 mol HCl(l)的能量变化大于183 kJ,D错误。
11.选C 反应①中Ce的化合价从+4变为0价,氧的化合价从-2变为0价,所以CeO2既做氧化剂又做还原剂,故A正确;该过程中利用太阳能实现物质转化,实现了太阳能向化学能的转化,故B正确;根据盖斯定律,由图中关系可得ΔH1+ΔH2+ΔH3=0,故ΔH1=-(ΔH2+ΔH3),故C错误;由液态水到气态水,需要吸收热量,ΔH2>0,故D正确。
12.选C 由图可知,加5 mL HCl时温度为22 ℃,则不是环境温度,故A错误;用环形铜丝搅拌器代替环形玻璃搅拌器,散失热量,实验结果的数值偏小,故B错误;恰好反应时参加反应的盐酸溶液的体积是30 mL,由V1+V2=50 mL可知,消耗的氢氧化钠溶液的体积为20 mL,恰好反应时氢氧化钠溶液中溶质的物质的量是n,由HCl+NaOHNaCl+H2O可知,n=1.0 mol·L-1×0.03 L=0.03 mol,所以浓度c==1.5 mol·L-1,故C正确;28 ℃以后温度降低的原因是NaOH的量减少,反应的量减少,放出热量减少,故D错误。
13.选C 由能量变化图可知,E2=0.70 eV-(-0.71 eV)=1.41 eV,A项正确;由能量变化图可知,步骤2逆向反应的ΔH=-0.71 eV-(-1.00 eV)=+0.29 eV,B项正确;由能量变化图可知,步骤1的活化能E1=0.70 eV,步骤2的活化能E3=-0.49 eV-(-0.71 eV)=0.22 eV,步骤1的活化能大于步骤2的活化能,步骤1的反应比步骤2的慢,C项错误;该过程甲烷转化为甲醇,属于加氧氧化,D项正确。
14.选D 由图可知,过程Ⅲ为·CO2与·H反应生成CH4和H2O,反应中存在化学键的断裂和形成,故A错误;由图可知,氢气在镍催化作用下产生·H为化学键断裂的吸热过程,故B错误;由图可知,过程Ⅱ发生的反应为La2O2CO3发生分解反应生成·CO2和三氧化二镧,故C错误;总反应为反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应,则反应物的键能之和大于生成物的键能之和,故D正确。
15.选C 由过程Ⅰ方程式知,当有2 mol Fe3O4分解时,生成1 mol氧气,而232 g Fe3O4的物质的量为1 mol,故生成0.5 mol氧气,而氧元素由-2价变为0价,故转移2 mol电子,故A正确;已知反应①2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.0 kJ·mol-1和反应②2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2 kJ·mol-1,根据盖斯定律,将-可得过程Ⅱ的热化学方程式为3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+128.9 kJ·mol-1,故B正确;过程Ⅰ和过程Ⅱ均为吸热反应,故不存在将化学能转化为热能的过程,故C错误;反应3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s)的产物中,氢气为气体,而Fe3O4为固体,故铁氧化合物循环制H2的产物易分离,且由于利用太阳能,故成本低,故D正确。
16.解析:(1)甲烷的分子式为CH4,碳原子和四个氢原子形成四个共价键,则甲烷的结构式为;甲烷燃烧放热,反应物的总能量大于生成物的总能量,故反应过程中的能量变化符合a。
(2)生成的碳酸钙沉淀的物质的量为=0.05 mol,
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
0.05 mol 0.05 mol
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
0.05 mol 0.05 mol
0.05 mol CH4燃烧放出热量为44.5 kJ,则1 mol CH4燃烧释放的热量为=890 kJ,故CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1;0.05 mol CH4的质量为0.05 mol×16 g·mol-1=0.8 g。
(3)ΔH1=反应物的总键能-生成物的总键能=4×413 kJ·mol-1+2×745 kJ·mol-1-2×436 kJ·mol-1-2×1 011 kJ·mol-1=+248 kJ·mol-1;根据盖斯定律,ΔH3=ΔH1-ΔH2=+248 kJ·mol-1-41.5 kJ·mol-1=+206.5 kJ·mol-1。
答案:(1) a (2)-890 0.8 (3)+248 +206.5
17.解析:(1)把已知三个反应依次编号①②③,根据盖斯定律可知,由①+×②-×③可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。(2)H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=436 kJ·mol-1+×x kJ·mol-1-2×463 kJ·mol-1=-241.8 kJ·mol-1,解得x=496.4。(3)①该反应过程中生成物的总能量低于反应物的总能量,为放热反应,该反应过程中若加入催化剂,催化剂将不影响反应热;②该反应的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=E1-E2;③1 g甲醇的物质的量为= mol,则1 mol 甲醇完全燃烧生成气态CO2和液态水时放热=725.76 kJ,热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-725.76 kJ·mol-1。(4)图2所示装置中缺少的仪器名称为环形玻璃搅拌器,除此外仍存在错误,应该用碎纸条充满整个大烧杯,小烧杯口与大烧杯口平齐,以便硬纸板盖住小烧杯。当将装置完善后,测得的中和反应的反应热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,说明测得放出的热量偏小。用温度计测量NaOH溶液起始温度后直接测量盐酸的温度, NaOH和盐酸反应放热,会导致起始温度测量数据偏大,测得放出的热量偏小,故a选;用量筒量取稀盐酸体积时仰视读数,会导致盐酸的量偏大,放出的热量偏多,故b不选;分多次把NaOH溶液缓慢倒入盛有稀盐酸的小烧杯中,会导致热量散失过多,测得放出的热量偏小,故c选。
答案:(1)ΔH1+ΔH2-ΔH3 (2)496.4
(3)①放热反应 不影响 ②E1-E2
③CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-725.76 kJ·mol-1
(4)环形玻璃搅拌器 仍存在 ac
18.解析:(1)从图中可以看出,N2的键能为946 kJ·mol-1、O2的键能为498 kJ·mol-1、NO的键能为632 kJ·mol-1,则图1中三种分子最稳定的是N2。(2)图2中,反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应是放热反应,该反应的ΔH=(134-360)kJ·mol-1=-226 kJ·mol-1。(3)若有0.5 mol NO被还原,放出的热量为×2 070 kJ·mol-1=172.5 kJ。
答案:(1)N2 (2)放热 -226 kJ·mol-1 (3)172.5 kJ
19.解析:(1)氮气的电子式为︰N N︰;在催化剂表面和光照条件下,氮气和水发生置换反应生成氨气,N元素化合价降低,则N2发生了还原反应,A错误;该过程将游离态的氮转化为化合态的氮,属于氮的固定,B正确;太阳能属于清洁能源,C正确;水分子形成H原子和O原子时会吸收能量,D错误。(2)灼热的木炭与二氧化碳反应是吸热反应,生成物总能量高于反应物总能量,A符合题意;电解水是吸热反应,生成物总能量高于反应物总能量,B符合题意;生石灰与水反应是放热反应,生成物总能量低于反应物总能量,C不符合题意;三氧化二铁粉末与铝粉在高温条件下发生反应生成铁单质和氧化铝是放热反应,生成物总能量低于反应物总能量,D不符合题意。(3)N2和O2反应生成NO的ΔH=(946+498-2×632)kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1,则热化学方程式为N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1。(4)①由ⅰ结合燃烧热的概念可知,C2H2(g)的燃烧热ΔH=-1 300 kJ·mol-1;②由ⅱ分析可知,2 mol C6H6(l)变为2 mol C6H6(g)要吸收热量,2 mol C6H6(l)完全燃烧生成液态水时放出的热量小于6 590 kJ·mol-1,即小于|ΔH2|;③根据盖斯定律可得,③=ⅰ×-ⅱ×,则ΔH=(-2 600)×-(-6 590)×kJ·mol-1=-605 kJ·mol-1。
答案:(1)︰N N︰ BC (2)AB
(3)N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1
(4)①-1 300 ②< ③-605
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