练案[15]　第六章　第15讲　化学反应与能量变化

[练案15]

第六章　化学反应与能量

第15讲　化学反应与能量变化

A组　基础必做题

1．(2022·安徽安庆怀宁二中月考)下图分别表示白磷、红磷燃烧时的能量变化，下列说法中正确的是(　D　)

A．白磷比红磷稳定

B．白磷燃烧产物比红磷燃烧产物稳定

C．1 mol白磷转变为红磷放出2 244.7 kJ的热量

D．红磷燃烧的热化学方程式：4P(s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH＝－2 954 kJ·mol－1

[解析]　A项，等质量的白磷和红磷完全燃烧时释放的能量白磷比红磷多，白磷能量高于红磷，能量越低越稳定，所以红磷比白磷稳定，错误；B项，两者燃烧产物相同，状态相同，所以产物稳定性相同，错误；C项，白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s，白磷)===4P(s，红磷)　ΔH＝－2 983.2 kJ·mol－1－(－738.5×4 kJ·mol－1)＝－29.2 kJ·mol－1，所以1 mol白磷转变为红磷放出29.2 kJ的热量，错误。

2．(2022·黑龙江牡丹江期末)化学能与热能、电能等可以相互转化，下列关于化学能与其他能量相互转化的说法正确的是(　D　)

A．图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能

B．图Ⅱ所示的反应为吸热反应

C．中和反应中，反应物的总能量比生成物的总能量低

D．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与生成

[解析]　图Ⅰ所示的装置没形成闭合回路，不能形成原电池，没有电流通过，所以不能把化学能转变为电能，故A错误；图Ⅱ所示的反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，故B错误；中和反应为放热反应，反应物的总能量比生成物的总能量高，故C错误；化学反应中断键要吸收能量，成键要放出能量，所以化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与生成，故D正确。

3．下列说法中正确的是(　C　)

A．放热反应都比吸热反应易发生

B．中和反应中，每生成1 mol H2O均会放出57.3 kJ的热量

C．NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O混合搅拌过程中，体系能量增加

D．无法判断2CO2(g)＋3H2O(g)===C2H5OH(l)＋3O2(g)是吸热反应还是放热反应

[解析]　放热反应不一定比吸热反应易发生，如C与O2反应需要点燃，而NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O在常温下即可进行，A项错误；中和反应中，稀的强酸溶液与稀的强碱溶液反应生成1 mol H2O放出57.3 kJ的热量，但不是所有的中和反应生成1 mol H2O都放出57.3 kJ的热量，如稀的醋酸溶液与稀的氢氧化钠溶液反应，B项错误；NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O反应为吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，体系能量增加，C项正确；因乙醇燃烧为放热反应，而2CO2(g)＋3H2O(g)===C2H5OH(l)＋3O2(g)是乙醇燃烧生成气态水的逆过程，可判断该反应为吸热反应，D项错误。

4．(2022·福建泉州期中)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应过程中的能量变化如图所示(图中E1表示无催化剂时正反应的活化能，E2表示无催化剂时逆反应的活化能)。下列有关叙述不正确的是(　B　)

A．该反应的逆反应为吸热反应，升高温度可提高活化分子的百分数

B．500 ℃、101 kPa下，将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热a kJ，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－2a kJ·mol－1

C．该反应中，反应物的总键能小于生成物的总键能

D．ΔH＝E1－E2，使用催化剂可改变活化能，但不改变反应热

[解析]　由图可知，该反应的正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，升高温度可提高活化分子的百分数，A正确；500 ℃、101 kPa下，将1 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应放热a kJ，由于该反应为可逆反应，得不到1 mol SO3(g)，所以热化学方程式2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的反应热不等于－2a kJ·mol－1，B不正确；该反应的正反应为放热反应，其ΔH＜0，所以反应物的总键能小于生成物的总键能，C正确；ΔH＝E1－E2，使用催化剂能改变反应的活化能，但不改变反应热，D正确。

5．煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低了脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

CaSO4(s)＋CO(g)===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH1＝218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)

CaSO4(s)＋4CO(g)===CaS(s)＋4CO2(g)　ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)

请回答下列问题：

(1)反应Ⅰ是放热反应还是吸热反应？__吸热反应__。能否通过反应Ⅰ判断等物质的量的CO、CO2具有能量的高低？__否__。

(2)已知CO转化成CO2的能量关系如图所示。写出该反应的热化学方程式：__2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1__，则CO的燃烧热ΔH为__－283__kJ·mol－1。

(3)依据反应Ⅰ、Ⅱ确定反应：CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)===CaS(s)＋3CO2(g)　ΔH＝__－394__kJ·mol－1。

[解析]　(1)反应Ⅰ的ΔH1＞0，故为吸热反应。通过反应Ⅰ只能判断反应物的总能量低于生成物的总能量，不能判断某一反应物与某一生成物之间的能量的相对大小。(2)由图可知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1，CO的燃烧热ΔH为×(－566)kJ·mol－1＝－283 kJ·mol－1。(3)利用盖斯定律将反应Ⅱ减去反应Ⅰ可得目标方程式，ΔH＝(－175.6－218.4)kJ·mol－1＝－394 kJ·mol－1。

6．请参考题中图表，根据要求回答问题：

下表是部分化学键的键能：

已知白磷的燃烧热为d kJ·mol－1，白磷及其完全燃烧的产物的结构如下图所示，则表中x＝__(d＋6a＋5c－12b)__(用含a、b、c、d的代数式表示)。

[解析]　白磷燃烧的化学方程式为P4＋5O2P4O10，结合题图中白磷及其完全燃烧产物的结构，根据“反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式：6a＋5c－(4x＋12b)＝－d，据此可得x＝(d＋6a＋5c－12b)。

B组　能力提升题

7．(2022·山东省实验中学一诊)下列有关热化学方程式的叙述正确的是(　C　)

A．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8 kJ/mol

B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定

C．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.4 kJ/mol

D．已知C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1，C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2

[解析]　燃烧热指的是在25 ℃、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，氢的稳定氧化物指液态水，故241.8 kJ/mol不是氢气的燃烧热，故A错误；由C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，可知该反应吸热，即石墨的能量低于金刚石，而能量越低物质越稳定，故石墨比金刚石稳定，故B错误；在稀溶液中，强酸强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol水时的反应热叫做中和热，20.0 g NaOH的物质的量n＝＝＝0.5 mol，与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，此时放出热量28.7 kJ，生成1 mol水时放出热量57.4 kJ，故C正确；反应C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1①和反应C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2②，均为放热反应，ΔH均小于0，由于反应①是碳的完全燃烧，②是碳的不完全燃烧，故①放出的热量多于②，则ΔH1＜ΔH2，故D错误。

8．一些烷烃的燃烧热如下表：

下列说法正确的是(　C　)

A．乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 560.8 kJ·mol－1

B．稳定性：正丁烷＞异丁烷

C．正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol－1

D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多

[解析]　表示乙烷燃烧的热化学方程式中，H2O应为液态，且该反应的ΔH＝－3 121.6 kJ·mol－1，A错误；由表中燃烧热数据可知，1 mol正丁烷、异丁烷分别完全燃烧时，正丁烷放出的热量多，说明等量的两种物质，正丁烷具有的能量高于异丁烷，则异丁烷更稳定，B错误；2－甲基丁烷的稳定性强于正戊烷，由于2－甲基丁烷的燃烧热为3 531.3 kJ·mol－1，故正戊烷的燃烧热大于3 531.3 kJ·mol－1，C正确；由表中数据分析可知，相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越少，D错误。

9．(2022·湖南衡阳摸底)中国学者在水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH]中攻克了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题，该过程是基于双功能(能吸附不同粒子)催化剂催化实现的。反应过程示意图如下：

下列说法正确的是(　D　)

A．过程Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程

B．过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2

C．使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH

D．图示过程中的H2O均参与了反应过程

[解析]　根据反应过程示意图，过程Ⅰ是水分子中的化学键断裂的过程，为吸热过程，A项错误；过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气，H2中的化学键为非极性键，B项错误；催化剂不能改变反应的ΔH，C项错误；根据反应过程示意图可知，过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ也是水分子中的化学键断裂的过程，过程Ⅲ中形成了水分子，因此H2O均参与了反应过程，D项正确。

10．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1

3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2

2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3

2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4

2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　B　)

A．ΔH1＜0，ΔH3＞0 B．ΔH5＜0，ΔH4＜ΔH3

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

[解析]　H2和O2反应生成H2O的反应放热，铁和氧气的反应也放热，故A错误；铝热反应为放热反应，故ΔH5＜0，设2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3③，2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4④，由④－③可得：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5＝ΔH4－ΔH3＜0，可得ΔH4＜ΔH3、ΔH3＝ΔH4－ΔH5，故B正确、D错误；已知：3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2②，2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3③，将(②＋③)×可得：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1＝(ΔH2＋ΔH3)，故C错误。

11．(2022·浙江温州模拟)金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。

(1)在通常状况下，金刚石和石墨中__石墨__(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，石墨的标准燃烧热ΔH为__－393.5 kJ·mol－1__。

(2)12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量为__252.0 kJ__。

(3)已知：N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝180.0 kJ·mol－1

NO分子中化学键的键能为__631.5__kJ·mol－1。

(4)综合上述有关信息，请写出CO与NO反应的热化学方程式：__2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.0 kJ·mol－1__。

[解析]　(1)由图知石墨的能量比金刚石的小，所以石墨比金刚石稳定；石墨的标准燃烧热ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝－110.5 kJ·mol－1＋(－283.0 kJ·mol－1)＝－393.5 kJ·mol－1。(2)n(CO)×28 g·mol－1＋n(CO2)×44 g·mol－1＝36 g，n(CO)＋n(CO2)＝1 mol，所以n(CO)＝n(CO2)＝0.5 mol，放出的热量为110.5 kJ·mol－1×0.5 mol＋393.5 kJ·mol－1×0.5 mol＝252.0 kJ。(3)设NO分子中化学键的键能为x，则946 kJ·mol－1＋497 kJ·mol－1－2x＝180.0 kJ·mol－1，x＝631.5 kJ·mol－1。(4)由图知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566.0 kJ·mol－1，将该式减去N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝180.0 kJ·mol－1得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.0 kJ·mol－1。

12．如图中：E1＝134 kJ·mol－1，E2＝368 kJ·mol－1，根据要求回答问题：

(1)如图是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是__减小__(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是__不变__。请写出NO2(g)和CO(g)反应的热化学方程式：__NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1__。

(2)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，则生成1 m3(标准状况)CO所需的热量为__5.52×103 kJ__。

[解析]　(1)观察图像，E1为反应的活化能，加入催化剂降低反应的活化能，但是ΔH不变；1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)的反应热数值即反应物和生成物的能量差，因此该反应的热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1。(2)首先写出热化学方程式：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1①，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1②，H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1③，①－(②＋③)×2得CH3(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1，故标准状况下生成1 m3 CO所需热量为××247.3 kJ≈5.52×103 kJ。