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第4講化學能與熱能 真題回訪 1 2016 全國卷 T26節(jié)選 聯(lián)氨 又稱肼 N2H4 無色液體 是一種應用廣泛的化工原料 可用作火箭燃料 回答下列問題 2O2 g N2 g N2O4 l H1 N2 g 2H2 g N2H4 l H2 O2 g 2H2 g 2H2O g H3 2N2H4 l N2O4 l 3N2 g 4H2O g H4 上述反應熱效應之間的關系式為 H4 聯(lián)氨和N2O4可作為火箭推進劑的主要原因為 解析 根據(jù)蓋斯定律 反應熱效應之間的關系應該是 H4 2 H3 2 H2 H1 聯(lián)氨有強的還原性 N2O4有強氧化性 二者在一起發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應 反應放熱量大 產生大量的氣體 所以聯(lián)氨和N2O4可以作為火箭的推進劑 答案 2 H3 2 H2 H1反應放熱量大 產生大量氣體 2 2015 全國卷 T28節(jié)選 已知反應2HI g H2 g I2 g 的 H 11kJ mol 1 1molH2 g 1molI2 g 分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436kJ 151kJ的能量 則1molHI g 分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為 kJ 解析 根據(jù)焓變等于反應物鍵能減去生成物鍵能可知 2 EH I EH H EI I 11kJ mol 1 得EH I 299kJ mol 1 答案 299 3 2015 全國卷 T27節(jié)選 甲醇是重要的化工原料 又可作為燃料 利用合成氣 主要成分為CO CO2和H2 在催化劑作用下合成甲醇 發(fā)生的主要反應如下 CO g 2H2 g CH3OH g H1 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H2 CO2 g H2 g CO g H2O g H3 回答下列問題 已知反應 中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下 由此計算 H1 kJ mol 1 已知 H2 58kJ mol 1 則 H3 kJ mol 1 解析 反應熱等于反應物鍵能減去生成物鍵能 根據(jù)反應 CO g 2H2 g CH3OH g 可知 H1 1076kJ mol 1 2 436kJ mol 1 3 413kJ mol 1 343kJ mol 1 465kJ mol 1 99kJ mol 1 再根據(jù)蓋斯定律 則 H3 58kJ mol 1 99kJ mol 1 41kJ mol 1 答案 99 41 4 2014 全國卷 T13 室溫下 將1mol的CuSO4 5H2O s 溶于水會使溶液溫度降低 熱效應為 H1 將1mol的CuSO4 s 溶于水會使溶液溫度升高 熱效應為 H2 CuSO4 5H2O受熱分解的化學方程式為CuSO4 5H2O s CuSO4 s 5H2O l 熱效應為 H3 則下列判斷正確的是 A H2 H3B H1 H3 解析 選B 根據(jù)題意知 CuSO4 5H2O s 溶于水溫度降低 反應為CuSO4 5H2O s Cu2 aq aq 5H2O l H1 0 CuSO4 s 溶于水溫度升高 反應為CuSO4 s Cu2 aq aq H20 H20 所以A錯誤 由 H1 H3 H2可知B正確 C D錯誤 5 2013 全國卷 T12 在1200 時 天然氣脫硫工藝中會發(fā)生下列反應H2S g O2 g SO2 g H2O g H12H2S g SO2 g S2 g 2H2O g H2H2S g O2 g S g H2O g H32S g S2 g H4 則 H4的正確表達式為 A H4 H1 H2 3 H3 B H4 3 H3 H1 H2 C H4 H1 H2 3 H3 D H4 H1 H2 3 H3 解析 選A 給題干中的前三個方程式依次標號為 然后進行計算 2 3 2即可得到要求的反應熱 故選項A正確 命題特點 1 客觀題 1 考查 理解 對反應熱 吸熱反應 放熱反應的理解 2 考查 判斷 熱化學方程式的正誤判斷 3 考查 能源 以社會熱點問題為背景考查能源問題 2 主觀題 1 考查 定律 根據(jù)蓋斯定律由已知熱化學方程式書寫未知熱化學方程式 2 考查 計算 考查反應熱計算 3 考查 應用 密切聯(lián)系實際 結合新能源 元素化合物的知識 與化學平衡及電化學的知識綜合考查 一般出現(xiàn)在解答題中的某一問中 真題備選 2012 全國卷 T27節(jié)選 工業(yè)上利用天然氣 主要成分為CH4 與CO2進行高溫重整制備CO 已知CH4 H2和CO的燃燒熱 H 分別為 890 3kJ mol 1 285 8kJ mol 1和 283 0kJ mol 1 則生成1m3 標準狀況 CO所需熱量為 解析 根據(jù)CH4 H2和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式 O2 g 2H2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 1 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890 3kJ mol 1 2CO g O2 g 2CO2 g H 566 0kJ mol 1 利用蓋斯定律將 可得 CH4 g CO2 g 2CO g 2H2 g H 247 3kJ mol 1 也就是生成2molCO 需要吸熱247 3kJ 那么要得到1立方米的CO 放熱為 1000 22 4 247 3 2 5 52 103kJ 答案 5 52 103kJ 知識回顧 1 H的計算公式 1 H E 生成物的總能量 E 反應物的總能量 2 H E 反應物的鍵能總和 E 生成物的鍵能總和 2 物質具有的能量與穩(wěn)定性和鍵能的關系 物質所含能量越低 物質越 鍵能 斷裂其化學鍵所需能量越 而形成其化學鍵所釋放的能量也越 反之亦然 穩(wěn)定 越大 高 多 3 書寫或判斷熱化學方程式時的6個關注點 1 注意 H的符號和單位 若為放熱反應 H為 若為吸熱反應 H為 H的單位為 2 注意焓變的測定條件 絕大多數(shù) H是在 下測定的 此時可不注明溫度和壓強 或 0 或 0 kJ mol 1 25 101kPa 3 注意熱化學方程式中的化學計量數(shù) 熱化學方程式中的化學計量數(shù)僅表示該物質的 4 注意物質的聚集狀態(tài) 氣體用 液體用 固體用 溶液用 物質 的量 g l s aq 5 注意 H的數(shù)值與符號 由于 H與反應完成時各物質的量有關 如果化學計量數(shù) 則 H也要 互為逆反應的焓變數(shù)值 但符號 6 可逆反應的焓變 對于可逆反應的焓變 H 是指 時的焓變 加倍 加倍 相同 相反 完全反應 易錯辨析 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 2SO2 g O2 g 2SO3 g 和4SO2 g 2O2 g 4SO3 g 的 H相等 提示 H的數(shù)值與各物質前面的化學計量數(shù)成正比 故 H不相等 2 甲烷的標準燃燒熱為890 3kJ mol 1 則甲烷燃燒的熱化學方程式可表示為CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H 890 3kJ mol 1 提示 標準燃燒熱指1mol物質完全燃燒 生成穩(wěn)定氧化物時的反應熱 C s CO2 g H g H2O l S s SO2 g 故H2O應為液態(tài) 3 已知 NaOH aq H2SO4 濃 Na2SO4 aq H2O l H1 akJ mol 1 NaOH aq CH3COOH aq CH3COONa aq H2O l H2 bkJ mol 1 則a b 提示 濃H2SO4溶于水放出大量熱 而CH3COOH 弱酸 電離時需吸收熱量 故a b 4 反應2SO2 g O2 g 2SO3 g H QkJ mol 1 Q 0 則將2molSO2 g 和1molO2 g 置于一密閉容器中充分反應后放出QkJ的熱量 提示 上述反應是可逆反應 將2molSO2 g 和1molO2 g 置于一密閉容器中充分反應后 不能完全反應生成2molSO3 g 放出的熱量小于QkJ 考點一焓變熱化學方程式 典型例題 2016 張家口一模 下圖是金屬鎂和鹵素單質 X2 反應的能量變化示意圖 下列說法正確的是 A 由MgCl2制取Mg是放熱過程B 熱穩(wěn)定性 MgI2 MgBr2 MgCl2 MgF2C 金屬鎂和鹵素單質 X2 的反應都是放熱反應D 由圖可知此溫度下MgBr2 s 與Cl2 g 反應的熱化學方程式為MgBr2 s Cl2 g MgCl2 s Br2 g H 117kJ mol 1 解題指南 解答本題時應注意以下2點 1 反應物的總能量比生成物的總能量越高 放熱越多 2 能量越低越穩(wěn)定 解析 選C 分析圖象可知 MgCl2的能量低于Mg與Cl2的能量之和 依據(jù)能量守恒定律知由MgCl2制取Mg的反應為吸熱反應 A項錯誤 物質的能量越低越穩(wěn)定 化合物的穩(wěn)定性順序為MgI2 MgBr2 MgCl2 MgF2 B項錯誤 根據(jù)圖象分析 金屬鎂和鹵素單質 X2 的反應都是放熱反應 C項正確 分析圖象可知反應的焓變等于 117kJ mol 1 D項錯誤 母題變式 1 根據(jù)圖象寫出MgF2與Br2反應生成MgBr2和F2的熱化學方程式 提示 MgF2 s Br2 g MgBr2 s F2 g H 600kJ mol 1 反應的焓變 生成物總焓 反應物總焓 MgF2 s 的能量低于MgBr2 s 的能量 依據(jù)圖象數(shù)據(jù)分析計算可知反應的焓變等于600kJ mol 1 2 破壞MgI2 MgBr2 MgCl2 MgF2的化學鍵所需要的能量依次 提示 增多 從圖象分析MgX2的能量按I Br Cl F依次減小 穩(wěn)定性逐漸增強 則破壞MgX2的化學鍵所需要的能量依次增多 答題技法 五審 明辨熱化學方程式正誤 新題預測 1 一定條件 在水溶液中1molCl x 1 2 3 4 的能量 kJ 相對大小如圖所示 下列有關說法中正確的是 A D是B BA C反應的活化能為60kJ mol 1C A B C D中C最穩(wěn)定D BA C反應的熱化學方程式 3ClO aq aq 2Cl aq H 117kJ mol 1 解析 選D 由題可知D中氯元素化合價為 7 D是 A項錯誤 由圖可知 60kJ mol 1是B的相對能量 不是BA C反應的活化能 B項錯誤 A B C D中A的相對能量最低 最穩(wěn)定 C項錯誤 A B C分別是Cl aq ClO aq aq 根據(jù)圖中寫出對應方程式為3ClO aq aq 2Cl aq 反應物的相對能量是3 60kJ mol 1 生成物的相對能量是0 63kJ mol 1 反應物的能量高于生成物的能量 所以該反應放出熱量 H 117kJ mol 1 D正確 2 將0 3mol的氣態(tài)高能燃料乙硼烷 B2H6 放在氧氣中燃燒 生成固態(tài)B2O3和液態(tài)水 放出649 5kJ熱量 該反應的熱化學方程式為 已知 H2O g H2O l H 44kJ mol 1 則11 2L 標準狀況 乙硼烷氣體完全燃燒生成氣態(tài)水時放出的熱量是 kJ 解析 0 3mol氣態(tài)高能燃料乙硼烷燃燒放出649 5kJ的熱量 則 H 2165kJ mol 1 該反應的熱化學方程式為B2H6 g 3O2 g B2O3 s 3H2O l H 2165kJ mol 1則11 2L 標準狀況 乙硼烷氣體完全燃燒生成1 5mol液態(tài)水時放出的熱量是2165kJ mol 1 1082 5kJ 1 5mol液態(tài)水生成氣態(tài)水時吸收66kJ 的熱量 所以11 2L 標準狀況 乙硼烷氣體完全燃燒生成氣態(tài)水時放出的熱量是1016 5kJ 答案 B2H6 g 3O2 g B2O3 s 3H2O l H 2165kJ mol 11016 5 加固訓練 1 對于反應CH2 CH2 H2CH3CH3 反應過程的能量變化如圖所示 下列說法正確的是 A 此反應不屬于氧化還原反應B 此反應的 H 0C 此反應中反應物的能量總和大于產物的能量總和D 其他條件不變 若此反應使用催化劑 則 H不變 解析 選D 氫元素由單質變?yōu)榛衔?氫元素化合價發(fā)生了改變 因此該反應為氧化還原反應 A項錯誤 由圖可知反應物總能量小于生成物總能量 反應吸熱 H 0 B C項錯誤 使用催化劑 可降低反應的活化能 但不改變反應的 H D項正確 2 物質 t BuNO 2在正庚烷溶劑中發(fā)生如下反應 t BuNO 2 2 t BuNO H 實驗測得該反應的 H 50 5kJ mol 1 活化能Ea 90 4kJ mol 1 下列能量關系圖合理的是 解析 選D 由實驗測得該反應的 H 50 5kJ mol 1 可知該反應是吸熱反應 則反應物的總能量低于生成物的總能量 可排除能量關系圖B和C 又依據(jù)活化能Ea 90 4kJ mol 1 Ea H50 5kJ mol 1 Ea與 H的比例不對 而能量關系圖D是合理的 3 2015 海南高考 已知丙烷的燃燒熱 H 2215kJ mol 1 若一定量的丙烷完全燃燒后生成1 8g水 則放出的熱量約為 A 55kJB 220kJC 550kJD 1108kJ 解析 選A 丙烷的分子式是C3H8 1mol丙烷燃燒會產生4mol水 則丙烷完全燃燒產生1 8g水 消耗丙烷的物質的量是n C3H8 n H2O m H2O M 1 8g 18g mol 1 4 0 025mol 所以反應放出的熱量是Q 2215kJ mol 1 0 025mol 55 375kJ 因此大約數(shù)值與選項A接近 4 已知25 101kPa時 1molH2與溴蒸氣完全反應生成氣態(tài)溴化氫放出QkJ能量 則下列熱化學方程式書寫正確的是 A H2 g Br2 g 2HBr g H 2QkJ mol 1B H2 g Br2 l 2HBr g H QkJ mol 1C H2 g Br2 g HBr g H kJ mol 1D HBr g H2 g Br2 g H kJ mol 1 解析 選D 根據(jù)1molH2與溴蒸氣完全反應生成氣態(tài)溴化氫放出QkJ能量 和 H的 號及 H和化學計量數(shù)的關系得D項正確 5 為探究NaHCO3 Na2CO3和鹽酸 以下鹽酸濃度均為1mol L 1 反應過程中的熱效應 實驗測得如下數(shù)據(jù) 由此得出的結論正確的是 A Na2CO3溶液與鹽酸的反應是吸熱反應B NaHCO3溶液與鹽酸的反應是放熱反應C 20 0 時 含3 2gNa2CO3的飽和溶液和35mL鹽酸混合后的溫度將低于25 1 D 20 0 時 含2 5gNaHCO3的飽和溶液和35mL鹽酸混合后的溫度將低于16 2 解析 選C 實驗 說明Na2CO3溶液與鹽酸的反應是放熱反應 A錯誤 實驗 說明NaHCO3溶液與鹽酸的反應是吸熱反應 B錯誤 由實驗 可知 碳酸鈉固體溶于水會放熱 而C項缺少了這個放熱的過程 因而放出的熱量少于實驗 則溫度低于25 1 該項正確 同理 由實驗 判斷 D項錯誤 考點二蓋斯定律及其應用 典型例題 1 蓋斯定律的應用 2016 全國卷 節(jié)選 已知下列反應 SO2 g 2OH aq aq H2O l H1ClO aq aq aq Cl aq H2CaSO4 s Ca2 aq aq H3 則反應SO2 g Ca2 aq ClO aq 2OH aq CaSO4 s H2O l Cl aq 的 H 解析 根據(jù)蓋斯定律可知 目標反應式 第一個反應式 第二個反應式 第三個反應式 則 H H1 H2 H3 答案 H1 H2 H3 2 蓋斯定律的應用 2015 重慶高考 黑火藥是中國古代的四大發(fā)明之一 其爆炸的熱化學方程式為S s 2KNO3 s 3C s K2S s N2 g 3CO2 g H xkJ mol 1已知 碳的燃燒熱 H1 akJ mol 1S s 2K s K2S s H2 bkJ mol 12K s N2 g 3O2 g 2KNO3 s H3 ckJ mol 1 則x為 A 3a b cB c 3a bC a b cD c a b 解題指南 計算反應焓變的流程如下 解析 選A 已知碳的燃燒熱為 H1 akJ mol 1 則碳的燃燒熱化學方程式為 C s O2 g CO2 g H1 akJ mol 1 S s 2K s K2S s H2 bkJ mol 1 2K s N2 g 3O2 g 2KNO3 s H3 ckJ mol 1 根據(jù)蓋斯定律 可得 H 3 H1 H2 H3 即x 3a b c 母題變式 1 寫出S s 與KNO3 s 反應的熱化學方程式 提示 S s 2KNO3 s K2S s N2 g 3O2 g H b c kJ mol 1 將 既得所求的熱化學方程式 2 寫出KNO3 s 與C s 反應的熱化學方程式 提示 2KNO3 s 3C s 2K s N2 g 3CO2 g H 3a c kJ mol 1 將 3 既得所求的熱化學方程式 3 蓋斯定律的應用 2015 福建高考節(jié)選 Al2O3 s 3C s 2Al s 3CO g H1 1344 1kJ mol 12AlCl3 g 2Al s 3Cl2 g H2 1169 2kJ mol 1由Al2O3 C和Cl2反應生成AlCl3的熱化學方程式為 解析 根據(jù)蓋斯定律 由第一個熱化學方程式減去第二個熱化學方程式 可得Al2O3 s 3C s 3Cl2 g 2AlCl3 g 3CO g H 1344 1kJ mol 1 1169 2kJ mol 1 174 9kJ mol 1 答案 Al2O3 s 3C s 3Cl2 g 2AlCl3 g 3CO g H 174 9kJ mol 1 答題技法 根據(jù)蓋斯定律計算 H的步驟和方法 1 計算步驟 2 計算方法 新題預測 1 已知 HCN s 與NaOH aq 反應的 H 12 1kJ mol 1 HCN aq 與NaOH aq 反應的 H 55 6kJ mol 1 則HCN在水溶液中電離的 H等于 A 67 7kJ mol 1B 43 5kJ mol 1C 43 5kJ mol 1D 67 7kJ mol 1 解析 選C 根據(jù)蓋斯定律 將HCN與NaOH的反應設計為以下兩步 則 H1 H2 H3即 12 1kJ mol 1 H2 55 6kJ mol 1 H2 43 5kJ mol 1 2 已知 4NH3 g 5O2 g 4NO g 6H2O l H xkJ mol 1 蒸發(fā)1molH2O l 需要吸收的熱量為44kJ 其他相關數(shù)據(jù)如下表 則表中z 用x a b d表示 的大小為 解析 選A 由題給條件可得6H2O l 6H2O g H 264kJ mol 1 根據(jù)蓋斯定律 將此式與題干中熱化學方程式同向相加得4NH3 g 5O2 g 4NO g 6H2O g H x 264 kJ mol 1 則有4a 5b 4z 6d x 264 解得z A項正確 加固訓練 1 已知3 6g碳在6 4g氧氣中燃燒至反應物耗盡 測得放出熱量akJ 又知道12 0g碳完全燃燒 放出熱量為bkJ 則熱化學方程式C s O2 g CO g H 則 H等于 A a b kJ mol 1B a b kJ mol 1C 5a 0 5b kJ mol 1D 10a b kJ mol 1 解析 選C 根據(jù)題意得兩個熱化學方程式 3C s 2O2 g 2CO g CO2 g H 10akJ mol 1 C s O2 g CO2 g H bkJ mol 1 將 得C s O2 g CO g H 5a 0 5b kJ mol 1 2 肼 N2H4 是火箭發(fā)動機的燃料 它與N2O4反應時 N2O4為氧化劑 生成氮氣和水蒸氣 已知 N2 g 2O2 g N2O4 g H 8 7kJ mol 1 N2H4 g O2 g N2 g 2H2O g H 534 0kJ mol 1 下列表示肼跟N2O4反應的熱化學方程式 正確的是 A 2N2H4 g N2O4 g 3N2 g 4H2O g H 542 7kJ mol 1B 2N2H4 g N2O4 g 3N2 g 4H2O g H 1059 3kJ mol 1C 2N2H4 g N2O4 g 3N2 g 4H2O g H 1076 7kJ mol 1 D N2H4 g N2O4 g N2 g 2H2O g H 1076 7kJ mol 1 解析 選C 將熱化學方程式 2 就可以得到肼與N2O4反應的熱化學方程式 則 H 534 0kJ mol 1 2 8 7kJ mol 1 1076 7kJ mol 1 C項正確 3 已知 NaHCO3在水溶液中水解的熱化學方程式為NaHCO3 aq H2O l H2CO3 aq NaOH aq H akJ mol 1 稀鹽酸和稀NaOH的中和熱為bkJ mol 1 則等物質的量的NaHCO3 aq 與稀鹽酸 aq 反應的 H等于 A a b kJ mol 1B a b kJ mol 1C a b kJ mol 1D a b kJ mol 1 解析 選B 根據(jù)中和熱的定義 可以寫出 H aq OH aq H2O l H bkJ mol 1 NaHCO3水解的離子方程式為 aq H2O l H2CO3 aq OH aq H akJ mol 1 由蓋斯定律可知 所求反應可通過 得 aq H aq H2CO3 aq H a b kJ mol 1 B項正確