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專題二 基本理論 第6講 化學反應與能量 1．(2016牡丹江模擬)美國研究人員將CO和O附著在一種釕催化劑表面，用激光脈沖將其加熱到2 000 K，成功觀察到CO與O形成化學鍵生成CO2的全過程。下列說法不正確的是(　　) A．CO2屬于酸性氧化物 B．CO與O形成化學鍵的過程中放出能量 C．釕催化劑可以改變該反應的焓變 D．CO與O形成化學鍵的過程中有電子轉移 解析：A.二氧化碳和堿反應生成鹽和水，說明二氧化碳是酸性氧化物，正確，不選A；B.形成化學鍵時放出熱量，正確，不選B；C.催化劑只改變反應速率，不改變反應的焓變，錯誤，選C；D.一氧化碳轉化為二氧化碳時碳的化合價升高，所以一氧化碳和氧形成化學鍵過程中有電子轉移，正確，不選D。 答案：C 2．(2016海南卷)由反應物X轉化為Y和Z的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)(導學號 58870026) A．由X→Y反應的ΔH＝E5－E2 B．由X→Z反應的ΔH＞0 C．降低壓強有利于提高Y的產(chǎn)率 D．升高溫度有利于提高Z的產(chǎn)率 解析：A.根據(jù)化學反應的實質(zhì)，由X→Y反應的ΔH＝E3－E2，錯誤；B.由圖象可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即由X→Z反應的ΔH＜0，錯誤；C.根據(jù)化學反應：2X(g)===3Y(g)，該反應是氣體體積增加的可逆反應，降低壓強，平衡正向移動，有利于提高Y的產(chǎn)率，正確；D.由B分析可知，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，Z的產(chǎn)率降低，錯誤。 答案：C 3．實驗測得，101 kPa時，1 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水，放出285.8 kJ的熱量；1 mol CH4完全燃燒生成液態(tài)水和CO2，放出890.3 kJ的熱量。下列熱化學方程式的書寫正確的是(　　) (導學號 58870027) ①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝＋890.3 kJ/mol ②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3 kJ/mol ③CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890.3 kJ/mol ④2H2(g)＋2O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6 kJ/mol A．②　　　　　　　 B．②④ C．②③④ D．①②③④ 解析：甲烷的燃燒為放熱反應，ΔH<0，①錯誤；1 mol甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時，放出890.3 kJ的熱量，③中生成的水為氣態(tài)，②正確，③錯誤；2 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量為285.8 kJ2＝571.6 kJ，④正確。 答案：B 4．(2016佛山模擬)標準狀況下，氣態(tài)分子斷開1 mol 化學鍵的焓變稱為鍵焓，已知H—H、H—O和O===O鍵的鍵焓ΔH分別為436 kJ/mol、463 kJ/mol和495 kJ/mol。下列熱化學方程式正確的是(　　) A．H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝－485 kJ/mol B．H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ/mol C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋485 kJ/mol D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－485 kJ/mol 解析：1 mol H2中含1 mol H—H鍵，1 mol O2中含1 mol O===O鍵，1 mol H2O中含2 mol H—O鍵。則反應：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝(2436 kJ/mol＋495 kJ/mol)－4463 kJmol－1＝－485 kJ/mol。 答案：D 5．(2016全國Ⅲ卷)已知下列反應：SO2(g)＋2OH－ (aq) ===SO (aq)＋H2O(l)　ΔH1 ClO－ (aq)＋SO (aq) ===SO (aq)＋Cl－ (aq)　ΔH2 CaSO4(s) ===Ca2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH3 則反應SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－ (aq)＋2OH－ (aq) === CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－ (aq)的ΔH＝_____________________ ______________________________________________________。 解析：將題給三個熱化學方程式分別標號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根據(jù)蓋斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ－Ⅲ可得：SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)，則有ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。 答案：ΔH1＋ΔH2－ΔH3 【考綱再現(xiàn)】 【錯題記錄】 1.了解化學反應中能量轉化的原因，能說出常見的能量轉化形式。 2．了解化學能與熱能的相互轉化。了解吸熱反應、放熱反應、反應熱等概念。 3．了解熱化學方程式的含義，能用蓋斯定律進行有關反應熱的簡單計算。 4．了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎。了解化學在解決能源危機中的重要作用。 1．(2016海南卷)油酸甘油酯(相對分子質(zhì)量884)在體內(nèi)代謝時可發(fā)生如下反應： C57H104O6(s)＋80O2(g)===57CO2(g)＋52H2O(l) 已知燃燒1 kg該化合物釋放出熱量3.8104 kJ。油酸甘油酯的燃燒熱ΔH為(　　) A．3.8104 kJ/mol B．－3.8104 kJ/mol C．3.4104 kJ/mol D．－3.4104 kJ/mol 解析：燃燒熱是指1 mol可燃物充分燃燒，生成穩(wěn)定氧化物所放出的熱量。燃燒1 kg油酸甘油酯釋放出熱量3.8104 kJ，則燃燒1 mol油酸甘油酯釋放出熱量3.4104 kJ，則油酸甘油酯的燃燒熱ΔH＝－3.4104 kJ/mol。 答案：D 2．(2016海淀模擬)H2和I2在一定條件下能發(fā)生反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－a kJ/mol 已知：(a、b、c均大于零) 下列說法不正確的是(　　)(導學號 58870126) A．反應物的總能量高于生成物的總能量 B．斷開1 mol H—H鍵和1 mol I—I鍵所需能量大于斷開2 mol H—I鍵所需能量 C．斷開2 mol H—I鍵所需能量約為(c＋b＋a) kJ D．向密閉容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反應后放出的熱量小于2a kJ 解析：該反應的ΔH＜0，為放熱反應，故反應物的總能量高于生成物的總能量，A項正確；該反應為放熱反應，則斷開1 mol H—H鍵和1 mol I—I鍵所需的能量小于斷開2 mol H—I鍵所需的能量，B項錯誤；ΔH＝E(H—H)＋E(I—I)－2E(H—I)＝－a kJ/mol，故斷開2 mol H—I鍵所需的能量約為(c＋b＋a) kJ，C項正確；H2和I2的反應為可逆反應，2 mol H2和2 mol I2不可能完全反應生成4 mol HI，因此放出的熱量小于2a kJ，D項正確。 答案：B 3．已知斷開或形成1 mol化學鍵吸收或放出的能量稱為化學鍵的鍵能，如H—H鍵的鍵能為436 kJ/mol，N≡N鍵的鍵能為945 kJ/mol，N—H鍵的鍵能為391 kJ/mol。則下列有關工業(yè)合成氨反應的熱化學方程式正確的是(　　) A．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－93 kJ/mol B．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝＋1 471 kJ/mol C．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝＋93 kJ/mol D．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－1 471 kJ/mol 解析：根據(jù)反應熱和鍵能的關系可得，ΔH＝945 kJ/mol＋3436 kJ/mol－6391 kJ/mol＝－93 kJ/mol。 答案：A 4．(2016閘北模擬)下列關于如圖所示轉化關系(X代表鹵素)的說法錯誤的是(　　) A．Q3＞0 B．Q1＝Q2＋Q3 C．按Cl、Br、I的順序，Q2依次增大 D．Q1數(shù)值越大，HX越穩(wěn)定 解析：A.原子形成化學鍵過程中放熱，則反應：2H(g)＋2X(g)===2HX(g)的Q3＞0，故A正確； B．根據(jù)蓋斯定律可知，途徑Ⅰ生成HX的反應熱與途徑無關，所以Q1＝Q2＋Q3 ，故B正確； C．Cl、Br、I的原子半徑依次增大，Cl2、Br2、I2斷裂化學鍵需要能量減小，所以途徑Ⅱ按Cl、Br、I的順序，吸收的熱量Q2依次減小，故C錯誤； D．Q1為氫氣和鹵素單質(zhì)形成HX的過程，該反應中Q1越大，說明放出的熱量越多，則生成的HX具有能量越低，HX越穩(wěn)定，故D正確。 答案：C 5．化學反應中的能量變化是由化學反應中舊化學鍵斷裂時吸收的能量與新化學鍵形成時放出的能量不同引起的。如圖為N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變化(　　) 下列說法正確的是(　　) A．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反應放出的能量為180 kJ B．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的總能量小于2 mol NO(g)具有的總能量 C．通常情況下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO(g) D．NO是一種酸性氧化物，能與NaOH溶液反應生成鹽和水 解析：該反應的熱化學方程式是N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝(946＋498－2632)kJ/mol＝＋180 kJ/mol，屬于吸熱反應，A錯誤；吸熱反應中反應物總能量小于生成物的總能量，B正確；N2(g)和O2(g)的反應條件是放電或高溫，C錯誤；NO不是酸性氧化物，D錯誤。 答案：B 6．(2016江蘇卷)通過以下反應均可獲取H2。下列有關說法正確的是(　　) ①太陽光催化分解水制氫：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH1＝571.6 kJ/mol ②焦炭與水反應制氫：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH2＝131.3 kJ/mol ③甲烷與水反應制氫：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH3＝206.1 kJ/mol A．反應①中電能轉化為化學能 B．反應②為放熱反應 C．反應③使用催化劑，ΔH3減小 D．反應CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝74.8 kJ/mol 解析：反應①是太陽能轉化為化學能，A不正確；反應②中ΔH2＞0，是吸熱反應，B不正確；反應③使用催化劑不能改變反應的焓變，ΔH不變，C不正確；D項中，由蓋斯定律，反應③－②可得：CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH＝74.8 kJ/mol，正確。 答案：D 7．已知N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH1＝Q1 kJ/mol反應歷程的能量變化如曲線I，說法正確的是(　　)(導學號 58870127) A．1 mol N≡N鍵能與3 mol H—H鍵能之和大于6 mol N—H鍵能，所以反應為放熱 B．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)　ΔH＝Q2 kJ/mol反應歷程的能量變化如曲線Ⅱ，則Q2＜Q1 C．選擇合適的催化劑，可以降低反應所需溫度，Q1數(shù)值也相應減少 D．2 mol氨氣的能量高于1mol氮氣和3mol氫氣的能量之和，所以反應需要高溫 解析：A.化學反應的焓變等于舊鍵斷裂吸收的能量和新鍵生成釋放的能量之差，1 mol N≡N鍵鍵能與3 mol H—H鍵鍵能之和小于6 mol N—H鍵鍵能，所以反應為放熱，故A錯誤；B.氮氣和氫氣合成氨的反應是放熱反應，反應物和產(chǎn)物的能量差值越大，則反應放出的熱量越大，則Q2＜Q1，故B正確；C.催化劑只能改變反應速率，不會引起熱效應的改變，選擇合適的催化劑，Q1值不會改變，故C錯誤；D.氮氣和氫氣合成氨的反應是放熱反應，反應物的能量大于產(chǎn)物的能量，即2 mol氨氣的能量低于1 mol氮氣和3 mol氫氣的能量之和，故D錯誤。 答案：B 8．已知E1＝134 kJ/mol、E2＝368 kJ/mol，請參考題中圖表，按要求填空：(導學號 58870128) 　　　　　　　　圖Ⅰ　　　　　　　圖Ⅱ (1)圖Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成CO2(g)和NO(g)過程中的能量變化示意圖，若在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E1的變化是________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，ΔH的變化是________。NO2和CO反應的熱化學方程式為：_______ ______________________________________________________。 (2)捕碳技術(主要指捕獲CO2)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應。 反應Ⅰ：2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) (NH4)2CO3(aq)　ΔH1 反應Ⅱ：NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g) NH4HCO3(aq)　ΔH2 反應Ⅲ：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g) 2NH4HCO3(aq)　ΔH3 則ΔH3與ΔH1、ΔH2之間的關系是：ΔH3＝________。 (3)下表所示是部分化學鍵的鍵能參數(shù)： 化學鍵 P—P P—O O===O P===O 鍵能/(kJ/mol) a b c x 已知白磷的燃燒熱為d kJ/mol，白磷及其完全燃燒生成的產(chǎn)物的結構如圖Ⅱ所示，表中x＝________________ kJ/mol(用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)。 解析：(1)加入催化劑能降低反應所需的活化能，則E1和E2都減小，但E1－E2不變，即反應熱不改變。由圖知，1 mol NO2和1mol CO反應生成CO2和NO放出熱量368 kJ－134 kJ＝234 kJ，該反應的熱化學方程式為NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－234 kJ/mol；(2)利用蓋斯定律，Ⅱ2－Ⅰ得方程式Ⅲ，故ΔH3＝2ΔH2－ΔH1；(3)白磷燃燒的化學方程式為P4＋5O2===P4O10，1 mol白磷完全燃燒需拆開6 mol P—P鍵、5 mol O===O鍵，形成12 mol P—O鍵、4 mol P===O鍵，故12 molb kJ/mol＋4 molx kJ/mol－(6 mola kJ/mol＋5 molc kJ/mol)＝d kJ/mol，解得x＝(6a＋5c＋d－12b)kJ/mol。 答案：(1)減小　不變　NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ/mol (2)2ΔH2－ΔH1　(3)(d＋6a＋5c－12b) 9．碳是形成化合物種類最多的元素，其單質(zhì)及化合物是人類生產(chǎn)生活的主要能源物質(zhì)。請回答下列問題： (1)有機物M經(jīng)過太陽光光照可轉化成N，轉化過程如下：ΔH＝＋88.6 kJ/mol則M、N相比，較穩(wěn)定的是________。 (2)已知CH3OH(l)的燃燒熱ΔH＝－238.6 kJ/mol，CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－a kJ/mol，則a________238.6(填“>”“<”或“＝”)。 (3)使Cl2和H2O(g)通過灼熱的炭層，生成HCl和CO2，當有1 mol Cl2參與反應時釋放出145 kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式： ______________________________________________________。 (4)火箭和導彈表面的薄層是耐高溫物質(zhì)。將石墨、鋁粉和二氧化鈦按一定比例混合在高溫下煅燒，所得物質(zhì)可作耐高溫材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176 kJ/mol，則反應過程中，每轉移1 mol電子放出的熱量為___________________。 解析：(1)M轉化為N是吸熱反應，所以N的能量高，不穩(wěn)定。(2)甲醇燃燒生成CO2(g)和H2(g)屬于不完全燃燒，放出的熱量少，故a<238.6。(3)反應的化學方程式為：2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)，當有2 mol Cl2參與反應時釋放出290 kJ熱量，所以該反應的熱化學方程式為：2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－290 kJ/mol。(4)所給反應中轉移12 mol電子，故每轉移1 mol電子放出的熱量為1 176 kJ12＝98 kJ。 答案：(1)M　　(2)< (3)2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－290 kJ/mol　　(4)98 kJ 10．(1)新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095－2012)已于2016年1月1日在我國全面實施。據(jù)此，環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)日報和實時報告包括了NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等指標，為公眾提供健康指引，引導當?shù)鼐用窈侠戆才懦鲂泻蜕睢?導學號 58870129) ①汽車排出的尾氣中含有CO和NO等氣體，用化學方程式解釋產(chǎn)生NO的原因___________________________________________ ______________________________________________________。 ②汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉化器，可使汽車尾氣中的主要污染物轉化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)。已知： N2(g)＋O2(g) ===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ/mol 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ/mol C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ/mol 則反應2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝________ kJ/mol。 (2)直接排放氮氧化物會形成酸雨、霧霾，催化還原法和氧化吸收法是常用的處理方法。利用NH3和CH4等氣體除去煙氣中的氮氧化物。已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝a kJ/mol；欲計算反應CH4(g)＋4NO(g)===CO2(g)＋2H2O(l)＋2N2(g)的焓變ΔH2則還需要查詢某反應的焓變ΔH3，當反應中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比為最簡整數(shù)比時，ΔH3＝b kJ/mol，該反應的熱化學方程式是________________________，據(jù)此計算出ΔH2＝________ kJ/mol(用含a、b的式子表示)。 (3)合成氨用的氫氣可以由甲烷為原料制得。有關化學反應的能量變化如圖所示，則CH4(g)與H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式為________________________________________________ ______________________________________________________。 解析：(1)②按題干順序給3個熱化學方程式編號，由蓋斯定律③2－①－②得2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－393.52－180.5－(－221.0)]kJ/mol＝－746.5 kJ/mol。 (2)根據(jù)蓋斯定律將已知的兩個熱化學方程式相減可得熱化學方程式為2N2(g)＋2O2(g)===4NO(g)　ΔH＝a kJ/mol－ΔH2＝2b kJ/mol，則ΔH2＝(a－2b) kJ/mol，同時將上面的方程式及ΔH都除以2可得熱化學方程式。 (3)按題干順序給圖象中的3個熱化學方程式編號，根據(jù)蓋斯定律，③－②3－①得CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝－846.3－(－241.8)3－(－282.0)] kJ/mol＝＋161.1 kJ/mol。 答案：(1)①N2＋O22NO?、冢?46.5 (2)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH3＝b kJ/mol (a－2b) (3)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋161.1 kJ/mol 11．已知單質(zhì)硫在通常條件下以S8(斜方硫)的形式存在，而在蒸氣狀態(tài)時，含有S2、S4、S6及S8等多種同素異形體，其中S4、S6和S8具有相似的結構特點，其結構如下圖所示： 在一定條件下，S8(s)和O2(g)發(fā)生反應依次轉化為SO2(g)和SO3(g)。反應過程和能量關系可用下圖簡單表示(圖中的ΔH表示生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))。 (1)寫出表示S8燃燒熱的熱化學方程式_____________________ _____________________________________________________。 (2)寫出SO3分解生成SO2和O2的熱化學方程式_____________ _____________________________________________________。 (3)化學上規(guī)定，拆開或形成1 mol化學鍵吸收或放出的能量稱為該化學鍵的鍵能，單位kJ/mol。若已知硫氧鍵的鍵能為d kJ/mol，氧氧鍵的鍵能為e kJ/mol，則S8分子中硫硫鍵的鍵能為__________。 解析：(1)燃燒熱指的是1 mol燃料完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，因此根據(jù)定義先寫出化學方程式：S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)，又由于題干中給出的焓變是指生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù)，因此該反應的熱化學方程式為：S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)　ΔH＝－8a kJ/mol。 (2)可根據(jù)題中圖示直接寫出熱化學方程式。 (3)設S8分子中硫硫鍵的鍵能為x，由于反應熱等于反應物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和，結合①可得8x＋8e－16d＝－8a，解得x＝2d－a－e。 答案：(1)S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)ΔH＝－8a kJ/mol (2)2SO3(g)===2SO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋2b kJ/mol (3)(2d－a－e) kJ/mol