新高考化学一轮复习精品练习第15讲 化学反应的热效应（含解析）

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第15讲 化学反应的热效应
【练基础】
1．下列说法不正确的是(　　)
A．化学能可以转变成热能、电能等
B．化学反应必然伴随着能量变化
C．化学反应中的能量变化主要是由化学键的变化引起的
D．化学反应中能量变化的多少与反应物的质量无关
【答案】D
【解析】化学反应的实质是旧化学键断裂与新化学键形成，一定伴随着能量变化；化学变化过程中产生的能量可以转化为热能、电能等，且化学反应中，反应物的质量(或物质的量)的多少及物质的聚集状态，影响反应中能量变化的多少。
2．合成氨原料中的H2可用甲烷在高温条件下与水蒸气反应制得。部分1 mol物质完全燃烧生成常温下稳定氧化物的ΔH数据如下表：
物质
ΔH/(kJ·mol－1)
H2(g)
－285.8
CO(g)
－283.0
CH4(g)
－890.3
已知1 mol H2O(g)转化生成1 mol H2O(l)时放出热量44.0 kJ。下列CH4和水蒸气在高温下反应得到H2和CO的热化学方程式正确的是(　　)
A．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH1＝＋206.1 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH2＝－206.1 kJ·mol－1
C．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH3＝＋365.5 kJ·mol－1
D．CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH4＝－365.5 kJ·mol－1
【答案】A
【解析】根据已知信息可以写出下列热化学方程式：
①H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－890.3 kJ·mol－1
④H2O(g)===H2O(l)　ΔH4＝－44.0 kJ·mol－1
根据盖斯定律，由③＋④－②－①×3可得CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝ΔH3＋ΔH4－ΔH2－ΔH1×3＝－890.3 kJ·mol－1－44.0 kJ·mol－1＋283.0 kJ·mol－1＋285.8 kJ·mol－1×3＝＋206.1 kJ·mol－1。
3．一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是(　　)

A．氢能属于二次能源
B．图中能量转化的方式至少有6种
C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同
D．太阳能、风能、氢能都属于新能源
【答案】C
【解析】氢能属于二次能源，A项正确；图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能转化为化学能、光能，化学能转化为电能等，B项正确；太阳能电池的供电原理是将太阳能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以二者供电原理不相同，C项错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，D项正确。
4．NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图1；研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2。下列说法正确的是(　　)


A．NH3催化还原NO为吸热反应
B．过程Ⅰ中NH3断裂非极性键
C．过程Ⅱ中NO为氧化剂，Fe2＋为还原剂
D．脱硝的总反应为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)
【答案】D
【解析】根据图1可知，反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，A项错误；NH3中化学键为极性键，过程Ⅰ中NH3断裂极性键，B项错误；过程Ⅱ中，NO→N2，氮元素的化合价由＋2→0，得电子作氧化剂，Fe2＋在反应前后没有发生变化，作催化剂，C项错误；由图2可知，反应物为NH3、NO、O2，生成物为N2和H2O，则脱硝的总反应为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)，D项正确。
5．根据如图所示的反应，判断下列说法中错误的是(　　)

A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量
B．该反应的焓变大于零
C．该反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量
D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应
【答案】D
【解析】因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，A、B项正确；在CaCO3中，Ca2＋和CO之间存在离子键，CO中C与O之间存在共价键，故反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，断键吸收能量，成键放出能量，C项正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D项错误。
6．通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是(　　)
①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH1＝571.6 kJ·mol－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＝131.3 kJ·mol－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH3＝206.1 kJ·mol－1
A．反应①中电能转化为化学能
B．反应②为放热反应
C．反应③使用催化剂，ΔH3减小
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝74.8 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】反应①中是光能转化为化学能，A错误；反应②中ΔH＞0，为吸热反应，B错误；催化剂只降低反应的活化能，不影响反应的焓变，C错误；根据盖斯定律，目标反应可由反应③－②获得，ΔH＝206.1 kJ·mol－1－131.3 kJ·mol－1＝74.8 kJ·mol－1，D正确。
7．已知反应：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3
2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH4
CO(g)＋CuO(s)===CO2(g)＋Cu(s)　ΔH5
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0　　　 B．ΔH2＝ΔH1－ΔH3
C．ΔH2＜0，ΔH4＞0 D．ΔH5＝ΔH1＋ΔH4
【答案】B
【解析】将已知反应依次编号为①②③④⑤。反应①和反应③都是放热反应，因此ΔH1＜0，ΔH3＜0，故A错误；根据盖斯定律，由②＋③可得反应①，因此ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即ΔH2＝ΔH1－ΔH3，故B正确；反应②为吸热反应，因此ΔH2＞0，反应④为放热反应，因此ΔH4＜0，故C错误；根据盖斯定律，由×(③－④)可得反应⑤，因此ΔH5＝ΔH3－ΔH4，故D错误。
8．以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如下图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．过程①中钛氧键断裂会释放能量
B．该反应中，光能和热能转化为化学能
C．使用TiO2作催化剂可以降低反应的焓变，从而提高化学反应速率
D．CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋30 kJ·mol－1
【答案】B
【解析】化学键断裂需要吸收能量，过程①中钛氧键断裂会吸收能量，A错误；根据图示，该反应中，光能和热能转化为化学能，B正确；催化剂通过降低反应的活化能提高化学反应速率，催化剂不能降低反应的焓变，C错误；反应物总键能－生成物总键能＝焓变，CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝1 598×2－1 072×2－496＝＋556 (kJ·mol－1)，D错误。
9．火箭推进器常以联氨(N2H4)为燃料、过氧化氢为助燃剂。已知下列各物质反应的热化学方程式：
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) 　ΔH1＝－533.23 kJ·mol－1
H2O(g)===H2O(l)　ΔH2＝－44 kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) 　ΔH3＝－196.4 kJ·mol－1
则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为(　　)
A．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) 　ΔH＝＋817.63 kJ·mol－1
B．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) 　ΔH＝－641.63 kJ·mol－1
C．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) 　ΔH＝－641.63 kJ·mol－1
D．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) 　ΔH＝－817.63 kJ·mol－1
【答案】B
【解析】将已知反应依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①＋2×②＋③得联氨与过氧化氢反应生成液态水的反应热ΔH＝ΔH1＋2×ΔH2＋ΔH3＝－817.63 kJ·mol－1；根据盖斯定律，由①－2×②＋③得联氨与过氧化氢反应生成气态水的反应热ΔH＝ΔH1－2×ΔH2＋ΔH3＝－641.63 kJ·mol－1，故B正确。
10．化学反应放出或吸收的能量称为反应热。反应热(ΔH)又因化学反应的分类给予不同的名称。如我们学过的燃烧热(ΔHc)，又如由稳定单质化合生成1 mol纯物质的热效应称为生成热(ΔHf)，断裂化学键时，所吸收的能量称为键能(ΔHb)。下面两个图中的数据分别表示水与二氧化碳各1 mol 分解时能量变化的示意图，图中的各数据均以kJ为单位，下列说法正确的是(　　)

A．H2O(g)的生成热：ΔHf＝243 kJ·mol－1
B．CO(g)的燃烧热：ΔHc＝－570 kJ·mol－1
C．O—H键的键能：ΔHb＝436 kJ·mol－1
D．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
ΔH＝－42 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】表示H2O(g)的生成热的热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔHf＝－243 kJ·mol－1，A错误。表示CO(g)的燃烧热的热化学方程式为CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔHc＝－285 kJ·mol－1，B错误。由图1知O—H键的键能ΔHb＝×(243＋436＋247)kJ·mol－1＝463 kJ·mol－1，C错误。由图1得H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－243 kJ·mol－1　①，由图2得CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－285 kJ·mol－1　②，根据盖斯定律，②－①得CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42 kJ·mol－1，D正确。
【练提升】
1．工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。化学原理：CH2===CH2(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g)　ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示：
化学键
C—H
C===C
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol－1)
413
615
463
348
351
下列说法中错误的是(　　)
A．上述合成乙醇的反应是加成反应
B．相同时间段内，反应中用三种物质表示的反应速率相等
C．碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍
D．上述反应式中，ΔH＝－96 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】题目反应式中ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝(615＋413×4＋463×2)kJ·mol－1－(348＋413×5＋463＋351)kJ·mol－1＝－34 kJ·mol－1，D项错误。
2．已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH1
②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH2
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
则反应Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝(　　)
A．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
B．ΔH1＋ΔH2－ΔH3
C．ΔH1＋2ΔH2＋2ΔH3
D．2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
【答案】A
【解析】根据盖斯定律，由①＋②×＋③×可得所求的热化学方程式，即ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
3．研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(　　)

A．反应①②都是氧化还原反应
B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定
C．Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物
D．若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O
【答案】AC
【解析】A项，反应①②均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，正确；B项，由题图可知，反应①②都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应①决定，错误；C项，Fe＋做催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，正确；D项，由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，错误。
4．肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同，200 ℃时在Cu表面分解的机理如图1。已知200 ℃时：
反应Ⅰ：3N2H4(g)===N2(g)＋4NH3(g) ΔH1＝－32.9 kJ·mol－1
反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g) ΔH2＝－41.8 kJ·mol－1

下列说法不正确的是(　　)
A．图1所示过程①是放热反应、②是吸热反应
B．反应Ⅱ的能量过程示意图如图2所示
C．断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量大于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量
D．200 ℃时，肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1
【答案】C
【解析】图1所示过程①发生的反应是Ⅰ，为放热反应，过程②是NH3(g)的分解反应，是吸热反应，A正确；反应Ⅱ是放热反应，图2所示的能量过程示意图正确，B正确；由于反应Ⅰ为放热反应，因此，断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量，C错误；根据盖斯定律，Ⅰ－2×Ⅱ得，N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1，D正确。
5．工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇，化学原理为CH2==CH2(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g)　ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示：
化学键
C—H
C==C
H—O
C—C
C—O
键能/ (kJ·mol－1)
413
615
463
348
351
下列说法中错误的是(　　)
A．上述合成乙醇的反应是加成反应
B．相同时间段内，反应中用三种物质表示的反应速率相等
C．碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍
D．上述反应式中，ΔH＝－96 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】题述反应式中，ΔH＝615 kJ·mol－1＋413 kJ·mol－1×4＋463 kJ·mol－1×2－348 kJ·mol－1－413 kJ·mol－1×5－463 kJ·mol－1－351 kJ·mol－1＝－34 kJ·mol－1，D项错误。
6．已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1
②3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2
③2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3
④2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4
⑤2Al(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(　　)
A．ΔH10
B．ΔH5