化学必修 第二册第2节 化学反应与能量转化练习

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十一 化学反应中能量变化的本质及转化形式
【学习理解】共45分
一、选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1．(2021·渭南高一检测)“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是( )
A．氯化钠 B．固体氢氧化钠
C．固体硝酸铵 D．生石灰
解析:选C。考查化学物质和水混合时的能量变化问题。氯化钠溶于水的能量变化不明显；固体硝酸铵溶于水是吸热过程；固体氢氧化钠、生石灰溶于水是放热过程。
2．(2021·莆田高一检测)下列说法不正确的是( )
A．放热反应不需加热即可发生
B．化学反应过程中的能量变化除了热能外，也可以是光能、电能等
C．需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应
D．化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关
解析:选A。放热反应不一定不需加热即可发生，例如煤燃烧等，A项错误；化学反应过程中的能量变化除了热能外，也可以是光能、电能等，B项正确；需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应，例如碳燃烧等，C项正确；化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关，D项正确。
3．(双选)25 ℃和101 kPa 下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的能量变化如图，对于反应：H2(g)＋Cl2(g)=== 2HCl(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应的为放热反应
B．生成1 ml HCl时反应放热431 kJ
C．氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定
D．相同条件下，氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量
解析:选A、C。该反应中断裂反应物中化学键吸收的能量之和为(436＋243)kJ＝679 kJ，形成生成物中化学键释放的能量之和为(431＋431)kJ＝862 kJ，862 kJ＞679 kJ，因此反应为放热反应，故A正确；由A项的分析知生成2 ml HCl时放出183 kJ能量，则生成1 ml HCl时反应放热91.5 kJ，故B错误；据图可知1 ml H—H键断裂吸收的能量要大于1 ml Cl—Cl键断裂所需能量，即氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定，故C正确；氢气分子比氯气分子更稳定，则氢气分子具有的能量更低，故D错误。
【拔高题组】
1．(2021·深圳高一检测)下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢的过程中能量变化的图像的是( )
解析:选B。氢气与氯气的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应物断键时吸收能量，总能量增大，形成化学键时放出能量，总能量减小。
2．(2021·石家庄高一检测)根据下列信息判断氢气燃烧生成水蒸气时的热量变化，其中一定正确的是( )
A．H2O(气)分解为H2与O2时放出热量
B．生成1 ml H2O(气)时吸收热量245 kJ
C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙
D．氢气和氧气的总能量小于水的能量
解析:选C。由图中信息可知，1 ml H2断裂共价键变为2 ml H要吸收436 kJ的能量，0.5 ml O2断裂共价键变为1 ml O要吸收249 kJ的能量，2 ml H和
1 ml O结合成1 ml H2O要放出930 kJ的能量，因此可以计算出1 ml H2和
0.5 ml O2反应生成1 ml H2O要放出245 kJ的能量，同时可知水分解为H2与O2时吸收热量。
4.(2021·洛阳高一检测)某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．过程a释放热量，过程b吸收热量
B．该反应为放热反应，热效应等于ΔE
C．反应物的总能量高说明更稳定
D．该反应过程中的能量变化等于E1＋E2
解析:选B。根据图示，a曲线为断键吸收能量E1，b曲线为成键释放能量E2，A错误；E1补偿训练:
(2021·哈尔滨高一检测)放热反应一定是( )
A．断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多
B．贮存能量
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．反应物的总能量低于生成物的总能量
解析:选C。放热反应的判断可从能量的变化分析，亦可从化学反应的本质(微观结构角度)上分析。放热反应放出的热量＝形成化学键放出的能量－断裂化学键吸收的能量＝反应物的总能量－生成物的总能量>0，C项正确。
5．(双选)N2和 H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如图，用、、分别表示N2、H2、NH3，已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(生成2 ml NH3反应放出92 kJ的热量)，下列说法正确的是( )
A．使用催化剂导致反应过程发生变化，但合成2 ml氨反应放出的热量不变
B．②→③过程，是吸热过程且只有H—H键的断裂
C．③→④过程，N原子和H原子形成NH3是能量升高的过程
D．合成氨反应中，反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量
解析:选A、D。从图示可以得出使用催化剂改变了反应过程，但无法改变反应前后物质的能量，因此生成2 ml氨反应放出的热量不变仍为92 kJ，A正确；②→③过程，断裂为，H—H键断裂为两个H原子，均为吸热过程，B错误；新键形成要放出能量，故N原子和H原子形成NH3是能量降低的过程，C错误；合成氨为放热反应，反应物断键吸收能量小于生成物形成新键释放的能量，D正确。
补偿训练:
(2021·南阳高一检测)如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法正确的是( )
N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化
A．2 ml O原子结合生成O2时需要放出的能量为497.3 kJ
B．28 g N2(g)和32 g O2(g)完全反应生成NO(g)，放出的能量为179.3 kJ
C．1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量大于2 ml NO(g)具有的总能量
D．通常情况下，NO(g)比N2(g)稳定
解析:选A。原子结合形成分子的过程是化学键的形成过程，是放热过程，
2 ml O原子结合生成O2(g)时需要放出497.3 kJ能量，故A正确；断裂1 ml N2(g)和1 ml O2(g)中的化学键吸收的能量为946 kJ＋497.3 kJ＝1 443.3 kJ，形成2 ml NO中的化学键释放的能量为2×632 kJ＝1 264 kJ，因此1 ml N2(g)和1 ml O2(g)反应吸收的能量为946 kJ＋497.3 kJ－2×632 kJ＝179.3 kJ，B项错误；该反应为吸热反应，则1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量小于2 ml NO(g)具有的总能量，故C错误；从图示中可以得知断裂氮气分子中氮氮键需要的能量大于NO中氮氧键需要的能量，故氮气更稳定，故D错误。
二、非选择题(本题共1小题，共15分)
6．如图所示，把试管放入盛有25 ℃的饱和澄清石灰水的烧杯中，先放入试管中几小块镁条，再用滴管滴入 5 mL 稀盐酸于试管中，试回答下列问题：
(1)实验中观察到的现象是___________________________________________。
(2)产生上述现象的原因是___________________________________________。
(3)写出有关反应的离子方程式_______________________________________。
(4)由实验知，反应中MgCl2溶液和H2的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)镁条和盐酸的总能量。
解析:镁条与稀盐酸反应的过程中镁条逐渐溶解，有大量气泡放出，且由于金属与酸的反应是放热的，放出的热量通过试管传递给饱和石灰水，饱和石灰水温度升高溶解度下降而析出Ca(OH)2固体。该反应过程中的离子方程式是Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。由于该反应是放热反应，可以推知反应物的总能量大于生成物的总能量，所以MgCl2溶液和H2的总能量小于镁条和盐酸的总能量。
答案：(1)镁条上有大量气泡产生；镁条逐渐溶解；烧杯中析出固体(或烧杯中溶液变浑浊) (2)镁条与稀盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca(OH)2在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出Ca(OH)2固体
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ (4)小于
补偿训练:
(2021·雅安高一检测)依据化学能与热能的相关知识回答下列问题：
Ⅰ、键能是指在25 ℃、101 kPa，将1 ml理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。显然键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。如H—H键的键能是436 kJ·ml－1，是指使1 ml H2分子变成2 ml H原子需要吸收436 kJ的能量。
(1)已知H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，下列叙述正确的是________(填字母，下同)。
A．每生成1 ml H－Cl键放出431 kJ能量
B．每生成1 ml H－Cl键吸收431 kJ能量
C．每拆开1 ml H－Cl键放出431 kJ能量
D．每拆开1 ml H－Cl键吸收431 kJ能量
(2)已知键能：H—H键为436 kJ·ml－1；H—F键为565 kJ·ml－1；H—Cl键为
431 kJ·ml－1；H—Br键为366 kJ·ml－1。则下列分子受热时最稳定的是________。
A．HF B．HCl C．HBr D．H2
(3)能用键能大小解释的是________。
A．氮气的化学性质比氧气稳定
B．常温常压下溴呈液态，碘呈固态
C．稀有气体一般很难发生化学反应
D．硝酸易挥发而硫酸难挥发
Ⅱ、已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，
(4) 回答下列问题：
①1 ml N原子和3 ml H原子生成1 ml NH3(g)的过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
②0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)生成1 ml NH3(g)的过程__________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
③1 ml NH3(l)生成1 ml N原子和3 ml H原子的过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
解析:Ⅰ、(1)H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，所以要拆开1 ml H—Cl键需要吸收431 kJ能量，要形成1 ml H—Cl键需要放出431 kJ能量；
(2)键能越大，键越稳定，由键能的数据可知，HF的键能最大，则HF最稳定；
(3)键能越大，分子越稳定，氮气中的共价键的键能比氧气的大，所以氮气的化学性质比氧气稳定，能用键能解释，故A选；常温常压下，溴呈液态，碘呈固态，这属于物质的熔沸点，与键能无关，故B不选；稀有气体的原子达到8电子或2电子稳定结构，不易形成化学键，为单原子分子，很难发生化学反应，与键能无关，故C不选；物质的挥发性与其沸点高低有关，与键能无关，故D不选；
Ⅱ、(4)① 1 ml N原子和3 ml H原子生成1 ml NH3(g)的过程是原子结合成分子的过程，形成化学键，放出能量，由图可知，1 ml N原子和3 ml H原子生成1 ml NH3(g)放出b kJ能量；
②根据图示，0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)的总能量高于1 ml NH3(g)的总能量，因此0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)生成1 ml NH3(g)的过程放出(b－a)kJ能量；
③1 ml NH3(g)生成1 ml N原子和3 ml H原子是断开化学键的过程，吸收能量，根据图示，1 ml NH3(g)生成1 ml N原子和3 ml H原子吸收b kJ能量，而1 ml的NH3(g)转化为1 ml的NH3(l)放出的热量为c kJ，则1 ml NH3(l)生成1 ml N原子和3 ml H原子吸收(b＋c)kJ能量。
答案：(1)AD (2)A (3)A (4)①放出 b
②放出 b－a ③吸收 b＋c
【应用实践】共35分
一、选择题(本题共2小题，每小题8分，共16分)
7．(2021·邢台高一检测)为探究NaHCO3、Na2CO3分别与1 ml·L－1盐酸反应(设两反应分别是反应Ⅰ、反应Ⅱ)过程中的热效应，进行实验并测得如下数据。下列有关说法正确的是( )
A．仅通过实验③即可判断反应Ⅰ是吸热反应
B．仅通过实验④即可判断反应Ⅱ是放热反应
C．通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是吸热反应、放热反应
D．通过实验可判断出反应Ⅰ、Ⅱ分别是放热反应、吸热反应
解析:选C。根据题表中实验①可知，碳酸氢钠溶于水为吸热过程，所以不能仅根据实验③混合后液体温度降低而判断碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，A错误；根据实验②可知，碳酸钠溶于水的过程为放热过程，所以不能仅根据实验④盐酸与碳酸钠混合后液体温度升高判断反应Ⅱ是放热反应，B错误；根据实验①可知，碳酸氢钠溶于水后混合液体温度从20 ℃降低到18.5 ℃，而实验③中盐酸与碳酸氢钠混合后液体温度从20 ℃降低到16.2 ℃(<18.5 ℃)，证明反应Ⅰ为吸热反应；实验②水与碳酸钠混合后液体温度从20 ℃升高到24.3 ℃，实验④中盐酸与碳酸钠混合后液体温度从20 ℃升高到25.1 ℃(>24.3 ℃)，证明碳酸钠与盐酸的反应为放热反应，故C正确，D错误。
8．(双选)研究表明，化学反应中能量变化的本质是化学键的形成和断裂过程中释放和吸收能量。如图表示反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的能量变化，下列有关说法中错误的是( )
A．图中的①是指放出能量，②是指吸收能量
B．图示说明反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是一个吸热反应
C．图示说明化学键的形成与断裂是化学反应中发生能量变化的根本原因
D．③中a为484
解析:选A、B。A项，断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，错误；B项，由图可知反应物的总能量高于生成物的总能量，应为放热反应，错误；D项，a＝1 852－1 368＝484，正确。
二、非选择题(本题共1小题，共19分)
9．(2021·菏泽高一检测)为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如图所示的三套实验装置(尾气处理装置省略)：
(1)上述三套装置中，仅通过观察不能探究出“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。
(2)某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平)，在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是_________________
__________________________________________________________________。
(3)为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验(反应在丙中进行)。
①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是______________________
__________________________________________________________________；
②若观察到烧杯里产生气泡，则说明M溶于水______________________(填“一定是放热反应”“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”)；
③若M溶于水后立即观察到烧杯中的导管内形成一段水柱，则M可能是_______
(填一种物质即可)。
(4)至少有两种实验方法能用于探究超氧化钾与水的反应(4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑)是放热反应还是吸热反应。
方法①：选择上述装置________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)进行实验；
方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到脱脂棉燃烧，则说明该反应是__________(填“吸热”或“放热”)反应。
解析:(1)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的高低变化判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能用于判断该反应是放热反应还是吸热反应；(2)氢氧化钡溶液与稀硫酸反应属于中和反应，中和反应为放热反应。反应放出的热量使锥形瓶中温度升高，气体压强增大，导致U形管左端液面降低，右端液面升高；(3)①钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，该反应为放热反应，放出的热量使丁中温度升高，气体压强增大，导致右边烧杯中有气泡产生；冷却后丁中温度降低，压强减小，烧杯中的导管内会形成一段水柱； ②若观察到烧杯里有气泡产生，说明M溶于水放出热量，但有热量放出的过程不一定是化学变化，如烧碱溶于水放出热量，是物理变化；③若M溶于水后立即观察到烧杯中的导管内形成一段水柱，说明M溶于水为吸热过程，溶于水能够吸收热量的物质有硝酸铵、氯化铵等 (或其他合理答案)；(4)①探究超氧化钾与水反应的热效应可用装置Ⅰ或Ⅱ进行实验；②脱脂棉的着火点很低，若超氧化钾与水反应有热量放出，使体系温度升高，则脱脂棉能够被点燃。
答案：(1)Ⅲ (2)U形管中左端液面降低，右端液面升高 (3)①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯中的导管内形成一段水柱 ②可能是放热反应
③硝酸铵(或其他合理答案) (4)Ⅰ(或Ⅱ) 放热
【迁移创新】共20分
非选择题(本题共1小题，共20分)
10．(2021·泰州高一检测)某同学设计如下三种实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。
方案一：如图甲，在小烧杯里放一些已除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 ml·L－1稀硫酸，再插入一支温度计，温度计的温度由20 ℃逐渐升至75 ℃，随后，温度逐渐下降至30 ℃，最终停留在20 ℃。
方案二：如图乙，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，在烧杯里加入
10 mL 2 ml·L－1稀硫酸，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落下来。
方案三：如图丙，A试管中发生某化学反应，实验前U形管中的红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过观察U形管两侧红墨水液面高低变化判断某反应是吸热反应还是放热反应。
根据上述实验回答相关问题：
(1)铝片与稀硫酸的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，写出该反应的离子方程式：_______________________________________________________。
(2)方案一中，温度升至最大值后又下降的原因是__________________________
__________________________________________________________________。
(3)方案二中，小木片脱落的原因是____________________________________，
由此得出的结论是_________________________________________________。
(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，则U形管里红墨水液面高度：左边________(填“高于”“低于”或“等于”)右边。
(5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是________(填“吸热”或“放热”)反应，如果放置较长时间，可观察到U形管里的现象是____________
__________________________________________________________________。
(6)方案三实验②的U形管中的现象为____________________________________
____________________________，说明反应物的总能量________(填“高于”“低于”或“等于”)生成物的总能量。
解析:(1)金属与酸的反应是放热反应，因此铝片与稀硫酸的反应是放热反应，该反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，装置中气体的压强增大，U形管里红墨水液面：左边低于右边。(5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是放热反应，如果放置较长时间，热量散失，装置中气体的压强与外界压强相等，U形管中红墨水液面左右相平。(6)方案三中的实验②属于吸热反应，U形管中红墨水液面左高右低，反应物的总能量低于生成物的总能量。
答案：(1)放热 2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(2)反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低
(3)蜡烛受热熔化 氢氧化钠与硫酸的反应放热
(4)低于 (5)放热 红墨水液面左右相平
(6)红墨水液面左高右低 低于
序号
液体
固体
混合前液体温度
混合后液体最高温度
①
35 mL水
2.5 g NaHCO3
20 ℃
18.5 ℃
②
35 mL水
3.2 g Na2CO3
20 ℃
24.3 ℃
③
35 mL盐酸
2.5 g NaHCO3
20 ℃
16.2 ℃
④
35 mL盐酸
3.2 g Na2CO3
20 ℃
25.1 ℃
项目
A试管里发生反应的物质
U形管里红墨水液面变化
①
氧化钙与水
左低右高
②
氢氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌)
?
③
铝片与烧碱溶液
左低右高
④
铜与浓硝酸
左低右高