专题升级训练三 化学反应中的能量变化
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括6小题，每小题4分，共24分，每小题只有一个正确选项)
1．已知在25 ℃、101 kPa下，1 g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kJ热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是( )
A．C8H18(l)＋22.5O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－48.40 kJ·mol－1
B．C8H18(l)＋22.5O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
C．C8H18(l)＋22.5O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝＋5 518 kJ·mol－1
D．C8H18(l)＋22.5O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝－48.40 kJ·mol－1
2．下列图示与对应的叙述相符的是( )
A．图甲表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
B．图乙表示0.100 0 mol·L－1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L－1 CH3COOH溶液所得到的滴定曲线
C．图丙表示KNO3的溶解度曲线，图中a点所示的溶液是80 ℃时KNO3的不饱和溶液
D．图丁表示某可逆反应生成物的量随反应时间变化的曲线，由图知t时反应物转化率最大
3．根据碘与氢气反应的热化学方程式：(ⅰ)I2(g)＋H2(g)2HI(g) ΔH＝－9.48 kJ·mol－1，(ⅱ)I2(s)＋H2(g)2HI(g) ΔH＝＋26.48 kJ·mol－1。下列判断正确的是( )
A．254 g I2(g)中通入2 g H2(g)，反应放热9.48 kJ
B．1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C．反应(ⅰ)的产物比反应(ⅱ)的产物稳定
D．反应(ⅱ)的反应物总能量比反应(ⅰ)的反应物总能量低
4．根据热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝a kJ·mol－1(a＝－297.2)，在下列说法中，不正确的是( )
A．S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝b kJ·mol－1，则a＜b
C．在相同温度下，1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D．16 g固体硫在空气中充分燃烧，可放出148.6 kJ的热量
5．25 ℃、101 kPa下：①2Na(s)＋1/2O2(g)===Na2O(s)
ΔH1＝－414 kJ·mol－1 ②2Na(s)＋O2(g)===Na2O2(s) ΔH2＝－511 kJ·mol－1。下列说法正确的是( )
A．①和②产物的阴阳离子个数比不相等
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 ℃、101 kPa下，Na2O2(s)＋2Na(s)===2Na2O(s) ΔH＝－317 kJ·mol－1
6．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键需要吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ，则S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为( )
A．－1 780 kJ·mol－1 B．－1 220 kJ·mol－1
C．－450 kJ·mol－1 D．＋430 kJ·mol－1
二、选择题(本题包括2小题，每小题6分，共12分，每小题有两个正确答案)
7．已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中不正确的是( )
A．每生成2分子AB吸收b kJ热量
B．该反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1
C．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量
D．断裂1 mol A—A和1 mol B—B键，放出a kJ能量
8．下列说法正确的是( )
A．任何酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O的过程中，能量变化均相同
B．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同
C．已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－b kJ·mol－1，则a＞b
D．已知：①C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，②C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.0 kJ·mol－1，则C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.5 kJ·mol－1
三、简答题(本题包括4小题，共64分)
9．(16分)氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝206.2 kJ·mol－1，CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝247.4 kJ·mol－1,2H2S(g)===2H2(g)＋S2(g)
ΔH＝169.8 kJ·mol－1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为____________________。
(2)H2S热分解制氢时，常向反应器中通入一定比例空气，使部分H2S燃烧，其目的是____________；燃烧生成的SO2与H2S进一步反应，生成物在常温下均非气体，写出该反应的化学方程式：______________________________。
(3)H2O的热分解也可得到H2，高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图1所示。图中A、B表示的物质依次是__________。
图1
图2
(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图2(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。电解时，阳极的电极反应式为______________________。
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350 ℃时，Mg2Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为__________________。
10．(16分)在火箭推进器中装有还原剂肼(N2H4)和强氧化剂H2O2，当它们混合时，即产生大量的氮气和水蒸气，并放出大量的热。已知0.4 mol液态肼和足量H2O2反应生成氮气和水蒸气时放出256.64 kJ的热量。
(1)写出肼和H2O2反应的热化学方程式__________________________。
(2)已知H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44 kJ·mol－1，则16 g液态肼与足量双氧水反应生成氮气和液态水时，放出的热量是____________。
(3)上述反应应用于火箭推进器，除释放出大量热量和快速产生大量气体外，还有一个很突出的优点是______________________________________。
(4)向次氯酸钠溶液中通入一定物质的量的氨气可生成肼，写出反应的离子方程式__________，该反应的还原产物是____________。
11．(16分)“氢能”将是未来最理想的新能源。
(1)工业上常用N2与H2合成氨气，其热化学反应方程式如下：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在某密闭容器中，将1 mol的氮气与过量的氢气充分混合反应后，放出的热量为__________(填序号)。
A．一定等于92.4 kJ B．一定小于92.4 kJ
C．可能等于92.4 kJ D．都有可能
(2)某化学家根据“原子经济”的思想，设计了如下制备H2的反应步骤：
①CaBr2＋H2OCaO＋2HBr
②2HBr＋HgHgBr2＋H2
③HgBr2＋____________
④2HgO2Hg＋O2↑
请你根据“原子经济”的思想完成上述步骤③的化学方程式：____________。根据“绿色化学”的思想评估该方法制H2的主要缺点：______________________________。
(3)利用核能把水分解制氢气，是目前正在研究的课题。下图是其中的一种流程，其中用了过量的碘。(提示：反应②的产物是O2、SO2和H2O)
完成下列反应的化学方程式：反应①________；反应②____________________。此法制取氢气的最大优点是__________。
12．(16分)2010年8月24日15时10分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功将“天宫一号卫星”送入预定轨道。请回答下列与航天技术有关的问题：
(1)“长征二号丁”运载火箭一级推进剂采用四氧化二氮作为氧化剂，燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，火箭起飞时的反应产物都是无毒的气体。请你写出该反应的化学方程式：______________。请你解释火箭上升过程中尾气是红棕色的原因：______________。
(2)某些运载火箭推进器中装有肼(N2H4)和过氧化氢，当二者混合时即产生气体，并放出大量的热。已知：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－641.6 kJ·mol－1，H2O(l)===H2O(g)
ΔH＝＋44 kJ·mol－1，若用6.4 g液态肼与足量过氧化氢反应生成氮气和液态水，则整个过程中转移的电子总数的物质的量为________，放出的热量为______。
(3)未来我国将建立自己的空间站，届时空间站需要再生性的燃料电池。这种电池的基本原理是有太阳光时利用太阳能电池板收集的电能将水电解，没有太阳光时利用燃料H2、氧化剂O2构成原电池，提供电能。若用KOH浓溶液作为电解液，写出负极反应式：________。
(4)飞船或空间站中的宇航员新陈代谢的气体中有二氧化碳、水蒸气，而呼吸需要的则是氧气。请你利用自己所学的化学知识设计一个能够循环处理飞船或空间站内气体的方法(写出化学方程式即可)______________________。
参考答案
一、选择题
1．B 解析：根据题目条件，生成的水为液态，所以A错；1 g C8H18燃烧后放出热量48.40 kJ，故1 mol C8H18完全燃烧放出热量5 518 kJ，放热用“—”表示，故C、D错。
2．C 解析：A错，因为图中所示的反应物总能量高于生成物总能量，应该是放热反应；B错，因为醋酸属于弱酸，曲线的起点对应的pH数值应在1和2之间；C对，因为从图中容易读出该温度下的溶质还没有达到饱和溶液所需要的量；D错，因为“生成物的最大量”和“反应物的最大转化率”属于两个概念、用一个图表示两个量错。
3．D 解析：反应是可逆反应，反应物不能完全转化；利用盖斯定律可得出1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差35.96 kJ；同一种物质的能量在相同条件下，能量一样多。同样利用盖斯定律可得出选项D正确。
4．B 解析：热化学方程式中ΔH＝a kJ·mol－1＝－297.2 kJ·mol－1，则该反应是放热反应，A项正确。在B项中，由于S(s)===S(g)是吸热过程，故S(g)燃烧放热更多，则|a|＜|b|，推出a＞b。C项是对放热反应的分析，从物质所含能量角度来分析。D项计算×297.2 kJ·mol－1＝148.6 kJ，正确。
5．D 解析：Na2O是由Na＋和O2－构成的，二者的个数比是2:1。Na2O2是由Na＋和O构成的，二者的个数比也是2:1，选项A不正确；由化合价变化可知生成1 mol Na2O转移2 mol电子，而生成1 mol Na2O2也转移2 mol电子，因此选项B不正确；常温下Na与O2反应生成Na2O，在加热时生成Na2O2，所以当温度升高到一定程度时就不再生成Na2O，所以选项C也不正确；由盖斯定律知①×2－②即得到反应Na2O2(s)＋2Na(s)===2Na2O(s) ΔH＝－317 kJ·mol－1，因此选项D正确。
6．B 解析：断裂1 mol S—S键吸收能量280 kJ，断裂3 mol F—F键吸收能量3×160 kJ，则吸收的总能量为Q吸＝280 kJ＋3×160 kJ＝760 kJ，释放的总能量为Q放＝330 kJ×6＝1 980 kJ，由反应方程式：S(s)＋3F2(g)===SF6(g)可知，ΔH＝760 kJ·mol－1－1 980 kJ·mol－1＝－1 220 kJ·mol－1。
二、选择题
7．AD 解析：观察题给图像可以得到，上述反应的反应物总能量低于生成物总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。
8．BD 解析：弱酸与弱碱发生中和反应生成1 mol H2O释放的能量小于强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水释放的能量，A不正确；不论是在光照还是在点燃条件下的ΔH均相同，B正确；生成液态水放出的热量多，故a＜b，C不正确；根据盖斯定律，用两个热化学方程式相减即得，D正确。
三、简答题
9．答案：(1)CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝165.0 kJ·mol－1
(2)为H2S热分解反应提供热量 2H2S＋SO2===2H2O＋3S↓(或4H2S＋2SO2===4H2O＋3S2)
(3)H、O(或氢原子、氧原子)
(4)CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O
(5)2Mg2Cu＋3H2MgCu2＋3MgH2
解析：(1)根据盖斯定律将第一个热化学方程式扩大两倍再减去第二个热化学方程式即得该热化学方程式，ΔH也进行相应的计算得ΔH＝206.2 kJ·mol－1×2－247.4 kJ·mol－1＝165.0 kJ·mol－1。(2)硫化氢燃烧放热，为其分解提供能量。硫化氢和二氧化硫反应生成单质硫和水。(3)1 mol H2O分解首先得2 mol H和1 mol O，故曲线A为H，曲线B为O。(4)根据装置图可知阳极产生了N2，阴极产生了H2，再分析化合价的升降，可知阴极H＋得电子生成氢气，在阳极[CO(NH2)2]失电子生成N2，同时再结合电荷守恒可知还生成CO。(5)根据原子守恒和金属元素氢化物中氢的质量分数为0.077可判断，该金属元素的氢化物为MgH2。
10．答案：(1)N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－641.6 kJ·mol－1
(2)408.8 kJ
(3)产物为氮气和水，无污染
(4)2NH3＋ClO－===N2H4＋Cl－＋H2O NaCl
解析：(1)首先根据题意确定反应物和生成物，然后写出化学方程式：N2H4＋2H2O2===N2＋4H2O。0.4 mol液态肼和足量H2O2反应生成氮气和水蒸气时放出256.64 kJ的热量，则1 mol液态肼和足量H2O2反应时放出热量为：2.5×256.64 kJ＝641.6 kJ，由此可写出上述反应的热化学方程式。(2)16 g液态肼的物质的量为0.5 mol，则与足量双氧水反应生成0.5 mol N2和2 mol H2O(l)时放出热量为：0.5 mol×641.6 kJ·mol－1＋2 mol×44 kJ·mol－1＝408.8 kJ。(3)反应生成的物质是N2和H2O，无污染。(4)氨气中氮元素的化合价为－3，肼分子中氮元素的化合价为－2，则氨是还原剂，次氯酸钠是氧化剂，还原产物是NaCl，然后根据电子转移守恒以及电荷守恒即可写出离子方程式。
11．答案：(1)B
(2)HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 循环过程需要很高的能量，且使用重金属汞，会产生污染
(3)①SO2＋I2＋2H2O2HI＋H2SO4
②2H2SO42SO2↑＋O2↑＋2H2O SO2和I2可循环使用，无污染
解析：(1)由该反应是可逆反应可知：N2不可能全部反应，故放热小于92.4 kJ。(2)“原子经济”的思想即是要求总反应中，反应物全部转化成产物，结合反应①、④，反应③需向反应④提供HgO，可用反应①中CaO供氧。“绿色化学”要求除了“原子经济”外，还要低能耗、无污染，但该反应中各反应均需加热，且重金属汞会产生污染。(3)结合流程图，反应①的反应物包括SO2、I2和H2O，在100～120 ℃条件下反应得到HI和H2SO4，即可写出；反应②为硫酸在核能提供的900 ℃高温下分解得到SO2、O2和H2O。对比上述H2的制备，该方法SO2和I2可循环使用以提高反应物的转化率，且无污染物的生成。
12．答案：(1)C2H8N2＋2N2O4===2CO2＋4H2O＋3N2 四氧化二氮分解产生红棕色的二氧化氮
(2)0.8 mol 163.5 kJ
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O
(4)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
解析：(1)四氧化二氮与偏二甲肼反应的产物为二氧化碳、氮气和水；火箭上升过程中，泄漏出的四氧化二氮分解产生二氧化氮，红棕色即为二氧化氮的颜色。(2)6.4 g肼的物质的量为0.2 mol,1 mol肼完全被过氧化氢氧化为氮气与水蒸气，电子转移为4 mol，故6.4 g肼转移的电子为0.8 mol；由盖斯定律可知：液态肼与过氧化氢反应生成液态水的热化学方程式：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－817.6 kJ·mol－1，故0.2 mol肼放出的热量为0.2 mol×817.6 kJ·mol－1＝163.5 kJ。(3)该燃料电池的正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极反应式为：H2＋2OH－－2e－===2H2O。(4)利用Na2O2与二氧化碳、水反应生成氧气的原理可以处理飞船、空间站中的新陈代谢的“废气”。
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