专题五 化学反应中的能量变化

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  考点1 化学键、物质总能量与反应热
  例1 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能量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S(s)+3F2(g)=SF6(g)的反应热ΔH为( )
  A. -1780 kJ·mol-1 B. -1220 kJ·mol-1
  C. -450 kJ·mol-1 D. +430 kJ·mol-1
  解析 在化学反应中,断键需要吸热,形成新的化学键需要放热。该反应的反应热ΔH=280+3×160-6×330=-1220 kJ·mol-1,B项正确。
  答案 B
  点拨 反应热ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。能准确分析出1摩尔物质中化学键的数目,如白磷(6 mol)、晶体硅(2 mol)、二氧化硅(4 mol)等。
  考点2 热化学方程式的书写及正误判断
  例2 下列热化学方程式,正确的是( )
  A. 甲烷的标准燃烧热为-890.3 kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
  B. 高温高压下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为:N2+3H2[催化剂高温高压]2NH3 ΔH=-38. 6 kJ·mol-1
  C. 密闭容器中,9.6 g硫粉与11.2 g铁粉混合加热生成硫化亚铁17.6 g时,放出19.12 kJ热量。则Fe(s)+S(s)=FeS(s) ΔH=-95.6 kJ·mol-1
  D. 已知2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1,则1 mol C充分燃烧时放出的热量为110.5 kJ
  解析 燃烧热是指1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量,水在液态时稳定,故A项错误;根据热化学方程式的含义,与对应的热量是1 mol氮气完全反应时的放出热量,但该反应为可逆反应,投入0.5 mol的氮气,最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol,所以ΔH大于-38. 6 kJ·mol-1,故 B项错误;碳充分燃烧时应生成CO2,放出的热量应多于生成CO放出的热量,故D项错误。
  答案 C
  点拨 热化学方程式中的化学计量数仅表示该物质的物质的量,不表示物质的分子或原子数,可以是整数或分数。对同一化学反应,化学计量数不同,ΔH也不同。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
  考点3 盖斯定律的概念及综合应用
  例3 已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH1=+489.0 kJ·mol-1 ①
  CO(g)+[12]O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1 ②
  C(石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH3=-393.5 kJ·mol-1 ③
  则4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)④的反应热ΔH4为( )
  A. -1641.0 kJ·mol-1 B. -824.5 kJ·mol-1
  C. +1641.0 kJ·mol-1 D. +824.5 kJ·mol-1
  解析 考查盖斯定律。热化学方程式④=(③-②)×6-①×2,ΔH4=(ΔH3-ΔH2)×6-ΔH1×2,A项正确。
  点拨 运用盖斯定律进行简单计算,关键在于设计反应过程,同时注意:当反应式乘以或除以某数时,ΔH也应乘以或除以某数;当反应式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算。且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
  考点4 中和热的概念及计算
  例4 稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。下列结论,正确的是( )
  A. 稀硝酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热为57.3 kJ·mol-1
  B. 表示稀硫酸与稀氢氧化钡溶液发生反应的热化学方程式为:
  H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
  C. 稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为114.6 kJ·mol-1
  D. 稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol H2O,放出57.3 kJ热量
  解析 稀硫酸与稀氢氧化钡溶液发生反应的热化学方程式应为:H+(aq)+[12]SO42-(aq)+[12]Ba2+(aq)+OH-(aq)=[12]BaSO4(s)+H2O(l) ΔH<-57.3 kJ·mol-1, B项错误;在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应而生成1 mol H2O,这时的反应热叫做中和热,C项错误;醋酸为弱酸,电离时要吸收热量,则最终放出的热量将小于57.3 kJ,D项错误。
  答案 A
  点拨 中和反应的实质是H+和OH-反应生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成沉淀或弱电解质),则其反应热不等于中和热。
   [【专题练习】]
  1. 下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
  A. HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和NaOH反应的中和热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
  B. CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=2×283.0 kJ·mol-1
  C. 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
  D. 1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热
  2. 在同温、同压下,下列各组热化学方程式中,ΔH1>ΔH2的是( )
  A. 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1
   2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH2
  B. S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1
   S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH2
  C. C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1
   C(s)+[12]O2(g)=CO(g) ΔH2
  D. H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH1
   [12]H2(g)+[12]Cl2(g)=HCl(g) ΔH2
  3. 已知298K时,2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH=-197 kJ·mol-1。在相同温度和压强下,向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,达到平衡时放出热量Q1;向另一相同体积的密闭容器中通入1 mol SO2和0.5 mol O2,达到平衡时放出热量Q2,则下列关系式正确的是( )
  A. Q2=[Q12] B. Q2>[Q12]
  C. 2Q2<Q1<197 kJ D. Q1=Q2<197 kJ
  4. 已知:CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(1) ΔH1
  [12]H2SO4(浓)+NaOH(aq)=[12]Na2SO4(aq)+H2O(1) ΔH2
  HNO3(aq)+KOH(aq)=KNO3(aq)+H2O(1) ΔH3
  上述反应均为在溶液中的反应,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是( )
  A. ΔH1=ΔH2=ΔH3
  B. ΔH2<ΔH1<ΔH3
  C. ΔH2<ΔH3<ΔH1
  D. ΔH2=ΔH3<ΔH1
  5. 25℃、101kPa下:①2Na(s)+[12]O2(g)=Na2O(s) ΔH1=-414kJ·mol-1,②2Na(s)+O2(g)=Na2O2(s) ΔH2=-511 kJ·mol-1。下列说法正确的是( )
  A. 相同条件下Na2O比Na2O2稳定
  B. ①和②生成等物质的量的产物,转移电子数不同
  C. 常温下Na与足量O2反应生成Na2O,随温度升高生成Na2O的速率逐渐加快
  D. 25℃、101kPa下,Na2O2(s)+2Na(s)=2Na2O(s) ΔH=-317 kJ·mol-1
  6. 已知H2(g)+Br2(l)=2HBr(g) ΔH=-72 kJ·mol-1蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,其它相关数据如下表:
  [&H2(g)&Br2 (g)&HBr (g)&1 mol的化学键断裂
  时需要吸收的能量&436&200&a&]
  则表中a为( )
  A. 404 B. 369 C. 230 D. 260
  7. 在25℃、101 kPa下,1 g甲醇燃烧生成CO2和气态水时放热20.11 kJ,H2O(l)=H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,下列能表示甲醇燃烧热的热化学方程式的是( )
  A. CH3OH(l)+[32]O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-731.5 kJ·mol-1
  B. CH3OH(l)+[32]O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-643.5 kJ·mol-1
  C. 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1463 kJ·mol-1
  D. 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-731.5 kJ·mol-1
  8. 用如图所示装置进行中和热的测定实验,请回答下列问题:
  [温度计][泡沫塑料板][碎泡沫塑料]
  (1)大小烧杯之间填满碎泡沫塑料的作用是 , 从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃仪器是 。
  (2)使用补全仪器后的装置进行实验。用50 mL 0.25 mol·L-1的硫酸溶液和50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液在小烧杯中进行中和热反应,三次实验的温度平均升高3.4 ℃。已知中和后生成的溶液的比热容为4.18 J·(g·℃)-1溶液的密度均为1 g·cm-3。通过计算可得中和热ΔH= 。硫酸和NaOH溶液反应的热化学方程式为 。
  (3)实验中若用60 mL 0.25 mol·L-1硫酸溶液和50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”),所得的中和热 (填“相等”或“不相等”)。
  9. 2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)被氧化为 SO3(g)的ΔH=-99 kJ·mol-1。
   [反应过程][A][B][E][C][能量]
  请回答下列问题:
  (1)图中A、C分别表示 、 ,E的大小对该反应的反应热有无影响? 。该反应通常用V2O5作催化剂,加V2O5会使图中B点升高还是降低? ,理由 。
  (2)图中ΔH= kJ·mol-1。
  (3)V2O5的催化循环机理可能为:V2O5氧化SO2时,自身被还原为四价钒的化合物;四价钒的化合物再被氧气氧化。写出该催化循环机理的化学方程式 、 。
  (4)已知单质硫的燃烧热为296 kJ·mol-1,计算由S(s)生成3 mol SO3(g)的ΔH= 。
  10. 在火箭推进器中装有强还原剂肼(N2H4)和强氧化剂过氧化氢,当它们混合时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4 mol液态肼与足量过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出256.65 kJ的热量。
  (1)写出肼和过氧化氢的结构式。肼: ,过氧化氢: ;
  (2)写出热化学方程式: ;
  (3)已知H2O(l)=H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则16 g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时,放出的热量是 kJ;
  (4)上述反应用于火箭推进剂,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个很突出的优点是 。
  11. 红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如图所示(图中的ΔH表示生成l mol产物的数据)。根据右图回答下列问题:
   [反应过程] [反应物总能量][能量][中间产物总能量][最终产物总能量][Cl2(g),P(s)][=-306 kJ·mol-1][=-93 kJ·mol-1][PCl3(g),Cl2(g)][PCl5(g)]
  (1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是 。
  (2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是 。上述分解反应是一个可逆反应。温度Tl时,在密闭容器中加入0.80 mol PCl5,反应达平衡时PCl5还剩0.60 mol,其分解率[α1]= ;若反应温度由Tl升高到T2,平衡时PCl5的分解率为[α2],[α2] [α1](填“大于”“小于”或“等于”)。
  (3)工业上制备PCl5通常分两步进行,先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3,然后降温,再和Cl2反应生成PCl5。原因是 。
  (4)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3= ,一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4 ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
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