选择性必修1系统的内能精品练习题

1.1.1  系统的内能和反应热

【教师】请大家观察下面的图示，它们进行的哪些能量之间的转化？

【学生】化学能分别转化为电能、热能、光能和热能。

【教师】在化学反应中，物质之间的转化遵循质量守恒定律，那么，能量之间的转化遵循什么定律？

【学生】能量守恒定律。

【展示】

【教师】从这节课开始，我们把关注点聚集在能量上。这节课的学习内容是《系统的内能和反应热》（板书）。

知识点01  系统的内能

1．系统与环境

在自然科学研究中，被研究的对象称为系统。系统以外的，与系统相关的其他部分称为环境。例如，研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。

2．内能及内能的变化

（1）内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号U表示，内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。

（2）内能的变化：系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来，系统内能的变化用符号 ΔU来表示。

（3）化学反应的内能变化

热（因温度不同而传递的能量，用Q表示）

化学反应体系与环境间能量交换的形式

功（除热以外的其他能量形式，用W表示）

根据能量守恒定律，ΔU = Q + W。

【即学即练1】下列关于内能和内能变化的叙述正确的是

A. 内能是体系内物质所含的能量总和  

B. 内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关

C. 系统的内能可以通过实验测得

D. 内能变化就是反应热

知识点02  化学反应的热效应

1．反应热的概念

在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热，用符号Q 表示。系统从环境吸热，则Q>0；系统对环境放热，则Q<0。

2．从微观角度理解反应热产生的原因

（1）化学键与能量的关系

化学反应的本质是化学键的断裂和形成。断裂原有的化学键需要吸收能量，生成新的化学键会释放能量，化学键的变化是化学反应中能量变化的主要原因。

（2）键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（kJ·mol-1）。

【即学即练2】合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。

（1）若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2，达平衡后放出的热量为Q，则Q________（填“>”“<”或“＝”）184.4 kJ。

（2）已知

1 mol N—H键断裂吸收的能量等于________kJ。

4．从宏观角度理解反应热产生的原因

（1）化学反应的热效应决定于反应物总能量和生成物总能量相对大小。

（2）以能量为纵坐标，放热反应和吸热反应的简单示意图如下：

反应物的总能量大于生成物的总能量     反应物的总能量小于生成物的总能量

【即学即练3】CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是

A．该反应为吸热反应

B．CO(g)和H2O(g)具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)具有的总能量

C．该反应不需要加热就能进行

D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量

常见考法一  内能及内能的变化

【例1】回答下列问题：

（1）一定压强下，0℃时 1.0 mol 的水和 0℃时 1.0 mol 的冰， 哪个系统的内能更大？

（2）一定压强下，25℃时 1.0 mol 的水和 25℃时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大？

（3）等物质的量的下列物质中，内能最大的是

A. 水蒸气     B. 液态水     C. 冰     D. 冰水混合物

必杀技

1. 内能是体系内物质的各种能量的总和，受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。

2. 内能变化：ΔU=U(生成物)-U(反应物)

内能变化与能量变化的关系：U(反应产物)＞U(反应物)       反应吸收能量

                          U(反应产物)＜U（反应物）    反应释放能量

3. 在化学反应中，能量通过功和热这两种形式在系统与环境之间实现转化或传递。

【同步练习1】下列关于反应 ΔU 的说法中，正确的是

A．ΔU > 0 时，反应释放能量        B．ΔU < 0 时，反应释放能量

C．ΔU = Q                           D．ΔU = ΔH

常见考法二  反应热与键能的关系

【例2】已知H—H键、N≡N键、N—H键键能如下表所示：

则在一定条件下进行反应N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)，生成1 mol NH3时的反应热Q＝       。

必杀技

根据键能计算反应热的方法

(1)正确书写化学方程式；

(2)分析断裂或形成的化学键的数目；

(3)代入公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收总能量)－E2形成(反应产物化学键释放总能量)。

【同步练习2】已知：

下列关系正确的是

A．Q1+Q2>Q3     B．Q1+Q2>2Q3     C．Q1+Q 2<Q3      D．Q1+Q2<2Q3

常见考法三  反应热与物质总能量的关系

【例3】（双选）一定温度下 H2(g) 与 I2(g) 反应生成 HI(g)，反应的能量变化如图所示。以下对该反应体系的描述中，正确的是

A. 反应物的总能量比生成物的总能量高 13 kJ

B. 反应物的总能量比生成物的总能量低 13 kJ

C. 破坏反应物中化学键所需的能量低于形成生成物中化学键释放的能量

D. 反应物化学键中储存的总能量比生成物化学键中储存的总能量高

必杀技

1．若反应物总能量＞生成物总能量，则反应释放能量。

2．若反应物总能量＜生成物总能量，则反应吸收能量。

【同步练习3】由右图分析，有关叙述正确的是

A．A→B＋C和B＋C→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A→B＋C是放热反应

C．A具有的能量高于B和C具有的能量总和

D．A→B＋C是吸热反应，则B＋C→A必然是放热反应

常见考法四  反应热的实验探究

【例4】（双选）某学生用如图所示装置进行化学反应X+2Y==2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到试管中甲处液面下降，乙处液面上升。关于该反应的下列叙述正确的是

A. 该反应为放热反应

B. 生成物的总能量比反应物的总能量高

C. 该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来

D. 反应的内能变化为正值

必杀技

反应的热效应通过实验现象或实验数据体现出来。

【同步练习4】小烧杯放在一块沾有水的玻璃片上，加入氯化铵固体与氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O）]，并用玻璃棒搅拌，玻璃片上的水结成了冰。由此可知

A．该反应中，化学能转变成热能

B．反应物的总能量低于生成物的总能量

C．氯化铵与氢氧化钡的反应为放热反应

D．系统对环境放出热量

题组A  基础过关练

1．下列变化会放出热量的是

A．酒精用于降温　　　　　 B．冰雪的融化

C．氢分子变成氢原子   D．镁和盐酸反应

2. 下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是

A．放热反应的发生无须任何条件

B．化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关

C．化学反应过程都伴随着能量的变化

D．硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应

3．下列说法错误的是

A．化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化

B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因

C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

D．反应物总能量和反应产物总能量的相对大小决定了反应是放出能量还是吸收能量

4．下列说法正确的是

①物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热

②化学反应除了生成新物质外，还发生能量变化

③化学反应过程中放出或吸收的热量，都是物质本身所具有的能量变化的表现

④化学反应总是放出热量

A．①②        B．③④        C．②③        D．②④

5．化学家借助太阳能产生的电能和热能，用空气和水做原料成功地合成了氨。下列有关说法正确的是

A．该合成中所有的电能和热能全部转化为化学能

B．该合成氨过程不属于氮的固定

C．空气、水、太阳能均为可再生资源

D．断裂N2中的N≡N键会释放出能量

6．下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是

A．铝片与稀H2SO4反应

B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应

C．灼热的碳与CO2的反应

D．甲烷在O2中的燃烧反应

7．已知：N2(g)+3H2(g) ===2NH3(g)  ΔH= - 92.4 kJ·mol-1。若断裂1 mol N≡N、1 mol N-H需要吸收的能量分别为945.6 kJ、391 kJ，则断裂1 mol H-H需要吸收的能量是

A．618.4 kJ        B．436 kJ        C．256 kJ        D．1308 kJ

8．已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－242 kJ·mol－1，断开1 mol O===O键和1 mol H—O键所吸收的能量分别为496 kJ和463 kJ，则断开1 mol H—H键所吸收的能量为

A．920 kJ        B．557 kJ        C．436 kJ        D．188 kJ

9．在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图：

若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是____________。

10．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化如图所示：

则：断开化学键吸收总能量为          ，生成化学键释放总能量为          ，反应中放出的热量为          。

题组B  能力提升练

11．根据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是

A．2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498 kJ能量

B．断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量

C．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量

D．1 mol N2和1 mol O2的反应热Q＝－180 kJ·mol－1

12. 已知反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)为放热反应，则下列说法中正确的是

A．反应过程中的能量变化关系可用右图表示

B．甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能

C．断开反应物中旧化学键吸收的能量大于形成生成物中

化学键放出的能量

D．该反应发生断裂的化学键有离子键和共价键

13．CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，下列有关两者反应的说法正确的是

A．该反应为吸热反应

B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量

C．该反应不需要加热就能进行

D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量

15．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见

A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应

B．该反应中，热能转化为产物内部的能量

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．该反应进行时，系统向环境释放了能量

16．已知常温常压下，N2(气)和H2(气)生成２mol NH3(气)放出92.4 kJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，达到平衡时放出热量为Q1 kJ，向另一体积相同的容器中通入0.5 mol N2、1.5 mol H2和1 mol NH3，相同条件下达到平衡时放出热量为Q2 kJ，则下列关系式正确的是

Ａ．2Q2=Q1=92.4     Ｂ．Q2<Q1<92.4      C．Q1<Q2<92.4      D．Q1=Q2<92.4

17．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收的能量为280 kJ，断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则常温下1 mol硫单质与3 mol F2发生反应S(s)＋3F2(g)===SF6(g)时的反应热Q＝___________________。

题组C  培优拔尖练

18. 已知化学反应2C(s)+O2(g)2CO(g)，2CO(g)+O2(g)2CO2(g)都是放热反应，据此判断，下列说法中正确的是(其他条件相同)

A．28 g CO所具有的内能一定高于44 g CO2所具有的内能

B．56 g CO和32 g O2所具有的总内能大于88 g CO2所具有的总内能

C．32 g O2所具有的总内能大于44 g CO2所具有的总内能

D．将一定质量的C燃烧，生成CO2与生成CO时放出的热量一样多

19．反应A＋B==2C，在反应过程中，断裂1 mol A中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，断裂1 mol B中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol C中的化学键释放的能量为Q3 kJ；1 mol A所含化学能为E1 kJ，1 mol B所含化学能为E2 kJ，1 mol C所含化学能为E3 kJ。下列说法中一定正确的是

A．若Q1＋Q2＜Q3，则反应为放热反应  

B．若Q1＋Q2＞Q3，则反应为放热反应

C．若E1＋E2＞E3，则反应为放热反应   

D．若E1＋E2＞E3，则反应为吸热反应

20．中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如下图所示。

已知：几种物质中化学键的键能如下表所示。

若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是

A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑

B．过程I吸收了926 kJ能量

C．过程II放出了574 kJ能量

D．过程Ⅲ属于放热反应

21．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：

根据上述数据回答下列问题：

（1）下列物质本身具有的能量最低的是

A．H2               B．Cl2              C．Br2              D．I2

（2）下列氢化物中，最稳定的是

A．HCl              B．HBr             C．HI 

（3）X2＋H2===2HX（X代表Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？答：________。

（4）相同条件下，X2（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是__________。

（5）若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？

答：________，你的根据是_____________________________________________________。

22．在研究化学反应中的能量变化时我们通常做如图所示的实验：在一个小烧杯里，加入约20 g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片(或三合板)上，然后再加入约10 g NH4Cl晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。

试回答下列问题：

（1）实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是______________________________。

（2）如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因(至少回答三个原因)_________________________、_____________________、___________________。

（3）如果没有看到“结冰”现象，我们还可以采取哪些方式来说明该反应吸热？(至少回答两种方案)

_____________________、________________________。