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鲁科版高中化学选修四第1节化学反应的热效应
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化学·选修/化学反应原理(鲁科版)
第1节化学反应的热效应
1.下列反应既是氧化还原反应,又是吸热反应的是( )
A.铝片与稀硫酸反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C.灼热的炭与CO2反应
D.甲烷在O2中的燃烧反应
解析:
已知属吸热反应的是B和C两项,但B项反应方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O,是非氧化还原反应,C反应方程式为C+CO22CO,是氧化还原反应,故答案选C。
答案:
C
2.下列对热化学方程式:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
ΔH=-14.9kJ/mol的叙述中,正确的是( )
A.1mol氢气和1mol碘蒸气完全反应需要吸收14.9kJ的热量
B.1个氢分子和1个碘分子完全反应需要吸收14.9kJ的热量
C.1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2mol的HI气体放出14.9kJ的热量
D.200℃时,1molH2(g)与1molI2(g)完全反应生成2molHI时放出14.9kJ的热量
解析:
只要依据书写热化学方程式的注意事项,对本题就不难作出判断。
在A选项中既未指明生成物的状态,又把放热看作了吸热;在B选项中错误地将热化学方程式中的系数认为表示分子的个数;在C选项中没有指明反应的温度;在D选项中正确地表达出了该反应的意义。
答案:
D
3.在25℃、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ,下列热化学方程式中正确的是( )
A.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+725.8kJ·mol-1
B.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1452kJ·mol-1
C.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-725.8kJ·mol-1
D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=+1452kJ·mol-1
解析:
书写热化学方程式的要点是:
状态明、符号清、量对应,同时还需注意的是:
一个化学反应不仅仅有一个热化学方程式,只需ΔH与化学计量数对应即可。
题目考查对热化学方程式的书写要求:
①注明反应物、生成物的聚集状态;②明确ΔH的“+”表示吸热,“-”表示放热;③ΔH的值与热化学方程式中的化学计量数相对应。
在四个选项中,C选项中所对应的H2O的状态与题意不符先排除;甲醇的燃烧反应为放热反应,ΔH为负值,将A、D两个选项排除;具体ΔH的大小计算如下:
CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH
32gΔH
1g-22.68kJ·mol-1
ΔH=(-22.68×32)kJ·mol-1=-725.8kJ·mol-1。
答案:
B
4.根据下列热化学方程式:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH1=-393.5kJ·mol-1
(2)H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH2=-285.8kJ·mol-1
(3)CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH3=-870.3kJ·mol-1
可以计算出2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( )
A.ΔH=+244.1kJ·mol-1
B.ΔH=-488.3kJ·mol-1
C.ΔH=-996.6kJ·mol-1
D.ΔH=+996.6kJ·mol-1
解析:
2×
(1)+2×
(2)-(3)可得反应式
2C(s)+2H(g)+O2(g)===CH3COOH(l)
反应热ΔH=2ΔH1+2ΔH2-ΔH3=-488.3kJ·mol-1。
答案:
B
5.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
请回答下列问题:
(1)如图所示是N2和H2反应生成2molNH3过程中能量变化示意图,写出生成NH3的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
解析:
根据能量关系图,该反应的ΔH=E1-E2=(335-427.2)kJ·mol-1=-92.2kJ·mol-1。
答案:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2kJ·mol-1
(2)由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。
从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程。
在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。
已知反应N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) ΔH=akJ·mol-1。
试根据表中所列键能数据估算a的数值:
________。
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能kJ·mol-1
436
391
945
解析:
ΔH=吸收的能量-释放的能量=(945+3×436-6×391)kJ·mol-1=-93kJ·mol-1。
答案:
-93
6.
(1)已知:
①CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)
ΔH=+206kJ·mol-1
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802kJ·mol-1
画出反应①过程中体系能量变化图(进行必要标注)。
写出由CO2与H2O生成CO的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应的ΔH=+206kJ·mol-1,反应是吸热反应,反应过程中体系的能量变化图如右图所示;依据盖斯定律①-②得到:
CO2(g)+3H2O(g)===2O2(g)+CO(g)+3H2(g) ΔH=+1008kJ·mol-1。
答案:
CO2(g)+3H2O(g)===CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008kJ·mol-1
(2)碘在科研与生活中有重要应用。
碘可用作心脏起搏器电源——锂碘电池的材料。
该电池反应为:
2Li(s)+I2(s)===2LiI(s) ΔH
已知:
4Li(s)+O2(g)===2Li2O(s) ΔH1
4LiI(s)+O2(g)===2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2
则电池反应的ΔH=__________;
解析:
将方程式(①-②)/2得2Li(s)+I2(s)=2LiI(s) ΔH=(ΔH1-ΔH2)/2。
答案:
(3)(2013·广东高考理综节选)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化,将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
①I-(aq)+O3(g)===IO-(aq)+O2(g) ΔH1
②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq)ΔH2
③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)2(aq)+H2O(l)ΔH3
总反应的化学方程式为________________________________________________________________________;
其反应热ΔH=________。
解析:
根据盖斯定律,将题给①②③式作如下处理:
①+②+③得到总反应的化学方程式:
O3(g)+2I-(aq)+2H+(aq)===I2(aq)+O2(g)+H2O(l) ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3kJ·mol-1
答案:
O3(g)+2I-(aq)+2H+(aq)===I2(aq)+O2(g)+H2O(l) ΔH1+ΔH2+ΔH3
1.已知反应X+Y===M+N为放热反应,对该反应的下列说法中正确的是( )
A.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
B.Y的能量一定高于N
C.X的能量一定高于M
D.因该反应为放热反应,故不必加热就可以发生反应
解析:
放热反应说明反应物的总能量大于生成物的总能量,故A项正确;但X、Y分别比N、M其中一个,无法说明能量大小,故B、C两项不正确;放热反应有时需加热才能引发,故D项不正确。
答案:
A
2.化学反应N2+3H2
2NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )
A.N2(g)+3H2(g)===2NH3(l)
ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)===2NH3(g)
ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)===NH3(l)
ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)===NH3(g)
ΔH=(a+b)kJ·mol-1
解析:
通过图分析起点molN2(g)+molH2(g),变化三阶段为①吸收能量akJ;②放出能量bkJ;③放出能量ckJ到1molNH3(l)。
故可得热化学方程式:
N2(g)+H2(g)===NH3(l)
ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1,扩大系数后得到A选项。
答案:
A
3.下列说法或表示方法中正确的是( )
A.等质量的硫蒸气和硫黄分别完全燃烧,后者放出的热量多
B.氢气的标准燃烧热为285.8kJ·mol-1,则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=+285.8kJ·mol-1
C.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)===BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l) ΔH<0
D.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3kJ·mol-1,若将含0.5molH2SO4的浓溶液与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量要大于57.3kJ
解析:
硫蒸气变化为硫固体为放热过程,则等量的硫蒸气和硫固体在氧气中分别完全燃烧,放出热量硫蒸气多,故A项错误;在101kPa时,2gH2完全燃烧,生成液态水,放出285.8kJ热量,则氢气燃烧的热化学方程式表示为:
H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol,故B项错误;Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应是吸热反应ΔH>0,故C项错误;中和热是强酸强碱的稀溶液反应生成1mol水时放出的热量,浓硫酸溶于水放热,将含1molNaOH的溶液和含0.5molH2SO4的浓硫酸混合,放出的热量大于57.3kJ,故D项正确。
答案:
D
4.已知:
2Zn(s)+O2(g)===2ZnO(s) ΔH=-701.0kJ·mol-1
2Hg(l)+O2(g)===2HgO(s) ΔH=-181.6kJ·mol-1,
则反应Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为( )
A.+519.4kJ·mol-1 B.+259.7kJ·mol-1
C.-259.7kJ·mol-1D.-519.4kJ·mol-1
解析:
已知:
①2Zn(s)+O2(g)===2ZnO(s)
ΔH=-701.0kJ·mol-1
②2Hg(l)+O2(g)===2HgO(s)
ΔH=-181.6kJ·mol-1
根据盖斯定律,①-②得
2Zn(s)+2HgO(s)===2ZnO(s)+2Hg(l)
ΔH=(-701.0kJ·mol-1)-(-181.6kJ·mol-1)=-519.4kJ·mol-1,
即:
Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l) ΔH=-259.7kJ·mol-1。
答案:
C
5.已知25℃、101kPa条件下:
①4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-2834.9kJ·mol-1
②4Al(s)+2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3119.1kJ·mol-1
由此得出的正确结论是( )
A.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为吸热反应
B.等质量的O2比O3能量低,由O2变O3为放热反应
C.O3比O2稳定,由O2变O3为吸热反应
D.O2比O3稳定,由O2变O3为放热反应
解析:
据盖斯定律,①式-②式得:
3O2(g)===2O3(g) ΔH=+284.2kJ·mol-1即等质量的O2比O3能量低,O2比O3稳定,O2变O3为吸热反应。
答案:
A
6.灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。
已知:
①Sn(s,白)+2HCl(aq)===SnCl2(aq)+H2(g) ΔH1
②Sn(s,灰)+2HCl(aq)===SnCl2(aq)+H2(g) ΔH2
③Sn(s,灰)
Sn(s,白) ΔH3=+2.1kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.ΔH1>ΔH2
B.锡在常温下以灰锡状态存在
C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D.锡制器皿长期处在低于13.2℃的环境中,会自行毁坏
解析:
由③知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的,当温度低于13.2℃时Sn(白)自动转化为Sn(灰),所以A、B、C三项都错,D项正确。
答案:
D
7.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。
反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1mol产物的数据)。
根据上图回答下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
解析:
产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热,结合图像可知,PCl3和反应物P和Cl2的能量差值为306kJ,因此该热化学反应方程式为:
P(s)+Cl2(g)===PCl3(g) ΔH=-306kJ·mol-1。
答案:
Cl2(g)+P(s)===PCl3(g)
ΔH=-306kJ·mol-1
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
解析:
根据图像可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93kJ,因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为:
PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93kJ·mol-1。
答案:
PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93kJ·mol-1
(3)P和Cl2分两步反应生成1molPCl5的ΔH3=__________,P和Cl2一步反应生成1molPCl5的ΔH4____ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析:
根据盖斯定律求得:
ΔH3=-399kJ·mol-1,且ΔH3=ΔH4,反应热与反应的途径无关,只与反应体系的始态与终态有关。
答案:
-399kJ·mol-1 等于
8.
(1)(2013·浙江卷)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。
目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:
2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)===(NH4)2CO3(aq) ΔH1
反应Ⅱ:
NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)===NH4HCO3(aq) ΔH2
反应Ⅲ:
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)===2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是:
ΔH3=________。
解析:
将反应Ⅱ×2-Ⅰ得:
(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3=2ΔH2-ΔH1。
答案:
2ΔH2-ΔH1
(2)(2013·天津卷)某市对大气进行监测,发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物),其主要来源为燃煤、机动车尾气等。
因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。
为减少SO2的排放,常采取将煤转化为清洁气体燃料的措施。
已知:
H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________
解析:
利用盖斯定律,将②-①可得C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=(-110.51kJ·mol-1)-(-241.81kJ·mol-1)=+13l.3kJ·mol-1。
答案:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH=+131.3kJ·mol-1
9.火箭推进器中装有还原剂肼(N2H4)和强氧化剂过氧化氢(H2O2),当它们混合时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。
已知0.4mol液态肼与足量过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出256.65kJ的热量。
(1)写出肼和过氧化氢的结构式:
肼________,过氧化氢________。
解析:
由分子式分析各元素的化合价,结合元素原子的价电子数,推出化合物中各原子的成键数目,可得N2H4、H2O2的结构式为
答案:
(2)写出反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
解析:
反应物和产物均已知,利用氧化还原反应方程式的配平技巧,可将反应方程式写出。
添上各物质的聚集状态及ΔH数值就可写出热化学方程式。
答案:
N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-641.625kJ/mol
(3)已知H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44kJ/mol,则16g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时,放出的热量是________kJ。
解析:
16g肼反应生成气态水时放出热量是kJ,并且生成的气态水是2mol,2mol气态水液化又放出88kJ的热量,共放出408.8kJ的热量。
答案:
408.8
(4)上述反应用于火箭推进剂,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个很突出的优点是
________________________________________________________________________。
解析:
结合反应产物的性质进行分析。
答案:
产物是N2和H2O,对环境无污染
10.分别取40mL的0.50mol/L盐酸与40mL的0.55mol/L氢氧化钠溶液进行中和反应,通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热,请回答下列问题。
(1)理论上稀强酸、稀强碱反应生成1mol水时放出57.3kJ的热量,写出表示稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热的热化学方程式
________________________________________________________________________。
解析:
已知稀强酸、稀强碱反应生成1mol液态水时放出57.3kJ的热量,稀硫酸和氢氧化钠稀溶液都是强酸和强碱的稀溶液,则反应的热化学方程式为:
NaOH(aq)+H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)+H2O(l)
ΔH=-57.3kJ/mol。
答案:
NaOH(aq)+H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol
(2)如图所示,A为泡沫塑料板,上面有两个小孔,分别插入温度计和环形玻璃搅拌棒,两个小孔不能开得过大,其原因是
________________________________________________________________________。
解析:
如图所示,A为泡沫塑料板,上面有两个小孔,分别插入温度计和环形玻璃搅拌棒,若两个小孔开得过大,会导致散失较多的热量,影响测定结果。
答案:
减少热量散失
(3)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g/cm3,又知中和后生成溶液的比热容C=4.18J/(g·℃).为了计算中和热,实验时还需测量的数据有(填序号)________。
A.反应前盐酸溶液的温度
B.反应前盐酸溶液的质量
C.反应前氢氧化钠溶液的温度
D.反应前氢氧化钠溶液的质量
E.反应后混合溶液的最高温度
F.反应后混合溶液的质量
解析:
由Q=cm·ΔT可知,测定中和热需要测定的数据为:
A.反应前盐酸溶液的温度、B.反应前盐酸溶液的质量和E.反应后混合溶液的最高温度。
答案:
ACE
(4)某学生实验记录数据如下:
实验
序号
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
氢氧化钠
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和热
ΔH=________。
解析:
第1次实验盐酸和NaOH溶液起始平均温度为20.05℃,反应后温度为23.2℃,反应前后温度差为3.15℃。
第2次实验盐酸和NaOH溶液起始平均温度为20.3℃,反应前后温度差为3.1℃。
第3次实验盐酸和NaOH溶液起始平均温度为20.55℃,反应前后温度差为3.05℃。
40mL的0.50mol/L盐酸与40mL的0.55mol/L氢氧化钠溶液的质量和为m=80mL×1g/cm3=80g,c=4.18J/(g·℃),代入公式Q=cmΔT得生成0.05mol的水放出热量Q=4.18J/(g·℃)×80g×(3.15℃+3.1℃+3.05)/3=1.036kJ,即生成0.02mol的水放出热量为:
1.036kJ,所以生成1mol的水放出热量为:
1.036kJ×1mol/0.02mol=-51.8kJ/mol,即该实验测得的中和热ΔH=-51.8kJ/mol。
答案:
-51.8kJ/mol
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- 鲁科版 高中化学 选修 化学反应 热效应