2019-2020年高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第2節(jié) 燃燒熱 能源習(xí)題 新人教版選修4.doc
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2019-2020年高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第2節(jié) 燃燒熱 能源習(xí)題 新人教版選修4.doc
2019-2020年高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第2節(jié) 燃燒熱 能源習(xí)題 新人教版選修4
一、選擇題
1.(xx上海十三校聯(lián)考)化學(xué)家借助太陽能產(chǎn)生的電能和熱能,用空氣和水作原料成功地合成了氨氣。下列有關(guān)說法正確的是 ( )
A.該合成中所有的電能和熱能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B.該合成氨過程不屬于氮的固定
C.空氣、水、太陽能均為可再生資源
D.?dāng)嗔袾2中的N≡N鍵會(huì)釋放出能量
解析:A項(xiàng),該合成中的能量轉(zhuǎn)化效率沒有達(dá)到100%;B項(xiàng),把游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)的氮的過程都屬于氮的固定;D項(xiàng),斷裂化學(xué)鍵要吸收能量。
答案:C
2.中國(guó)鍋爐燃煤采用沸騰爐逐漸增多,采用沸騰爐的好處在于( )
①增大煤炭燃燒時(shí)的燃燒熱并形成清潔能源 ?、跍p少爐中雜質(zhì)氣體(如SO2等)的形成 ?、厶岣呙禾康臒嵝什p少CO的排放 ?、苁沟萌剂先紵浞郑瑥亩岣呷剂系睦寐?
A.①② B.①③④
C.②③ D.③④
解析:由于大塊的固體燃料與空氣的接觸面積有限,燃燒往往不夠充分,采用沸騰爐是將固體燃料粉碎,以增大燃料與空氣的接觸面積,提高燃燒效率,同時(shí)又能防止煤炭不充分燃燒產(chǎn)生CO污染大氣。
答案:D
3.(xx西寧檢測(cè))甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ/mol
②CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ/mol
根據(jù)上述反應(yīng),下列說法正確的是( )
A.CH3OH充分燃燒放出的熱量為192.9 kJmol-1
B.反應(yīng)①中的能量變化如圖所示
C.CH3OH轉(zhuǎn)變成H2的過程一定要吸收能量
D.根據(jù)②可推知反應(yīng)CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9 kJ/mol
解析:反應(yīng)②中H2(g)不是穩(wěn)定的氧化物,A項(xiàng)不正確;反應(yīng)①為吸熱反應(yīng),而圖示反應(yīng)為放熱反應(yīng),B項(xiàng)不正確;根據(jù)反應(yīng)①、②可知,CH3OH轉(zhuǎn)變成H2的過程可以吸收能量,也可以放出能量,C項(xiàng)不正確;由于CH3OH在氣態(tài)時(shí)比在液態(tài)時(shí)能量高,可知等量CH3OH(l)比CH3OH(g)反應(yīng)時(shí)放出熱量少,即D項(xiàng)正確。
答案:D
4.熾熱的爐膛內(nèi)有反應(yīng):C(s)+O2(g)===CO2(g) △H=-392 kJmol-1,往爐膛內(nèi)通入水蒸氣時(shí),有如下反應(yīng):C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) △H=131 kJ mol-1;CO(g)+O2(g)===CO2(g) △H=-282 kJmol-1;H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241 kJmol-1。由以上反應(yīng)推斷往熾熱的爐膛內(nèi)通入水蒸氣時(shí) ( )
A.不能節(jié)省燃料,但能使?fàn)t火瞬間更旺
B.雖不能使?fàn)t火瞬間更旺,但可以節(jié)省燃料
C.既能使?fàn)t火瞬間更旺,又能節(jié)省燃料
D.既不能使?fàn)t火瞬間更旺,又不能節(jié)省燃料
解析:爐膛內(nèi)通入水蒸氣時(shí),有如下反應(yīng)發(fā)生:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),生成的CO和H2都是可燃性氣體,故能使?fàn)t火瞬間更旺。根據(jù)蓋斯定律,C(s)十H2O(g)===CO(g)+H2(g) △H=131 kJmol-1,CO(g)+O2(g)===CO2(g) △H=-282 kJmol-1,H2(g)+O2(g)===H2O(g) △H=-241 kJmol-1,三個(gè)方程加和即得總反應(yīng)式C(s)+O2(g)===CO2(g) △H=(131-282-241)kJmol-1=-392 kJmol-1,故與相同量的炭燃燒放出的熱量相同,因此不能節(jié)省原料。
答案:A
5.下列說法正確的是( )
A.甲烷燃燒熱的數(shù)值為890.3 kJmol-1,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJmol-1
B.含20.0 g NaOH的稀溶液與稀鹽酸完全中和,放出28.7 kJ的熱量,則稀醋酸和稀NaOH溶液反應(yīng)的中和熱為57.4 kJ/mol
C.相同條件下,2 mol氫原子所具有的能量小于1 mol氫分子所具有的能量
D.同溫同壓下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點(diǎn)燃條件的ΔH相同
解析:燃燒熱的定義中必須生成穩(wěn)定的氧化物,而A項(xiàng)反應(yīng)中沒有生成液態(tài)水,A項(xiàng)不正確;醋酸是弱電解質(zhì),其電離要吸熱,所以稀醋酸和稀NaOH溶液反應(yīng)的中和熱小于57.4 kJ/mol,B項(xiàng)不正確;2 mol氫原子生成H2時(shí)形成H—H鍵要放出熱量,說明2 mol氫原子的能量大于1 mol氫分子的能量,所以C項(xiàng)不正確;一個(gè)反應(yīng)的ΔH與反應(yīng)條件無關(guān),D項(xiàng)正確。
答案:D
6.(xx經(jīng)典習(xí)題選萃)已知:CH3OH(g)+O2(g)―→CO2(g)+2H2(g) ΔH=+190 kJ/mol。下列說法正確的是( )
A.CH3OH的燃燒熱為190 kJ/mol
B.該反應(yīng)說明CH3OH比H2穩(wěn)定
C.反應(yīng)中的能量變化與反應(yīng)體系的溫度和壓強(qiáng)無關(guān)
D.CO2(g)+2H2(g)―→CH3OH(g)+O2(g) ΔH=-190 kJ/mol
解析:本題考查化學(xué)反應(yīng)中的能量變化??疾榭忌鷮?duì)基本概念的掌握程度。難度中等。
燃燒熱的定義中必須生成穩(wěn)定的氧化物,而該反應(yīng)沒有生成液態(tài)水,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,反應(yīng)物總體的穩(wěn)定性小于生成物總體的穩(wěn)定性,不能單一反應(yīng)物與單一生成物進(jìn)行比較,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;反應(yīng)中的能量變化與壓強(qiáng)和溫度也有關(guān)系,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;該反應(yīng)的逆過程為放熱反應(yīng),且各物質(zhì)的物質(zhì)的量無變化,D選項(xiàng)正確。
答案:D
7.(xx安徽巢湖中學(xué)月考)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q1 kJmol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-Q2 kJmol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-Q3 kJmol-1
常溫下,取體積比為4:1的甲烷和氫氣的混合氣體11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),經(jīng)完全燃燒后恢復(fù)到常溫,放出的熱量為 ( )
A.0.4Q1+0.05Q3 B.0.4Q1+0.05Q2
C.0.4Q1+0.1Q3 D.0.4Q1+0.2Q3
解析:標(biāo)準(zhǔn)狀況下的混合氣體11.2 L,其物質(zhì)的量是0.5 mol。其中甲烷0.4 mol,氫氣0.1 mol,又知在常溫下,水是液態(tài)。所以0.4 mol甲烷完全燃燒放出熱量:0.4 molQ1 kJmol-1=0.4Q1 kJ;0.1 mol氫氣完全燃燒放出熱量:0.1 molQ3 kJmol-1=0.05Q3 kJ,所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L混合氣體燃燒共放出熱量:(0.4Q1+0.05Q3)kJ。
答案:A
8.(xx成都航天中學(xué)高二月考)據(jù)以下三個(gè)熱化學(xué)方程式:2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) △H=-Q1 kJ/mol
2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2 kJ/mol;
2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(g) △H=-Q3 kJ/mol。
則下列有關(guān)Q1、Q2、Q3三者關(guān)系判斷正確的是( )
A.Q1>Q2>Q3 B.Q1>Q3>Q2
C.Q2>Q2>Q1 D.Q2>Q1>Q3
解析:比較△H時(shí)要帶符號(hào)進(jìn)行比較。
答案:A
9.(xx經(jīng)典習(xí)題選萃)下列說法或表示方法正確的是( )
A.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量時(shí),該反應(yīng)一定不能發(fā)生
B.由石墨比金剛石穩(wěn)定可知:C(金剛石,s)===C(石墨,s) ΔH<0
C.已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-98.3 kJ/mol。將1 mol SO2和0.5 mol O2充入一密閉容器中充分反應(yīng),放出49.15 kJ的熱量
D.在101 kPa,25℃時(shí),1 g H2完全燃燒生成氣態(tài)水,放出120.9 kJ的熱量,則氫氣的燃燒熱為241.8 kJ/mol
解析:本題考查熱化學(xué)知識(shí),意在考查考生對(duì)基本概念、基本理論的理解。難度中等。
A項(xiàng),反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),如銨鹽與堿,錯(cuò);B項(xiàng),石墨穩(wěn)定,對(duì)應(yīng)的能量低,由高能量物質(zhì)轉(zhuǎn)化成低能量物質(zhì)的反應(yīng)放熱,故ΔH<0,正確;C項(xiàng),SO2與O2發(fā)生的反應(yīng)為可逆反應(yīng),所以1 mol SO2和0.5 mol O2不可能完全轉(zhuǎn)化,放出的能量應(yīng)小于49.15 kJ,錯(cuò);D項(xiàng),燃燒熱是指完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時(shí)放出的能量,101 kPa,25℃時(shí)液態(tài)水比氣態(tài)水穩(wěn)定,錯(cuò)。
答案:B
10.下列熱化學(xué)方程式中,正確的是( )
A.甲烷的燃燒熱為890.3 kJmol-1,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJmol-1
B.500℃、30 MPa下,將0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密閉容器中充分反應(yīng)生成NH3(g)放熱19.3 kJ,其熱化學(xué)方程式為
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-38.6 kJmol-1
C.HCl和NaOH反應(yīng)的中和熱ΔH=-57.3 kJmol,則H2SO4和Ca(OH)2反應(yīng)的中和熱ΔH=2(-57.3)kJmol-1
D.在101 kPa時(shí),2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水,放出285.8 kJ熱量,氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式表示為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJmol-1
解析:本題考查熱化學(xué)知識(shí),考查考生的計(jì)算能力。難度中等。
燃燒熱是指1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時(shí)放出的熱量,A項(xiàng),產(chǎn)物氣態(tài)水不屬于穩(wěn)定氧化物;B項(xiàng),合成氨為可逆反應(yīng),在放出19.3 kJ熱量時(shí)生成NH3的物質(zhì)的量小于1 mol,因此N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<-38.6 kJmol-1;C項(xiàng),中和熱是指強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時(shí)放出的熱量,而與生成水的物質(zhì)的量的多少無關(guān);D項(xiàng),2 g H2的物質(zhì)的量為1 mol,故2 mol H2燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出熱量應(yīng)為571.6 kJ。
答案:D
點(diǎn)評(píng):本題B項(xiàng)考生常因不理解熱化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)與ΔH關(guān)系,忽視合成氨為可逆反應(yīng)而錯(cuò)選。
二、非選擇題
11.請(qǐng)按要求完成下列問題:
已知丙烷(C3H8)的燃燒熱是-2 219.9 kJ/mol,請(qǐng)寫出丙烷燃燒的熱化學(xué)方程式:____________________________________________________________________________,
當(dāng)它氧化生成1 g H2O(l)時(shí)放出的熱量是:______________________________。
解析:據(jù)燃燒熱的定義可以寫出丙烷的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 219.9 kJ/mol,當(dāng)它氧化生成1 g H2O(l)時(shí)放出的熱量是2 219.9 kJ72≈31 kJ。
答案:C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 219.9 kJ/mol 31 kJ
12.已知下列熱化學(xué)方程式:
①H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJmol-1
②H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJmol-1
③C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5 kJmol-1
④C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5 kJmol-1
回答下列問題:
(1)H2的燃燒熱ΔH為______;C的燃燒熱為______。
(2)燃燒1 g H2生成液態(tài)水,放出的熱量為________。
(3)已知CO的燃燒熱為283.0 kJmol-1,現(xiàn)有CO、H2和CO2組成的混合氣體116.8 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),完全燃燒后放出總能量為867.9 kJ,且生成18 g液態(tài)水,則混合氣體中H2為______L,CO在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)約為______(精確至小數(shù)點(diǎn)后2位)。
解析:(2)熱量Q=n|ΔH|
=285.8 kJmol-1
=142.9 kJ。
(3)m(H2O)=18 g→n(H2O)=1 mol→n(H2)=1 mol→V(H2)=22.4 L
↓
Q(H2)=285.8 kJ→Q(CO)=582.1 kJ
→n(CO)= mol→V(CO)= mol22.4 L/mol
所以CO的體積分?jǐn)?shù)==0.394≈0.39。
答案:(1)-285.8 kJmol-1 393.5 kJmol-1
(2)142.9 kJ
(3)22.4 0.39
13.(xx經(jīng)典習(xí)題選萃)在一定條件下,S8(s)和O2(g)發(fā)生反應(yīng)依次轉(zhuǎn)化為SO2(g)和SO3(g)。反應(yīng)過程中的能量關(guān)系可用下圖簡(jiǎn)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(xué)方程式________________________。
(2)寫出SO3分解生成SO2和O2的熱化學(xué)方程式________________________。
(3)若已知1個(gè)S8分子中有8個(gè)硫硫鍵,硫氧鍵的鍵能為d kJmol-1,氧氧鍵的鍵能為e kJmol-1,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(shí)放出的熱量,因此根據(jù)定義先寫出反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)的熱化學(xué)方程式為S8(s)+8O2(g)===8SO2(g) ΔH=-8a kJmol-1。(3)設(shè)S8分子中硫硫鍵的鍵能為x kJmol-1,反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和,結(jié)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 kJmol-1
(2)2SO3(g)===2SO2(g)+O2(g) ΔH=+2b kJmol-1
(3)(2d-a-e)kJmol-1
14.科學(xué)家預(yù)測(cè)“氫能”將是未來最理想的新能源。請(qǐng)回答下列問題:
(1)由氫氣和氧氣反應(yīng)生成1 mol水蒸氣放熱241.8 kJ,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________。
若1 g水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放熱2.444 kJ,則氫氣的燃燒熱ΔH=________。
(2)根據(jù)“綠色化學(xué)”的理想,為了制備H2,某化學(xué)家設(shè)計(jì)了下列化學(xué)反應(yīng)步驟:
①CaBr2+H2OCaO+2HBr
②2HBr+HgHgBr2+H2↑
③HgBr2+CaOHgO+CaBr2
④2HgO2Hg+O2↑
上述過程的總反應(yīng)可表示為_____________________________。
(3)也有人認(rèn)為利用氫氣作為能源不太現(xiàn)實(shí)。你的觀點(diǎn)呢?請(qǐng)說明能夠支持你的觀點(diǎn)的理由______________________________________________________________________。
解析:(1)書寫熱化學(xué)方程式時(shí)要注意生成的是1 mol氣態(tài)水。而氫氣的燃燒熱應(yīng)是生成1 mol液態(tài)水時(shí)放出的熱量。
(2)將(①+②+③)2+④得到:
2H2O2H2↑+O2↑。
(3)不現(xiàn)實(shí),理由是現(xiàn)有的制取氫氣的方法耗能太大,制取的成本太高,另外氫氣的熔沸點(diǎn)太低,給儲(chǔ)存和運(yùn)輸帶來困難。(或:現(xiàn)實(shí),制取氫氣用水為原料,來源豐富;氫氣燃燒的產(chǎn)物是水,不會(huì)給環(huán)境帶來任何污染等。)
答案:(1)H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8 kJmol-1?。?85.8 kJmol-1
(2)2H2O2H2↑+O2↑
(3)不現(xiàn)實(shí),理由是:現(xiàn)有的制取氫氣的方法耗能太大,制取的成本太高,另外氫氣的熔沸點(diǎn)太低,給儲(chǔ)存和運(yùn)輸帶來很大困難(或:現(xiàn)實(shí),制取氫氣用水為原料,來源豐富;氫氣燃燒的產(chǎn)物是水,不會(huì)給環(huán)境帶來任何污染等)
15.能源危機(jī)當(dāng)前是一個(gè)全球性問題,開源節(jié)流是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的重要舉措。
(1)下列做法有助于能源“開源節(jié)流”的是________(填字母)。
a.大力發(fā)展農(nóng)村沼氣,將廢棄的秸稈轉(zhuǎn)化為清潔高效的能源
b.大力開采煤、石油和天然氣以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的能源需求
c.開發(fā)太陽能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮艿刃履茉?、減少使用煤、石油等化石燃料
d.減少資源消耗,注重資源的重復(fù)使用、資源的循環(huán)再生
(2)金剛石和石墨均為碳的同素異形體,它們?cè)谘鯕獠蛔銜r(shí)燃燒生成一氧化碳,在氧氣充足時(shí)充分燃燒生成二氧化碳,反應(yīng)中放出的熱量如圖所示。
①在通常狀況下,金剛石和石墨相比較,________(填”金剛石”或”石墨”)更穩(wěn)定,石墨的燃燒熱為________。
②12 g石墨在一定量的空氣中燃燒,生成氣體36 g,該過程放出的熱量為________。
(3)已知:N2、O2分子中化學(xué)鍵的鍵能分別是946 kJmol-1、497 kJmol-1。
N2 (g)+O2 (g)===2NO (g) ΔH=+180.0 kJmol-1
NO分子中化學(xué)鍵的鍵能為________kJmol-1。
解析:(1)開源節(jié)流的主要措施是減少化石燃料的使用、提高燃料的燃燒效率、開發(fā)新能源等。
(2)①由圖知,石墨具有的能量比金剛石的低,而物質(zhì)所具有的能量越低越穩(wěn)定,故石墨更穩(wěn)定。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱時(shí),要求燃燒產(chǎn)物位于穩(wěn)定狀態(tài),即C應(yīng)生成CO2氣體,故石墨的燃燒熱為110.5 kJmol-1+283.0 kJmol-1=393.5 kJmol-1。②12 g石墨在一定量的空氣中燃燒,生成氣體36 g,此氣體應(yīng)為CO和CO2的混合氣體。設(shè)生成CO的物質(zhì)的量為x,則CO2的物質(zhì)的量為(1 mol-x),故有28 gmol-1x+44 gmol-1(1 mol-x)=36 g,解得x=0.5 mol。因此該過程放出的熱量為110.5 kJmol-10.5 mol+393.5 kJmol-10.5 mol=252.0 kJ。
(3)ΔH=+180.0 kJmol-1=946 kJmol-1+497 kJmol-1-2E(N—O),則E(N—O)=631.5 kJmol-1。
答案:(1)acd
(2)①石墨 393.5 kJmol-1?、?52.0 kJ
(3)631.5