2024届高考化学一轮复习专题6第28讲化学反应的热效应基础学案

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第28讲 化学反应的热效应(基础课)
1．了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。 2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。 3．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。 4．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。 5．了解焓变(ΔH)与反应热的含义。了解活化能的概念。 6．了解有关标准燃烧热、中和反应反应热的计算，了解中和反应反应热的测定。 7．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
焓变 热化学方程式
1．化学反应的实质与特征
2．反应热和焓变
(1)反应热：在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。
(2)焓变：在等压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/ml(或kJ·ml－1)。
等压条件下，反应中的能量变化全部转化为热能时，焓变(ΔH)等于反应热。
3．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。
(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
放热反应可以看成反应物所具有的化学能转化为热能释放出来；吸热反应可以看成热能转化为化学能被生成物储存起来。
[识记] 常见的放热反应与吸热反应
放热反应：①可燃物的燃烧，②酸碱中和反应，③大多数化合反应，④金属跟水或酸的置换反应，⑤物质的缓慢氧化，⑥铝热反应。
吸热反应：①大多数分解反应，②盐类的水解反应，③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应，④碳和水蒸气、C和CO2的反应，⑤NaHCO3与盐酸的反应。
4．热化学方程式
(1)定义：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。
(2)意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。
如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1表示在25 ℃、101 kPa条件下，2_ml_气态H2和1_ml_气态O2反应生成2_ml液态水时，放出571.6_kJ_的热量。
(3)书写步骤
(4)注意事项
①热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。而在书写同素异形体转化的热化学方程式时，由于不同单质可能用同一元素符号表示(如金刚石与石墨都用C表示)，除了注明状态外，还要注明名称。
②热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。
③ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应条件及反应是否可逆无关。
5．活化能与催化剂
图中：E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，使用催化剂时的正反应活化能为E3，反应热为E1－E2。
①活化能又称能垒。
②活化能与温度无关，与使用的催化剂有关。
③催化剂不改变焓变(ΔH)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)需加热进行的反应均为吸热反应，其焓变ΔH>0。( )
(2)任何化学反应都伴随着能量变化，有能量变化的过程均为化学变化。
( )
(3)C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH>0，金刚石比石墨稳定。( )
(4)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH1，H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH2，则ΔH1＝ΔH2。( )
(5)对同一反应，使用催化剂可以改变反应的活化能和焓变。( )
(6)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2．根据信息书写热化学方程式。
(1)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。已知AX3的熔点和沸点分别为－93.6 ℃和76 ℃，AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 ml AX5，放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)在一定条件下，将1 ml N2和3 ml H2充入一密闭容器中发生反应生成氨气，达到平衡时N2的转化率为25%，放出Q kJ的热量，N2与H2反应的热化学方程式为___________________________________________________________。
(3)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是
___________________________________________________________________。
[解析] (2)1 ml N2完全反应放出的热量为eq \f(Q,25%) kJ＝4Q kJ，故N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－4Q kJ·ml－1。
(3)消耗1 ml NaBH4(s)放出的热量为eq \f(21.6,\f(3.8,38)) kJ＝216 kJ，故可写出热化学方程式。
[答案] (1)AX3(l)＋X2(g)===AX5(s) ΔH＝－123.8 kJ·ml－1
(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－4Q kJ·ml－1
(3)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·ml－1
能量关系图分析
1．目前，火箭的液体推进剂有液氢、液氧、偏二甲肼、四氧化二氮、硼烷等十几种，但比较理想的液体推进剂是液氢和液氧。由于储存、运输等技术的制约，液氢和液氧的使用受到很大程度的限制。化学反应2H2＋O2===2H2O能量变化如图所示，则表示H2燃烧热的热化学方程式为 ( )
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－(b－a)kJ·ml－1
B．H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－eq \f(1,2) (b－a)kJ·ml－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－(b＋c－a)kJ·ml－1
D．H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－eq \f(1,2) (b＋c－a)kJ·ml－1
D [氢气的燃烧热是指101 kPa下，1 ml氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量，从图中可以看出：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－(b＋c－a)
kJ·ml－1，故表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－eq \f(1,2) (b＋c－a)kJ·ml－1，故选D。]
2．某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图所示，下列说法错误的是 ( )
A．总反应为放热反应
B．使用催化剂后，活化能不变
C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
B [由题图可知，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；催化剂能降低反应的活化能，B项错误。]
3．回答下列问题。
(1)保护环境已成为当前和未来的一项全球性重大课题。为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有专家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想，其原理如图所示。回答下列问题：
①过程Ⅰ发生的反应为________(填“吸热”或“放热”)反应，反应过程中能量的主要转化形式为________；
②上述转化过程中，ΔH1＋ΔH2________0(填“＞”“＜”或“＝”)。
(2)以NH3、CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]的反应历程与能量变化如图所示。回答下列问题：
①以NH3、CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]的热化学方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________；
②从图像分析该反应分两步进行，则决定生产尿素的总反应速率的步骤是第________步反应(填“一”或“二”)。
[解析] (1)①过程Ⅰ发生的反应2H2O===2H2＋O2为吸热反应；在太阳能作用下H2O分解变为H2、O2，因此其主要转化形式为光能转化为化学能；②由盖斯定律和能量守恒定律可知，ΔH1＝－ΔH2，所以ΔH1＋ΔH2＝0；(2)①根据反应热等于反应物活化能与生成物活化能的差，结合盖斯定律可知以NH3、CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]的热化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2 (s)＋H2O(g)，ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4；②对于多步反应，对总化学反应速率起决定作用的步骤是活化能大的步骤，根据图示可知第二步反应的活化能比较大，因此决定生产尿素的总反应速率的步骤是第二步反应。
[答案] (1)吸热 太阳能(光能)转化为化学能 ＝ (2)2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2 (s)＋H2O(g) ΔH＝Ea1－Ea2＋Ea3－Ea4 二
利用键能确定焓变(ΔH)
4．(2022·浙江6月选考，T18)标准状况下，下列物质气态时的相对能量如下表：
可根据HO(g)＋HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml－1。下列说法不正确的是( )
A．H2的键能为436 kJ·ml－1
B．O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C．解离氧氧单键所需能量：HOO－57.3 kJ·ml－1。
3．能源
(1)分类
(2)科学开发利用能源的措施
①提高能源的利用率
科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧：一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等；二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷射成雾状等。
②开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、对环境无污染的新能源等。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)已知H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，则H2的燃烧热为a kJ·ml－1。( )
(2)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 ml水时放出57.3 kJ的热量。( )
(3)煤的液化或气化可以提高能源利用率，减少污染气体的排放。( )
(4)天然气、水能、风能、氢能、生物质能均属于可再生的新能源。( )
(5)天然气、风能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源。( )
(6)已知S(s)的标准燃烧热为a kJ·ml－1，则S(s)标准燃烧的热化学方程式为S(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===SO3(g) ΔH＝－a kJ·ml－1。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
1．一些烷烃的标准燃烧热如下表：
下列说法正确的是 ( )
A．乙烷标准燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 560.8 kJ·ml－1
B．稳定性：正丁烷>异丁烷
C．正戊烷的标准燃烧热大于3 531.3 kJ·ml－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
C [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·ml－1，A错误；由表中燃烧热数据可知，1 ml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甲基丁烷的标准燃烧热为3 531.3 kJ·ml－1，故正戊烷的标准燃烧热大于3 531.3 kJ·ml－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。]
2．某同学设计如图所示实验，探究反应中的能量变化。
下列判断正确的是( )
A．由实验可知，(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B．将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
C．实验(c)中将环形玻璃搅拌棒改为铁质搅拌棒对实验结果没有影响
D．若用NaOH固体测定中和反应的反应热，则测定的反应热ΔH的绝对值偏高
D [A.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应产生BaCl2、NH3·H2O、H2O的反应是吸热反应而不是放热反应，A错误；B.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后，反应物接触面积增大，Al与盐酸反应速率加快，但反应释放出的热量不变，B错误；C.Fe是金属，容易导热，使反应放出的热量散失，导致中和热数值偏小，因此实验(c)中将环形玻璃搅拌棒改为铁质搅拌棒对实验结果会产生一定的影响，C错误；D.NaOH固体溶于水时放热，测定出来的ΔH绝对值偏高，D正确。]
盖斯定律及其应用
1．盖斯定律
(1)内容：对于一个化学反应，不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即：在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应途径无关。
(2)意义：间接计算一些难以测定的反应的反应热或很难反应的反应热。如确定C―→CO的ΔH时可以通过盖斯定律设计，ΔH＝ΔH1－ΔH2。
(3)应用
利用盖斯定律计算反应热的两种方法
(1)虚拟途径法：先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求反应的反应热。
(2)加和法：将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式，反应热也作相应的加减运算。流程如下：
1．化学反应N2(g)＋ 3H2(g)2NH3(l) ΔH；反应的能量变化如图所示，则该反应的ΔH等于( )
A．2(a－b－c) kJ·ml－1 B．2(b－a) kJ·ml－1
C．2(b＋c－a) kJ·ml－1D．2(a＋b) kJ·ml－1
A [由图可以看出，反应热等于反应物总能量减去生成物总能量，该反应为放热反应，反应的反应热ΔH＝－(生成物活化能－反应物活化能)＝－[2(b＋c) kJ·ml－1－2a kJ·ml－1]＝ ＋2(a－b－c)kJ·ml－1。]
2．已知下列反应的热化学方程式
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1
B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1
D．2ΔH1＋5ΔH2－12ΔH3
A [已知：
①6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
由盖斯定律：5×②＋12×③－2×①得：4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g) ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。]
3．以CO和H2为原料合成甲醇是工业上的成熟方法，直接以CO2为原料生产甲醇是目前的研究热点。我国科学家用CO2人工合成淀粉时，第一步就需要将CO2转化为甲醇。
已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝－90.5 kJ·ml－1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·ml－1
③2H2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋O2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))===2H2Oeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g)) ΔH3＝－483.6 kJ·ml－1
下列说法不正确的是( )
A．若温度不变，反应①中生成1 ml CH3OHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))时，放出的热量大于90.5 kJ
B．CO2与H2合成甲醇的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.4 kJ·ml－1
C．通过电解制H2和选用高效催化剂，可降低CO2与H2合成甲醇反应的焓变
D．以CO2和H2O为原料合成甲醇，同时生成O2，该反应需要吸收能量
C [A.1 ml CH3OHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))能量高于1 ml CH3OHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))，反应物的总能量相同，根据能量守恒定律，若温度不变，反应①中生成1 ml CH3OHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))时，放出的热量大于90.5 kJ，故 A 正确；B.根据盖斯定律，①－②得CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－90.5 kJ·ml－1)－(－41.1 kJ·ml－1)＝－49.4 kJ·ml－1，故B正确；C.催化剂可降低CO2与H2合成甲醇反应的活化能，但不改变反应的焓变，故C错误；D.由B项知反应④CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH4＝－49.4 kJ·ml－1；根据盖斯定律④×2－③×3得：2CO2(g)＋4H2O(g)2CH3OH(g)＋3O2(g) ΔH＝2ΔH4－3ΔH3＝(－49.4 kJ·ml－1)×2－(－483.6 kJ·ml－1)×3＝1 352 kJ·ml－1 ΔH＝1 352 kJ·ml－1>0，则该反应需要吸收能量，故 D 正确。]
4．(2021·河北选择性考试，T16节选)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：
则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为___________________________________________________________________。
[解析] 由题给燃烧热数据可得，①H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·ml－1，②C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·ml－1，③C6H6(l)＋eq \f(15,2)O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l) ΔH3＝－3 267.5 kJ·ml－1，根据盖斯定律，目标方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8 kJ·ml－1)×3＋(－393.5 kJ·ml－1)×6－(－3 267.5 kJ·ml－1)＝＋49.1 kJ·ml－1，故H2(g)与C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1。
[答案] 3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l) ΔH＝＋49.1 kJ·ml－1
1．(2022·广东选择性考试，T19节选)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图，X(g)→Y(g)过程的焓变为____________________________________
________________________________________________________(列式表示)。
[解析] 设反应过程中第一步的产物为M，第二步的产物为N，则X→M ΔH1＝(E1－E2)，M→N ΔH2＝ΔH，N→Y ΔH3＝(E3－E4)，根据盖斯定律可知，X(g)→Y(g)的焓变为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)。
[答案] (E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)
2．(2021·真题精选)(1)(湖北选择性考试)丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g) ΔH1＝＋125 kJ·ml－1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：C3H8(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===C3H6(g)＋H2O(g) ΔH2＝－118 kJ·ml－1
已知键能：E(C—H)＝416 kJ·ml－1，E(H—H)＝436 kJ·ml－1，由此计算生成1 ml 碳碳π键放出的能量为________ kJ。
(2)(湖南选择性考试)氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据如下：
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。
反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝________kJ·ml－1。
(3)(辽宁选择性考试)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应： (g)＋3H2(g) (g) ΔH10
已知：Ⅲ.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3
Ⅳ.2(g)＋15O2(g)12CO2(g)＋6H2O(l) ΔH4
Ⅴ.(g)＋9O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l) ΔH5
则ΔH1＝__________________(用ΔH3、ΔH4和ΔH5表示)。
[解析] (1)反应Ⅰ中断裂2 ml C—H键、形成1 ml碳碳π键和1 ml H—H键，即416 kJ·ml－1×2－436 kJ·ml－1－E(碳碳π键)＝＋125 kJ·ml－1，解得：E(碳碳π键)＝271 kJ·ml－1，所以形成1 ml 碳碳π键放出的能量为271 kJ。
(2)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8 kJ·ml－1×3×2－(946.0 kJ·ml－1＋436.0 kJ·ml－1×3)＝＋90.8 kJ·ml－1。
(3)根据盖斯定律知，主反应 Ⅰ可由eq \f(3,2)×反应Ⅲ＋eq \f(1,2)×反应Ⅳ－反应Ⅴ得到，即ΔH1＝eq \f(3,2)ΔH3＋eq \f(1,2)ΔH4－ΔH5。
[答案] (1)271 (2)＋90.8 (3)eq \f(3,2)ΔH3＋eq \f(1,2)ΔH4－ΔH5
3．(2020·浙江7月选考，T27)100 mL 0.200 ml·L－1 CuSO4溶液与1.95 g锌粉在量热计中充分反应。测得反应前温度为20.1 ℃，反应后最高温度为30.1 ℃。
已知：反应前后，溶液的比热容均近似为4.18 J·g－1·℃－1、溶液的密度均近似为1.00 g·cm－3，忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量。请计算：
(1)反应放出的热量Q＝________________J。
(2)反应Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)的ΔH＝____________________kJ·ml－1(列式计算)。
[解析] (1)根据Q＝cmΔt，反应放出的热量Q＝4.18 J·g－1·℃－1×100 mL×1.00 g·cm－3×(30.1 ℃－20.1 ℃)＝4.18×103 J。(2)n(CuSO4)＝0.1 L×0.200 ml·L－1＝0.02 ml，n(Zn)＝eq \f(1.95 g,65 g·ml－1)＝0.03 ml，Zn过量，即0.02 ml Zn和0.02 ml CuSO4反应放出的热量为4.18 kJ，故反应Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)的ΔH＝－eq \f(4.18 kJ,0.02 ml)＝－209 kJ·ml－1。
[答案] (1)4.18×103
(2)－eq \f(4.18×103/1 000,0.100×0.200) kJ·ml－1＝－209
课时分层作业(二十八)
化学反应的热效应
1．关于如图所示转化关系(X代表卤素)，下列说法正确的是( )
A．H2(g)＋X2(g)===2H(g)＋2X(g) ΔH2>0
B．生成HX的反应热与途径有关，所以ΔH1≠ΔH2＋ΔH3
C．若X分别表示Cl、Br、I，则过程Ⅱ吸收的热量依次增多
D．途径Ⅰ生成HCl比生成HBr的ΔH1大
A [A.H2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋X2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))===2Heq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋2Xeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))为共价键的断裂过程，断裂共价键需要吸收热量，则ΔH2＞0，A正确；B.根据盖斯定律可知，反应焓变与反应物和生成物有关，与反应途径无关，则生成HXeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))的反应热ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，B错误；C.Cl—Cl、Br—Br、I—I的键能逐渐减小，若X分别表示Cl、Br、I，则过程Ⅱ吸收的热量依次减少，C错误；D.元素的非金属性越强，氢化物的稳定性越强，形成氢化物时释放的热量越多，途径Ⅰ生成HCl比生成HBr放热多，故生成HCl比生成HBr的ΔH1小，D错误。]
2．甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理
①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋49.0 kJ·ml－1
②CH3OH(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJ·ml－1
下列说法正确的是( )
A．根据②推知反应：CH3OH(l)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＞－192.9 kJ·ml－1
B．反应①中的能量变化如图所示
C．CH3OH的燃烧热为192.9 kJ·ml－1
D．CH3OH转化为H2的过程一定要吸收能量
A [A.等物质的量的同种物质，气态状态下能量最高，其次为液态，固态状态下最低，由②推知反应：CH3OH(l)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＞－192.9 kJ·ml－1，故A正确；B.图中表示的是放热反应，而反应①是吸热反应，故B错误；C.CH3OH的燃烧热的产物应为CO2和液态水，故C错误；D.CH3OH转化为H2的过程按照反应①是吸热反应，按照反应②是放热反应，所以不一定要吸收能量，故D错误。]
3．苯的亲电取代反应分两步进行，可表示为，生成中间体的一步是加成过程，中间体失去氢离子的一步是消除过程，其机理亦称加成—消除机理，苯的亲电取代反应进程和能量的关系如图，下列说法错误的是( )
A．反应Ⅰ为苯亲电取代的决速步骤
B．E1与E2的差值为总反应的焓变
C．中间体的能量比苯的高，稳定性比苯的差
D．反应过程中，环上碳原子的杂化类型发生了变化
B [根据图示可知总反应的焓变不是E1与E2的差值，B错误。]
4．如图所示，有关化学反应和能量变化的说法不正确的是( )
A．图a可以表示钠和水反应的能量变化
B．图b可以表示吸热反应的能量变化
C．图b表示反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量
D．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生
D [A.由图a可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，钠和水反应是放热反应，可用图a表示，故A正确；B.由图b可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，则该反应为吸热反应，故B正确；C.由图b可知，该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量，故C正确；D.反应热只取决于反应物和生成物总能量的大小，与反应条件无关，如铝热反应为放热反应，但在高温条件下才能发生，故D错误。]
5．NH3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))和CO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))在尿素合成塔中合成COeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH2))2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s))是分两步进行的：
①2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(l)；
②NH2COONH4(l)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)
其反应过程的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．1 ml NH2COOH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))的能量低于1 ml COeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH2))2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s))的能量
B．2NH3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋CO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))NH2COONH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l)) ΔH＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Ea2－Ea1))kJ·ml－1
C．合成尿素的总反应是吸热反应
D．反应过程中NH2COONH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))会有大量累积
D [A.由图知，1 ml NH2COONH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))的能量低于1 ml COeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH2))2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s))和1 ml H2Oeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))的总能量，但1 ml NH2COONH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))的能量不一定低于1 ml COeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH2))2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s))的能量，A错误；B.由图知，2NH3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋CO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))NH2COONH4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))为放热反应，则 ΔH＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Ea1－Ea2))kJ·ml－1，B错误；C.由图知，2NH3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋CO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))CO(NH2)2(s)＋H2O(g)为放热反应，C错误；D.由图可知，Ea1”或“＜”)。
(3)在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s) ΔH1
反应Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)
ΔH2＝＋72.49 kJ·ml－1
总反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－86.98 kJ·ml－1
则反应Ⅰ的ΔH1＝________ kJ·ml－1。
[解析] (1)非金属元素形成的气态氢化物稳定性越强，其ΔH越小，即a、b、c、d代表H2Te、H2Se、H2S、H2O。根据图示c代表H2S，可写出热化学方程式H2(g)＋S(s)===H2S(g) ΔH＝－20 kJ·ml－1，则硫化氢发生分解反应的热化学方程式为H2S(g)===S(s)＋H2(g) ΔH＝＋20 kJ·ml－1。(2)①ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝8×413 kJ·ml－1－(4×413 kJ·ml－1＋x kJ·ml－1＋2×436 kJ·ml－1)＝＋167 kJ·ml－1，解得x＝613。②根据ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，则步骤Ⅰ反应的焓变ΔH1＝(E2－E1)kJ·ml－1。③根据图示，ΔH1、ΔH2都大于0，反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的焓变ΔH2＝(E3－E1)kJ·ml－1，E3＞E2，则ΔH1＜ΔH2。(3)利用盖斯定律，将总反应－反应Ⅱ，即得反应Ⅰ的ΔH＝(－86.98－72.49)kJ·ml－1＝－159.47 kJ·ml－1。
[答案] (1)H2S(g)===S(s)＋H2(g) ΔH＝＋20 kJ·ml－1 (2)613 E2－E1 ＜ (3)－159.47
7．(1)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
已知：
计算上述反应的ΔH＝________ kJ·ml－1。
(2)利用CO2、CH4在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，在能源和环境上具有双重意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。
已知：反应a CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1；
反应b CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋158.6 kJ·ml－1。
①过程Ⅱ中第二步反应的化学方程式为_____________________________
______________________________________________________________。
②只有过程Ⅰ投料比n(CH4)∶n(CO2)＝______，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。
③该技术中总反应的热化学方程式为_______________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)制备苯乙烯需断开2 ml C—H键，生成1 ml H—
H键，同时在C—C键的基础上生成C===C键，因此生成1 ml 苯乙烯吸收的热量为2×412 kJ＝824 kJ，放出的热量为436 kJ＋(612－348)kJ＝700 kJ，根据反应热的定义可知，ΔH＝＋824 kJ·ml－1－700 kJ·ml－1＝＋124 kJ·ml－1。
(2)①由题图可知，过程Ⅱ中第一步反应是为了实现含H物质与含C物质的分离，故第一步反应为CO、CO2、H2与Fe3O4、CaO反应生成气态水、Fe和CaCO3的反应；过程Ⅱ中第二步反应是为了得到富含CO的气体，反应的化学方程式为3Fe＋4CaCO3eq \(=======,\s\up9(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑。②结合过程Ⅰ反应CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g)中H2与CO的比例，以及过程Ⅱ第二步反应中Fe、CaCO3、Fe3O4、CaO的比例可知，过程Ⅱ第一步反应为Fe3O4＋4CaO＋2CO＋2H2＋2CO2eq \(=======,\s\up9(一定条件))3Fe＋4CaCO3＋2H2O，因此n(CH4)∶n(CO2)为1∶3时，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。③根据盖斯定律，由4a－3b可得CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝(＋206.2 kJ·ml－1)×4－(＋158.6 kJ·ml－1)×3＝＋349 kJ·ml－1。
[答案] (1)＋124
(2)①3Fe＋4CaCO3eq \(=========,\s\up9(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑ ②1∶3 ③CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝＋349 kJ·ml－1
8．宇宙中所有的一切都是能量的变化，研究化学反应中的能量变化意义重大。
(1)奥运会火炬常用的燃料为丙烷、丁烷等。已知：丙烷的燃烧热ΔH1＝－2 220 kJ·ml－1，正丁烷的燃烧热ΔH2＝－2 878 kJ·ml－1：异丁烷的燃烧热ΔH3＝－2 869.6 kJ·ml－1。下列有关说法正确的是________(填字母)。
A．奥运火炬燃烧时的能量转化形式主要是由化学能转化为热能、光能
B．异丁烷分子中的碳氢键比正丁烷的多
C．正丁烷比异丁烷稳定
(2)某实验小组用0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1 H2SO4溶液进行中和热的测定。
①实验中用到的玻璃仪器有大、小烧杯、____________________。
②取50 mL NaOH溶液和30 mL H2SO4溶液进行实验，实验数据如表所示。
近似认为0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm－3，中和后混合溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，则ΔH≈________(结果保留小数点后一位)。
(3)研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如图：
反应Ⅰ：2H2SO4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))＝2SO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋2H2Oeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋O2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g)) ΔH1＝＋551 kJ·ml－1
反应Ⅲ：Seq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s))＋O2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))===SO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g)) ΔH3＝－297 kJ·ml－1
反应Ⅱ的热化学方程式：__________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)A.奥运火炬燃烧时伴随着发光、发热的现象，能量转化形式主要是由化学能转化为热能、光能，故A正确；B.异丁烷和正丁烷互为同分异构体，所含化学键种类和数目相同，故B错误；C.正丁烷的燃烧热ΔH2＝－2 878 kJ·ml－1；异丁烷的燃烧热ΔH3＝－2 869.6 kJ·ml－1，由此可知，正丁烷的能量高于异丁烷，而物质的能量越低越稳定，故异丁烷更稳定，故C错误；(2)①中和热测定实验中用到的玻璃仪器有大、小烧杯、量筒、温度计、环形玻璃搅拌棒；②第一次实验的温度差是4.0 ℃，第二次实验的温度差是6.1 ℃；第三次实验的温度差是3.9 ℃；第四次实验的温度差是4.1 ℃；第二次实验数据明显偏离正常误差范围，根据1、3、4次实验，温度差的平均值为eq \f(4.0＋3.9＋4.1,3) ℃＝4.0 ℃；50 mL 0.50 ml·L－1 NaOH溶液和30 mL 0.50 ml·L－1 H2SO4溶液反应生成0.025 ml H2O，近似认为0.50 ml·L－1 NaOH溶液和0.50 ml·L－1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm－3，则溶液质量为80 g，中和后混合溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，则反应放热4.18 J·g－1·℃－1×80 g×4.0 ℃＝1 337.6 J＝1.337 6 kJ。则测得的中和热ΔH＝－eq \f(1.337 6,0.025) kJ·ml－1≈－53.5 kJ·ml－1；(3)由图示可知反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))＋2H2Oeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))===2H2SO4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(l))＋Seq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(s)) ΔH2，根据盖斯定律可得Ⅱ＝－(Ⅰ＋Ⅲ)，ΔH2＝－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ΔH1＋ΔH3))＝－(551
kJ·ml－1－297 kJ·ml－1)＝－254 kJ·ml－1。
[答案] (1)A
(2)量筒、温度计、环形玻璃搅拌棒 －53.5 kJ·ml－1 (3)3SO2(g)＋2H2Oeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·ml－1物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/(kJ·ml－1)
249
218
39
10
0
0
－136
－242
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/(kJ·ml－1)
460
360
436
431
176
347
物质
(化学键)
CO2
(C===O)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
(C—C)
金刚石
(C—C)
S8
(S—S)
Si
(Si—Si)
化学键
数目(NA)
2
4
6
4
1.5
2
8
2
化合物
标准燃烧热/
(kJ·ml－1)
化合物
标准燃烧热/
(kJ·ml－1)
甲烷
890.3
正丁烷
2 878.0
乙烷
1 560.8
异丁烷
2 869.6
丙烷
2 221.5
2­甲基丁烷
3 531.3
转化关系
反应热间的关系
aAeq \(――→,\s\up9(ΔH1))B、Aeq \(――→,\s\up9(ΔH2))eq \f(1,a)B
ΔH1＝aΔH2
Aeq \(,\s\up9(ΔH1),\s\d8(ΔH2))B
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
物质
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃烧热ΔH/ (kJ·ml－1)
－285.8
－393.5
－3 267.5
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/(kJ·ml－1)
946.0
436.0
390.8
化学键
H—H
C===C
C—C
C—H
E(kJ·ml－1)
436
x
348
413
化学键
C—H
C—C
C===C
H—H
键能/ (kJ·ml－1)
412
348
612
436
温度
实验次数
起始温度t1/℃
终止
温度
t2/℃
H2SO4
溶液
NaOH
溶液
平均值
1
26.2
26.0
26.4
30.4
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4