第一章 化学反应的热效应
题型整合练 反应热相关知识的常考题型
题型1 与能量相关的图示分析
1.(2024河南濮阳统考)已知NH4X(X为卤素原子)有关转化过程的能量关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
C.因为NH4Cl固体溶于水吸热,所以ΔH6>0
D.相同条件下,NH4Br(s)的(ΔH2+ΔH3+ΔH5)比NH4I(s)的大
2.(2024浙江温州期中联考)镁和卤素单质(X2)反应的相对能量变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.热稳定性:MgF2>MgCl2>MgBr2>MgI2
B.标准状况下22.4 L F2(g)与足量的Mg(s)充分反应生成MgF2(s),吸热1 124 kJ
C.由MgCl2(s)制备Mg(s)的过程中,需要放出热量
D.由图可知,MgBr2(s)+Cl2(g) MgCl2(s)+Br2(l) ΔH=-117 kJ·mol-1
3.(2023辽宁朝阳期末)反应热(ΔH)因化学反应的分类不同给予不同的名称,如我们学过的燃烧热(ΔHc),又如由稳定单质化合生成1 mol纯物质的热效应称为生成热(ΔHf);断裂1 mol化学键时所吸收的能量称为键能。如图分别表示1 mol H2O、1 mol CO2分解时的能量变化情况(单位: kJ)。下列说法正确的是 ( )
图1 1 mol水分解时的能量变化
图2 1 mol CO2分解时的能量变化
A.H2O(g)的生成热:ΔHf=+243 kJ·mol-1
B.CO(g)的燃烧热:ΔHc=-570 kJ·mol-1
C.O—H键的键能:436 kJ·mol-1
D.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-42 kJ·mol-1
4.(2024福建福州模拟)氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH4)2SO4的离子键强弱,设计如图所示的循环过程,ΔH4为 ( )
A.+533 kJ/mol B.+686 kJ/mol C.+838 kJ/mol D.+1 143 kJ/mol
5.(2023湖北名校联考)AlH3是一种储氢材料,可作为固体火箭推进剂。通过激光加热引发AlH3的燃烧反应之后,AlH3燃烧时的温度随时间变化关系如图所示。
燃烧不同阶段发生的主要变化如下:
2AlH3(s) 2Al(s)+3H2(g) ΔH1
H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH2
Al(s) Al(g) ΔH3
Al(g)+Al2O3(s) ΔH4
下列分析正确的是 ( )
A.AlH3燃烧需要激光加热引发,所以AlH3燃烧是吸热反应
B.其他条件相同时,等物质的量的Al(s)燃烧放热大于Al(g)燃烧放热
C.在反应过程中,a点时物质所具有的总能量最小
D.2AlH3(s)+3O2(g) Al2O3(s)+3H2O(l) ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4
题型2 根据情境信息书写热化学方程式
6.(1)(2024陕西宝鸡期末)已知:(ⅰ)H2(g) H2(l) ΔH=-0.92 kJ·mol-1
(ⅱ)O2(g) O2(l) ΔH=-6.84 kJ·mol-1
(ⅲ)H2O(l) H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1
(ⅳ)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式: 。
(2)(2024河南信阳中学月考)科学家提出以TiO2为催化剂,光热化学循环分解法达到减少大气中CO2含量的目的,反应机理和相关数据如图所示,全过程的热化学方程式为 。
物质的量 物质 完全断键所需吸收的总能量
1 mol CO2 1 598 kJ
1 mol CO 1 072 kJ
1 mol O2 496 kJ
7.回答下列问题:
(1)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时,该反应的热化学方程式为 。[已知温度为T时:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165 kJ·mol-1;CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1]
(2)用O2将HCl转化为Cl2,可提高经济效益。传统上该转化通过如图所示的催化循环实现。其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s) H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1。
反应②生成1 mol Cl2(g)的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为 (反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
8.(2024山东东营重点中学统考)回答下列问题:
(1)CO2与H2在某催化剂的作用下反应,如图所示:
断开1 mol化学键所需要吸收的能量(kJ)如表所示:
436 326 803 464 414
写出该反应的热化学方程式: 。
(2)LiBH4是近年来常用的储氢材料。2LiBH4/MgH2体系放氢焓变示意图如下:
则Mg(s)与B(s)反应生成MgB2(s)的热化学方程式是 。
题型3 反应热知识的综合考查
9.(2024陕西榆林模拟)研究化学反应过程与能量变化的关系具有重要意义。回答下列问题:
(1)CO2和NH3合成尿素[CO(NH2)2]的能量变化如图1所示,写出该反应的热化学方程式: 。
图1
(2)C6H6(l)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的ΔH难以测量,原因是 。已知CO的燃烧热,若想计算ΔH,还需要知道 (写出热化学方程式,焓变用ΔH'表示)。
(3)H2(g)与F2(g)反应生成HF(g)过程中的能量变化如图2所示,仿照图1,在图3中画出该反应的能量—反应过程曲线图(标出该反应的焓变)。
图2
图3
(4)图4表示ⅥA族的O、S、Se、Te在生成1 mol气态氢化物时的焓变数据,根据数据可确定c代表 (填元素符号)的氢化物,写出H2Te发生分解反应的热化学方程式: 。
图4
(5)已知:S8(s)+8O2(g) 8SO2(g) ΔH=-8a kJ·mol-1;1个S8分子中有8个硫硫键,1个SO2分子中有2个硫氧键;破坏1 mol 硫氧键、1 mol 氧氧键所需能量分别为b kJ、c kJ,则生成1 mol 硫硫键释放的能量为 。
答案与分层梯度式解析
1.C 2.A 3.D 4.C 5.C
1.C
2.A 由题图可知,1 mol卤化镁的能量大小顺序为MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2,能量越低越稳定,则热稳定性的大小顺序为MgF2>MgCl2>MgBr2>MgI2,A正确;由题图可知,Mg(s)与F2(g)反应生成MgF2(s)为放热反应,B错误;由MgCl2(s)制备Mg(s),需要吸收热量,C错误;根据题图可知生成氯化镁、溴化镁的热化学方程式分别为Mg(s)+Cl2(g) MgCl2(s) ΔH1=-641 kJ·mol-1①,Mg(s)+Br2(g) MgBr2(s) ΔH2=-524 kJ·mol-1②,由盖斯定律,①-②可得MgBr2(s)+Cl2(g) MgCl2(s)+Br2(g) ΔH=-117 kJ·mol-1,液溴的能量低于气态溴,则溴化镁与氯气发生反应生成液溴和氯化镁的焓变小于-117 kJ·mol-1,D错误。
3.D H2(g)、O2(g)生成H2O(g)为放热反应,焓变为负值,H2O(g)的生成热ΔHf=-243 kJ·mol-1,A错误。CO(g)的燃烧热是1 mol CO(g)完全燃烧生成1 mol CO2(g)放出的热量,ΔHc=-285 kJ·mol-1,B错误。根据图示,H—H键的键能为436 kJ·mol-1、O O键的键能为494 kJ·mol-1,H2O(g) O2(g)+H2(g) ΔH=+243 kJ·mol-1,ΔH=反应物总键能-生成物总键能,1 mol H2O中含2 mol O—H键,O—H键的键能=(+243+436+494×) kJ·mol-1÷2=463 kJ·mol-1,C错误。①CO(g)+O2(g) CO2(g) ΔH=-285 kJ·mol-1;②H2O(g) O2(g)+H2(g) ΔH=+243 kJ·mol-1,根据盖斯定律,①+②得CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-42 kJ·mol-1,D正确。
4.C 根据循环过程示意图中的物质转化和能量变化,可以得出以下热化学方程式:
①NH4Cl(s) N(g)+Cl-(g) ΔH1=+698 kJ/mol;
②NH4Cl(s) N(aq)+Cl-(aq) ΔH2=+15 kJ/mol;
③Cl-(g) Cl-(aq) ΔH3=-378 kJ/mol;
④(NH4)2SO4(s) N(g)+S(g) ΔH4;
⑤(NH4)2SO4(s) N(aq)+S(aq) ΔH5=+3 kJ/mol;
⑥S(g) S(aq) ΔH6=-530 kJ/mol;则⑤+①-⑥-②+③得④,得到ΔH4=+838 kJ/mol。
5.C 燃烧反应都是放热反应,所以AlH3燃烧是放热反应,A项错误;其他条件相同时,Al(s)具有的能量比Al(g)小,所以等物质的量的Al(s)燃烧放热小于Al(g)燃烧放热,B项错误;在AlH3燃烧过程中,a点时温度最高,放出的热量最多,根据能量守恒可知,a点时物质所具有的总能量最小,C项正确;已知:①2AlH3(s) 2Al(s)+3H2(g) ΔH1、②H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH2、③Al(s) Al(g) ΔH3、④Al(g)+O2(g) Al2O3(s) ΔH4,利用盖斯定律,将①+②×3+③×2+④×2得:2AlH3(s)+3O2(g) Al2O3(s)+3H2O(g) ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4,D项错误。
6.答案 (1)H2(l)+O2(l) H2O(g) ΔH=-237.46 kJ·mol-1
(2)2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) ΔH=+556 kJ·mol-1
解析 (1)根据盖斯定律,ⅳ+ⅲ-ⅱ×0.5-ⅰ得,H2(l)+O2(l) H2O(g) ΔH=-237.46 kJ·mol-1。
(2)由图可知,该过程的总反应为2CO2(g) 2CO(g)+O2(g),由ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量可得ΔH=(2×1 598-2×1 072-496) kJ·mol-1=+556 kJ·mol-1,则热化学方程式为2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) ΔH=+556 kJ·mol-1。
7.答案 (1)CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH=-206 kJ·mol-1 (2)4HCl(g)+O2(g) 2H2O(g)+2Cl2(g) ΔH=2ΔH1+2ΔH2
解析 (1)已知:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165 kJ·mol-1①、CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1②,由盖斯定律可知,②-①即得所求热化学方程式:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH=-206 kJ·mol-1。
(2)2HCl(g)+CuO(s) H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1①,2CuCl2(s)+O2(g) 2CuO(s)+2Cl2(g) 2ΔH2②,根据盖斯定律,由①×2+②得总反应:4HCl(g)+O2(g) 2H2O(g)+2Cl2(g) ΔH=2ΔH1+2ΔH2。
8.答案 (1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-46 kJ·mol-1
(2)Mg(s)+2B(s) MgB2(s) ΔH=-93 kJ·mol-1
解析 (1)根据图示可写出化学方程式:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),由题图可知图形与化学键对应关系为:、、CO、、;ΔH=断裂化学键所吸收的总能量-形成化学键所放出的总能量=[(2×803+3×436)-(3×414+326+3×464)] kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1。
(2)根据图示可写出下列热化学方程式:
①2LiH(s)+2B(s)+3H2(g) 2LiBH4(s) ΔH=-200 kJ·mol-1;
②2LiH(s)+MgB2(s)+4H2(g) 2LiBH4(s)+MgH2(s) ΔH=-183 kJ·mol-1;
③Mg(s)+H2(g) MgH2(s) ΔH=-76 kJ·mol-1;
根据盖斯定律,由①-②+③可得Mg(s)+2B(s) MgB2(s) ΔH=(-200 kJ·mol-1)-(-183 kJ·mol-1)+(-76 kJ·mol-1)=-93 kJ·mol-1。
9.答案 (1)2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-86.98 kJ·mol-1
(2)难以控制只生成CO 2C6H6(l)+15O2(g) 12CO2(g)+6H2O(g) ΔH'
(3)
(4)S H2Te(g) H2(g)+Te(s) ΔH=-154 kJ·mol-1
(5)(2b-a-c) kJ
解析 (1)从图1中可以看出,反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,ΔH=-(159.47-72.49) kJ·mol-1=-86.98 kJ·mol-1,所以该反应的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-86.98 kJ·mol-1。
(2)C6H6(l)在O2(g)中燃烧的产物可能为CO2和H2O,也可能为CO和H2O,很难控制只生成CO,所以C6H6(l)在O2(g)中燃烧生成CO(g)和H2O(g)的ΔH难以测量;在知道C6H6(l)在O2(g)中燃烧的热化学方程式2C6H6(l)+15O2(g) 12CO2(g)+6H2O(g) ΔH'时,又已知CO的燃烧热,可以通过盖斯定律计算ΔH。
(3)图2中ΔH=(154+436) kJ·mol-1-2×565 kJ·mol-1=-540 kJ·mol-1。
(4)根据非金属性越强越容易与氢气化合生成相应氢化物,O、S、Se、Te非金属性依次减弱,由此可知图中a、b、c、d分别代表Te、Se、S、O,故c代表S;图中形成H2Te时为吸热反应,所以H2Te分解时为放热反应,其反应的热化学方程式为H2Te(g) H2(g)+Te(s) ΔH=-154 kJ·mol-1。
(5)ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量,设断开1 mol 硫硫键需要的能量为x kJ,即ΔH=(8x+8c-2×8b) kJ·mol-1=-8a kJ·mol-1,解得x=2b-a-c,则生成1 mol硫硫键释放的能量为(2b-a-c) kJ。
