第14讲 化学反应与能量
一、单项选择题
1．(2011年上海高考)据报道，科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是( )。
2．已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243 kJ的能量；③由H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子时释放431 kJ的能量。下列叙述正确的是( )。
A．氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
B．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝＋183 kJ/mol
C．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ/mol
D．氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ/mol
3．(2010年广东汕头模拟)下列属于新能源的是( )。
①天然气；②煤；③海洋能；④石油；⑤太阳能；⑥生物质能；⑦风能；⑧氢能。
A．①②③④ B．③⑤⑥⑦⑧
C．①③⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧
4．(2011年广东汕头质检)已知在298 K时下述反应的有关数据：
C(s)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH1＝－110.5 kJ/mol；
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ/mol；
则C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH为( )。
A．＋283.5 kJ/mol B．＋172.5 kJ/mol
C．－172.5 kJ/mol D．－504 kJ/mol
5．(2011年广东广州联考)在常温常压下，已知：
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH1；
4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH2；
2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔH3。
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( )。
A．ΔH3＝1/2(ΔH1＋ΔH2)
B．ΔH3＝ΔH2－ΔH1
C．ΔH3＝2(ΔH2＋ΔH1)
D．ΔH3＝1/2(ΔH2－ΔH1)
6．已知盐酸和氢氧化钠溶液的中和热为ΔH＝－57.3 kJ/mol，则稀醋酸与氢氧化钠(稀)的中和热一般情况下约为( )。
A．大于－57.3 kJ/mol B．等于－57.3 kJ/mol
C．小于－57.3 kJ/mol D．无法比较
7．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH＝－270 kJ·mol－1，下列说法正确的是( )。
A．2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收270 kJ热量
B．1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出热量小于270 kJ
C．在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量
D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量
8．将V1 mL 1.0 mol/L HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图K3－14－1所示(实验中始终保持V1＋V2＝50 mL)。下列叙述正确的是( )。
图K3－14－1
A．做该实验时环境温度为22 ℃
B．该实验表明化学能可能转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.0 mol/L
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
二、双项选择题
9．(2011年广东华师附中测试)对于反应CH2===CH2＋H2―→CH3CH3反应过程能量变化如图K3－14－2，下列说法正确的是( )。
图K3－14－2
A．此反应属于氧化还原反应
B．此反应ΔH<0
C．此反应中反应物的能量总和大于产物的能量总和
D．其他条件不变，若此反应使用催化剂，则此反应的ΔH不变
10．已知氯气、溴蒸气分别跟氢气反应的热化学方程式如下(Q1、Q2均为正值)：
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－Q1
H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g) ΔH＝－Q2
有关上述反应的叙述正确的是( )。
A．Q1＞Q2
B．生成物总能量均高于反应物总能量
C．生成1 mol HCl气体时放出Q1热量
D．1 mol HBr(g)具有的能量大于1 mol HBr(l)具有的能量
11．在同温同压下，下列各组热化学方程式中，Q2>Q1的是( )。
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－Q1 kJ/mol
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－Q2 kJ/mol
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－Q1 kJ/mol
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－Q2 kJ/mol
C．C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－Q1 kJ/mol
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－Q2 kJ/mol
D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－Q1 kJ/mol
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g) ΔH＝－Q2 kJ/mol
三、非选择题
12．已知下列燃烧热数据：①乙酸：870.3 kJ·mol－1；
②C：393.5 kJ·mol－1；③H2：285.8 kJ·mol－1；
④乙醇：1 400 kJ·mol－1。试计算由相应单质化合生成下列物质的反应热并写出热化学方程式：
(1)乙酸__________________________________________________________；
(2)乙醇_____________________________________________________________。
13．(2011年新课标全国高考)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－285.8 kJ·mol－1、－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1。请回答下列问题：
(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是________ kJ。
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：______________________ _______________________________________________。
(3)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图K3－14－3所示(注：T1、T2均大于300 ℃)。
图K3－14－3
下列说法正确的是________(填序号)。
①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝ mol·L－1·min－1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
(4)在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为________。
(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为：______________________，正极的反应式为：________________________。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为______。(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)
14．(2011年广东六校联考)碳和碳的化合物在生产生活实际中应用广泛。
(1)水煤气(主要成分是CO和H2)又称合成气，在一定条件下能合成很多有用的有机物，请完成下列合成辛烷的方程式：8CO＋17H2===C8H18＋__________。
(2)甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产和生活。
已知①2CH4 (g)＋3O2 (g)===2CO(g)＋4H2O(l) ΔH1
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2
则反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)的ΔH3＝______________(用ΔH1和ΔH2表示)。
(3)一定条件下，某密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c(NO2)＝0.50 mol/L、c(N2O4)＝0.125 mol/L，则2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K＝____________；若NO2起始浓度为2 mol/L ，在相同条件下，NO2的最大转化率为______。
(4)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如下表：
T/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
①该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
②能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是__________(填字母)。
a．及时分离出CO气体 b．适当升高温度
c．增大CO2的浓度 d．选择高效催化剂
第14讲 化学反应与能量
1．B 解析：分解水属于吸热反应，催化剂可以降低活化能。
2．C 解析：根据反应热的含义，生成2 mol氯化氢放出热量431×2 kJ，断裂1 mol H2和Cl2分别吸收热量436 kJ、243 kJ，故ΔH＝436＋243－431×2＝－183 kJ/mol。
3．B 解析：天然气、煤、石油属于传统化石能源。
4．B 解析：根据盖斯定律，ΔH＝2×(－110.5)－(－393.5)＝＋172.5 kJ/mol
5．D 解析：考查盖斯定律，反应热的关系与方程式的关系相对应。
6．A 解析：醋酸是弱酸，中和反应时会发生电离而吸热，注意正负号。
7．C 解析：A项，化学方程式中的系数不能指体积；B项，HF液态比气态能量更低，故生成液态时，放出的热量应大于270 kJ；C项，反应是放热反应，故正确；D项，270 kJ热量是指发生1 mol题给反应放出的热量。
8．B 解析：观察图中曲线易知这是进行了多次不同的实验作出的曲线，在酸和碱以不同的比例进行混合时，酸和碱恰好反应时放出热量最大，即曲线中V1＝30 mL处，由此可以计算碱的浓度为1.5 mol·L－1；22 ℃不是环境温度，酸碱反应放出了一定的热量，故环境温度应略低些；明确酸碱反应实质及其中和热的含义，熟悉中和热的测定方法及其实验的变化。
9．AD 解析： 从氢元素由单质变为化合物可知化合价发生了改变，因此为氧化还原反应，A对；由图可知反应物总能量小于生成物总能量，反应吸热，ΔH＞0，B、C错；使用催化剂，可降低反应的活化能，但不改变反应的ΔH，D对。
10．AD 解析：两个反应都是放热反应，生成物的总能量低于反应物的总能量，B项错；由热化学方程式可知，生成2 mol氯化氢放出的热量才是Q1，C项错。
11．AC 解析：首先分析同一物质不同聚集状态转化时的能量变化，其次分析不同聚集状态在反应物中和在生成物中对反应热的影响，最后得出比较结论。A中因H2O(g)→H2O(l)放热，故Q2>Q1；B中S(s)→S(g)吸热，而且S在燃烧时必须由固态变为气态才能燃烧，故Q2Q1；D中在聚集状态完全相同的条件下，可燃物H2的量与燃烧热的值成正比，因此Q1＝2Q2
12．(1)2C (s)＋2H2 (g)＋O2(g)===CH3COOH (l) ΔH＝－488.3 kJ·mol－1
(2)2C(s)＋3H2(g)＋1/2O2(g)===C2H5OH (l) ΔH＝－243.5 kJ·mol－1
解析：先写出热化学方程式：
CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O (l) ΔH＝－870.3 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O (l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
把第1个写成逆过程，后两者乘2，再与第2个相加：
2CO2(g)＋2H2O(l)===CH3COOH(l)＋2O2(g) ΔH＝＋870.3 kJ·mol－1
2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－787.0 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l) ΔH＝－488.3 kJ·mol－1
同理可以得到另一热化学方程式：
2C(s)＋3H2(g)＋1/2O2(g)===C2H5OH(l) ΔH＝－244.4 kJ·mol－1
13．(1)2 858
(2)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
(3)③④ (4)(2－α)∶2
(5)CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
O2＋6H＋＋6e－===3H2O 96.6%
解析：(1)H2的燃烧热为－285.8 kJ·mol－1，则分解10 mol H2O消耗能量为285.8 kJ·mol－1×10 mol＝2 858 kJ。
(2)CO(g)和CH3OH(l)燃烧的热化学方程式分别为：
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1①
CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.5 kJ·mol－1②
②－①得CH3OH(l)不完全燃烧的热化学方程式：CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1。
(3)温度为T1时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝ mol·L－1·min－1，①错；由图像看出T1时反应达平衡生成甲醇的物质的量大于T2时，可知T1时反应限度大，平衡常数也大，②错；温度为T2时反应先达到平衡，则T2＞T1，但T2时反应达到平衡生成的甲醇的物质的量比T1小，说明升高温度不利于甲醇生成，该反应为放热反应，③正确；A点的反应体系从T1变到T2，即升高温度，平衡向逆反应方向移动，④正确。
(4)CO2＋3H2===CH3OH＋H2O Δn
1 3 0 0
α 3α α α 2α
则容器内平衡压强与起始压强之比为：(1 mol＋3 mol－2α mol)∶(1 mol＋3 mol)＝(2－α)∶2。
(5)书写电极反应式时注意电解质溶液的酸碱性。甲醇燃料电池中甲醇失电子发生氧化反应，负极的电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋，正极的电极反应式为O2＋6H＋＋6e－===3H2O。该燃料电池的理论效率为×100%＝96.6%。
14．(1)8H2O
(2)(ΔH1＋ΔH2)
(3)0.5或 50%
(4)①吸热 ②bc
解析： (1)由质量守恒可知化学方程式还应生成8H2O。
(2)据盖斯定律可知 ΔH3 ＝(ΔH1＋ΔH2 )。
(3)平衡常数K＝c(N2O4)/c2(NO2)＝0.125/0.52＝0.5。
设NO2的转化浓度为x mol/L
2NO2(g) N2O4(g)
起始浓度 2 mol/L 0
转化浓度 x mol/L 0.5x mol/L
平衡浓度 (2－x) mol/L 0.5x mol/L
据K＝0.5x/(2－x)2＝0.5 解得x＝1(x＝4不符合题意)
NO2的最大转化率＝1/2＝50%。
(4)温度升高，平衡向吸热方向移动，K增大，则正向为吸热反应；升高温度、增大CO2的浓度、使用催化剂都可增大反应速率，升高温度、增大CO2的浓度都使反应正向移动，而使用催化剂对化学平衡不影响。
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