高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化习题

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化习题，共16页。
第10讲 化学反应与热能

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模块一 化学反应中的热量变化

知识精讲

一、化学反应的本质和特征
1．本质：
(1)化学反应的本质是旧化学键的_______和新化学键的_______。
(2)断开化学键要_______能量，形成化学键要______能量，吸收的能量与释放的能量__________。
2．特征：
(1)生成新物质(符合质量守恒定律)；
(2)释放能量或吸收能量(符合能量守恒定律)。
【答案】(1)断裂 形成 (2)吸收 放出 不相等

实验探究
实验操作
在一只试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条

实验现象
镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升，用手触摸试管壁，有温热感
反应原理
Mg + 2HCl === MgCl2 + H2↑
实验结论
该反应放出热量

实验操作
将20g Ba(OH)2•8H2O晶体研细后与10g NH4Cl在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯

实验现象
有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，与烧杯底粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉
反应原理
Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl === BaCl2 + 2NH3↑+ 10H2O
实验结论
该反应吸收热量

二、吸热反应和放热反应
1．吸热反应：吸收热量的化学反应。
2．放热反应：放出热量的化学反应。

三、常见的放热反应与吸热反应
放热反应
吸热反应
大多数化合反应
所有燃烧反应
酸碱中和反应
金属与酸或水的置换反应
铝热反应
大多数分解反应
Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应

注意
1. 吸热反应和放热反应的对象都是化学变化，物理变化除外。
2. 一个化学反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。


经典例题

题型一：化学反应的本质与能量变化
【例1】下列说法正确的是( )
A．物质发生化学变化都伴随着能量变化
B．任何反应中的能量变化都表现为热量变化
C．物质变化时若伴有能量变化，则一定是化学变化
D．没有物质的化学变化，也就没有能量的变化
【答案】A
题型二：吸热反应与放热反应的判断
【变2-1】下列变化中属于吸热反应的是( )
①冰融化成水 ②胆矾受热分解 ③浓硫酸加水稀释 ④高锰酸钾分解制取氧气
⑤生石灰与水反应生成熟石灰 ⑥石灰石高温分解 ⑦CO2 + C 2CO
⑧Ba(OH)2·8H2O与固体NH4Cl混合 ⑨C + H2O(g) CO + H2
A．②④⑥⑦⑨ B．①②④⑥⑦⑧⑨
C．②③④⑤⑥⑧ D．②④⑥⑦⑧⑨
【答案】D

题型三：吸热反应与放热反应的实验探究
【变3】为了探究化学反应的热效应，某兴趣小组进行了如下实验：
(1)将纯固体物质分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应)，立即塞紧带U形管的塞子，发现U形管内红墨水的液面高度如图所示。

①若如图1所示，发生的反应(假设没有气体生成)是________(填“放热”或“吸热”)反应，是________(填两种物质的化学式)。
②若如图2所示，发生的反应(假设没有气体生成)是________(填“放热”或“吸热”)反应，以下选项中与其能量变化相同的是________(填序号)。
A．CO还原CuO的反应 B．CaCO3的分解反应 C．Al和Fe2O3的反应
(2)如图所示，把试管放入盛有25℃饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放几小块镁片，再滴入稀盐酸。试回答下列问题：

①实验中观察到的现象是：镁片逐渐溶解、有大量气泡产生、________________________________。
②产生上述现象的原因是____________________________________。
【答案】(1)①放热 Na、Na2O或CaO(填两种即可) ② 吸热 B
(2)饱和澄清石灰水中出现白色浑浊 镁和稀盐酸反应生成H2，且该反应是放热反应，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低

模块二 化学反应中的能量变化分析

知识精讲

一、从化学键的角度分析化学反应的能量变化
1．键能：断开(形成)1 mol某化学键所吸收(放出)的能量叫键能。单位：kJ/mol。
例如，断开(形成)1 mol H-H键吸收(放出)的能量为436.0 kJ，那么H-H键的键能是436.0 kJ/mol 。
2．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因：
(1)若吸收能量E1＞释放能量E2，该反应为吸热反应；
(2)若吸收能量E1＜释放能量E2，该反应为放热反应。
3．实例
化学键
H﹣H
Cl﹣Cl
H﹣Cl
键能kJ/mol
436
243
431
从键能角度分析H2 +Cl2 2HCl 反应体系中能量变化情况。

1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl分子的过程中， 了 kJ的能量。
【答案】 吸收；吸收；431；431；释放；183。

及时小练
计算2H2 + O2 2H2O 反应体系中的能量变化情况。已知：
化学键
H—H
O＝O
H—O
键能kJ/mol
436
498
465


【答案】2 mol H2与1 mol O2反应生成2 mol H2O分子，放出490 kJ的能量。

二、从总能量的角度分析化学反应的能量变化
1．一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
(1)若反应物总能量E反＞生成物总能量E生，该反应为放热反应；
(2)若反应物总能量E反＜生成物总能量E生，该反应为吸热反应。


E反 ___ E生 ，______ 反应 E反 ___ E生 ，______ 反应
【答案】＞，放热；＜，吸热。

2．吸热反应与放热反应的真实能量变化图：


E吸 ＜ E放，放热反应
E吸 ＞ E放，吸热反应

资料卡片——能量与稳定性
一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定。即“能量越低越稳定”。



经典例题

题型四：能量变化图
【例4】已知反应A + B === C + D的能量变化如图所示，下列关于此反应的说法不正确的是(　　)
A．是吸热反应
B．该反应不符合能量守恒定律
C．生成物的总能量高于反应物的总能量
D．反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量
【答案】B

题型五：键能的计算
【例5】已知部分键能如下表所示，计算下列三个反应中的能量变化情况。
化学键
H—H
H—N
N≡N
O＝O
C—H
C＝O
H—O
P—P
P—O
键能
(kJ/mol)
436
391
x
498
414
750
465
198
360
(1)CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O，1 mol CH4完全反应时，_________(填吸收/放出)________ kJ能量。
(2)已知N2 + 3H2 2NH3，消耗1 mol N2 时放出92 kJ的热量，则上表中x的数值为 ________。
(3)如下图为白磷(P4)和P4O6的结构，1mol 白磷完全燃烧，________(填吸收/放出)________kJ能量。

【答案】 (1)放出，708；(2)946；(3)放出，1638

题型六：能量越低越稳定
【变6-2】已知25℃、101 kPa下，含1 mol碳原子的石墨完全燃烧生成CO2放出热量393.51 kJ；含1 mol碳原子的金刚石完全燃烧生成CO2放出395.41 kJ的热量。据此判断，下列说法正确的是(　　)
A．由石墨制备金刚石是吸热反应；石墨比金刚石稳定
B．由石墨制备金刚石是吸热反应；金刚石比石墨稳定
C．由石墨制备金刚石是放热反应；石墨比金刚石稳定
D．由石墨制备金刚石是放热反应；金刚石比石墨稳定
【答案】 A

模块三 人类对能源的利用


知识精讲

一、人类对能源的利用
1．获取热能的途径——物质的燃烧
(1)早期：以树枝杂草为主要能源。
(2)现代：以煤、石油和天然气为主要能源。
2．面临问题
(1)短期内不可再生，储量有限；
(2)煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等造成大气污染。
3．解决方法
(1)节能减排
(2)开发利用新能源

明辨是非
（1）任何反应中的能量变化都表现为热量变化（　　）
（2）伴有能量变化的物质变化都是化学变化（　　）
（3）太阳能热水器是将光能转化为热能（　　）
（4）在动物体内的葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程（ ）
（5）化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能（ ）
（6）柴草燃烧时，化学能全部转化为热能（ ）
（7）电解水生成氢气和氧气时，电能转化为化学能（　　）
（8）利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向（　　）

【答案】××√×； √×√×

经典例题

题型七：能源的利用
【例7】下列叙述不正确的是( )
A．开发氢能、太阳能、风能、生物质能等新能源是践行低碳生活的有效途径
B．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
C．利用生物质能就是间接利用太阳能
D．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能
【答案】B

【变7】氢气是未来的理想能源，理由是( )
①燃烧放热多 ②燃烧时不污染环境
③用于制取H2的水资源丰富 ④密度小，便于运输
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
【答案】A

提分特训

【题1】意大利罗马大学的FulvioCacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子，N4分子结构与白磷(P4)相同，如图所示，已知断裂1mol N—N键吸收167kJ能量，而生成1mol N≡N放出942kJ能量，根据以上信息和数据判断下列说法不正确的是

A．N4中每个N均满足8e—稳定结构
B．N4和N2互为同素异形体
C．N4只含有非极性共价键
D．1molN4完全转化为N2时会释放60kJ能量
【答案】D
【解析】
【详解】
A．由分子结构可知，N4分子中每个氮原子与3个氮原子形成共价键，均满足8e—稳定结构，故A正确；
B．N4和N2是氮元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故B正确；
C．由分子结构可知，N4分子中每个氮原子与3个氮原子只形成氮氮非极性共价键，故C正确；
D．由断裂1mol N—N键吸收167kJ能量，而生成1mol N≡N放出942kJ能量可知，1molN4完全转化为N2时会释放的能量为942kJ/mol×2mol—167kJ/mol×6mol=882kJ，故D错误；
故选D。
【题2】关于能源和能量转化，下列说法正确的是
A．太阳能电池的能量转化：光能→化学能→电能
B．生物光合作用中的能量转化：光能(太阳能)→生物质能(化学能)
C．化学反应过程中，除了物质变化外，可能伴有能量变化
D．燃气灶具中的能量转化：化学能全部转化为热能
【答案】B
【解析】
【详解】
A．太阳能电池的能量转化：光能通过化学反应转化为电能，故A错误；
B．生物光合作用中的能量转化：光能(太阳能)通过化学反应转化为生物质能(太阳能)，故B正确；
C．化学反应过程中，旧键断裂和新键形成，除了物质变化外，一定伴有能量变化，故C错误；
D．燃气灶具中的能量转化：化学能主要转化为热能、光能形式，故D错误；
故选：B。
【题3】下列反应既是氧化还原反应又是放热反应的是
A．NaOH和HCl反应 B．Zn和HCl反应
C．Ba(OH)2.8H2O和NH4Cl反应 D．C与CO2反应
【答案】B
【解析】
【详解】
A．NaOH和HCl反应为放热反应，但不是氧化还原反应，选项A不合题意；
B．Zn和HCl反应为放热反应，也是氧化还原反应，选项B符合题意；
C．Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应是吸热反应，也不是氧化还原反应，选项C不合题意；
D．C与CO2反应是吸热反应，是氧化还原反应，选项D不合题意；
答案选B。
【题4】下列逻辑关系图示中正确的是
A．
B．
C．
D．




【答案】D
【解析】
【详解】
A．硫酸氢钠在水中电离产生氢离子、钠离子、硫酸根离子，属于盐，不属于酸，A项错误；
B．有些吸热反应属于氧化还原反应，如C还原CO2，有些吸热反应属于非氧化还原反应，如Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应，有些放热反应属于氧化还原反应，如燃烧，有些放热反应属于非氧化还原反应，如中和反应，故吸热反应/放热反应和氧化还原反应属于交叉关系，不属于包含关系，B项错误；
C．碳酸盐和钠盐或钾盐属于交叉关系，不属于并列关系，如Na2CO3、K2CO3，C项错误；
D．混合物和纯净物属于并列关系，纯净物中的单质和化合物属于并列关系，化合物中的电解质和非电解质属于并列关系，D项正确；
答案选D。
【题5】将V1mL 1.0 mol•L-1NaOH 溶液和V2mL未知浓度的HCl溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如下图所示(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．该实验表明热能可以转化为化学能
C．HCl 溶液的浓度约是 1.5 mol•L-1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
【答案】C
【解析】
【详解】
A．由图可知，温度为 22℃时，已经加入了5mLNaOH 溶液，而中和反应为放热反应，则该实验开始温度低于22℃，故A错误；
B．由图可知该反应是一个放热反应，表明化学能可以转化为热能，故B错误；
C．由图可知，NaOH 溶液体积为30mL时，溶液温度最高，说明NaOH 溶液和HCl溶液恰好完全反应，由V1+V2=50 mL可知HCl溶液的体积为20mL，由反应方程式可知V1c(NaOH)= V2c(HCl)，解得c(HCl)为1.5 mol•L-1，故C正确；
D．八水合氢氧化钡与氯化铵反应有水生成，该反应是吸热反应，故D错误；
故选C。
【题6】根据如图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化情况判断，下列说法正确的是

A．N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)是放热反应
B．2 mol O原子结合生成O2(g)时需要吸收498 kJ能量
C．1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632 kJ能量
D．2 mol N(g)和2 mol O(g)的总能量为1444 kJ
【答案】C
【解析】
【分析】
焓变=反应物断裂化学键吸收的能量−生成物形成化学键放出的能量,N2+O2═2NO△H=946kJ/mol+498kJ/mol−2×632kJ/mol=+180kJ/mol，反应是吸热反应；
【详解】
A. 依据计算分析反应是吸热反应，故A错误；
B. 原子结合形成分子的过程是化学键形成过程,是放热过程,2molO原子结合生成O2(g)时需要放出498kJ能量，故B错误；
C. 形成2molNO放热2×632×J能量,所以1molNO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632kJ能量，故C正确；
D.无法判断2 mol N(g)和2 mol O(g)的总能量，故D错误；
故选C。
【题7】我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。

下列说法不正确的是
A．该反应是化合反应
B．催化剂参加了化学反应过程
C．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键的断裂和形成
D．①→②过程中，形成了C—C键，断裂的化学键的总键能