第一讲 化学能与热能
[课后达标训练]
一、选择题
1．(2018·杭州期末)碳酸钙分解的反应需要在高温下持续加热，根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是( )
A．1 mol CO2(g)和1 mol CaO(s)的总能量大于1 mol CaCO3(s)的总能量 B．该反应的焓变大于零
C．该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量
D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应
解析：选D。因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以1 mol CO2(g)和1 mol CaO(s)的总能量大于1 mol CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，A、B正确；在CaCO3中，Ca和CO3之间存在离子键，CO3中C与O之间存在共价键，故反应中有离子键断裂也有共价键断裂，旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成放出能量，C正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧需要加热，但该反应是放热反应，D错误。
2．(2018·上海奉贤区模拟)合成氨反应过程中的能量变化如图所示，下列说法错误的是( )
A．该反应的焓变小于零
B．该反应物的总能量高于生成物的总能量 C．该反应的热化学方程式为3H2＋N2D．该反应是放热反应
解析：选C。由题图知，反应物的总能量高于生成物的总能量，ΔH＜0，为放热反应，故A、B、D均正确；热化学方程式需要标明物质状态，故C错误。
3．(2018·徐州考前模拟冲刺卷)利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)通过下列反应合成甲醇。下列说法正确的是( )
反应①：CO2(g)＋H2(g)反应②：CO(g)＋2H2(g)反应③：CO2(g)＋3H2(g)A．反应①为放热反应
B．增大反应①的压强，H2转化率提高 小学+初中+高中
CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41 kJ·mol CH3OH(g) ΔH2＝－99 kJ·mol CH3OH(g)＋H2O(l) ΔH3
－1
－1
2－
2＋
2－
2NH3＋Q(Q＞0)
小学+初中+高中
C．反应②使用催化剂，ΔH2不变 D．ΔH3＝－58 kJ·mol
解析：选C。反应①焓变为正值，为吸热反应，故A错误；增大反应①的压强，平衡不移动，H2转化率不变，故B错误；反应②使用催化剂，ΔH2不变，故C正确；根据盖斯定律CO2(g)＋3H2(g)3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－58 kJ·mol
－1
－1
－1
，所以CO2(g)＋
CH3OH(g)＋H2O(l) ΔH3≠－58 kJ·mol，故D错误。
4．(2018·广东四地六校联考)下列有关热化学方程式的叙述正确的是( )
A．已知2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g) ΔH1；2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2，则ΔH1＞ΔH2 B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定
C．在稀溶液中：H(aq)＋OH(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/mol，若将含0.6 mol H2SO4
的稀硫酸与含1 mol NaOH的溶液混合，放出的热量等于57.3 kJ
D．放热反应一定不需要加热
解析：选C。碳完全燃烧放出的热量多，放热反应的反应热为负值，所以ΔH1＜ΔH2，A错误；C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＞0，即金刚石的能量比石墨高，故石墨更稳定，B错误；燃烧反应是放热反应，需要加热才能发生，D错误。
5．(2018·天津河西区模拟)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法不正确的是( ) ①太阳光催化分解水制氢：
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH1＝＋571.6 kJ/mol ②焦炭与水反应制氢：
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＝＋131.3 kJ/mol ③甲烷与水反应制氢：
CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH3＝＋206.1 kJ/mol A．由反应①知H2的燃烧热为571.6 kJ/mol B．反应②中生成物的总能量高于反应物的总能量 C．反应③若改用新催化剂，ΔH3不变化
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝＋74.8 kJ/mol
解析：选A。A.在一定条件下，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量是燃烧热，由反应①知H2的燃烧热为285.8 kJ/mol，A错误；B.反应②的焓变大于0，说明该反应为吸热反应，生成物的总能量高于反应物的总能量，B正确；C.反应③使用催化剂，可以加快反应速率，但是催化剂不影响反应热，所以改用新催化剂后ΔH3不变，C正确；D.根据盖斯定律，③－②可得：反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝(＋206.1 kJ/mol)－(＋131.3 kJ/mol)＝＋74.8 kJ/mol，D正确。
6．(2018·保定第一次模拟)下列对于太阳能、生物质能和氢能利用的说法不正确的是( ) 小学+初中+高中
＋
－
小学+初中+高中
A．芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热，晚上重新结晶放热，实现了太阳能转化为化学能继而转化为热能
B．将植物的秸秆、杂草和人畜粪便等加入沼气发酵池中，在富氧条件下，经过缓慢、复杂的氧化反应最终生成沼气，从而有效利用生物质能
C．在工农业生产、日常生活中需要大量应用氢能源，但需要解决氢气的廉价制备、氢气的储存和运输等问题
D．垃圾处理厂把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能，减轻了垃圾给城市造成的压力，改善了城市环境
解析：选B。A.芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热，实现了太阳能转化为化学能，晚上重新结晶放热，实现了化学能转化为热能，选项A正确；B.沼气是各种有机物质在隔绝空气(还原条件)，并在适宜的温度、pH下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃性气体，而不是富氧条件下，选项B错误；C.在工农业生产、日常生活中需要大量应用氢能源，但需要解决氢气的廉价制备、氢气的储存和运输等问题，选项C正确；D.垃圾处理厂把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能，减轻了垃圾给城市造成的压力，改善了城市环境，选项D正确。
7．(2018·广东粤西四校联考)已知： 2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g) ΔH1 Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g) ΔH2
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g) ΔH3 则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( ) A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
解析：选A。①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g) ΔH1；②Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g) ΔH2；③2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g) ΔH3。由盖斯定律可知，③＝①＋2×②，ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2，故本题选A。
8．根据以下三个热化学方程式： ①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)
ΔH1＝－Q1 kJ/mol
②2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l)
ΔH2＝－Q2 kJ/mol
③2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(g)
ΔH3＝－Q3 kJ/mol
判断Q1、Q2、Q3三者关系正确的是( ) A．Q1>Q2>Q3 小学+初中+高中
B．Q1>Q3>Q2
小学+初中+高中
C．Q3>Q2>Q1
D．Q2>Q1>Q3
①－②11
解析：选A。由得S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝(ΔH1－ΔH2)<0，所以(－Q1＋
222
Q2)<0，即Q1>Q2。由②－③11
得H2O(g)===H2O(l) ΔH＝(ΔH2－ΔH3)<0，所以(－Q2＋Q3)<0，222
即Q2>Q3。故Q1>Q2>Q3。
9．(2018·金华十校期末)常温下，0.01 mol·L MOH溶液的pH为10。已知：2MOH(aq)＋H2SO4(aq)===M2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH1＝－24.2 kJ·mol；H(aq)＋OH(aq)===H2O(l) ΔH2＝－57.3 kJ·mol。则MOH在水溶液中电离的ΔH为( )
A．＋33.1 kJ·mol C．－81.5 kJ·mol
－1－1－1
－1
＋
－
－1
B．＋45.2 kJ·mol D．－33.1 kJ·mol
－1
－1
解析：选B。根据题中0.01 mol/L MOH溶液的pH＝10，知MOH为弱碱，MOH溶液与硫酸的中和反应可以看作两个过程：MOH(aq)
M(aq)＋OH(aq) ΔH、H(aq)＋OH
＋
－
＋
－
1
(aq)===H2O(l) ΔH2，根据盖斯定律知ΔH1＝2(ΔH＋ΔH2)，则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－24.2
21－1－1－1
kJ·mol)×－(－57.3 kJ·mol)＝＋45.2 kJ·mol，B项正确。
2
二、非选择题
10．请参考题中图表，根据要求回答问题：
(1)图Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下：
①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋49.0 kJ·mol
1
②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
2
ΔH＝－192.9 kJ·mol
又知③H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol，则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方
小学+初中+高中
程
式
为
－1
－1－1
小学+初中+高中
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)如表所示是部分化学键的键能参数： 化学键 键能/kJ·mol －1P—P P—O O===O P===O a －1b c x 已知白磷的燃烧热为d kJ·mol，白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示，则表中x＝________ kJ·mol(用含a、b、c、d的代数式表示)。
解析：(1)观察图像，E1应为反应的活化能，加入催化剂反应的活化能降低，但是ΔH不变。
(2)观察方程式，利用盖斯定律，将所给热化学方程式作如下运算：②×3－①×2＋③×2，即可求出甲醇蒸气燃烧的热化学方程式。
点燃
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4＋5O2=====P4O10，结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构，根据“反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式：6a＋5c1
－(4x＋12b)＝－d，据此可得x＝(d＋6a＋5c－12b)。
4
答案：(1)减小 不变
3
(2)CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
2
ΔH＝－764.7 kJ·mol
1
(3)(d＋6a＋5c－12b) 4
11．(2018·石家庄一模)能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料，而氢气、二甲醚等都是很有发展前景的新能源。
(1)在25 ℃、101 kPa时，1 g CH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是55.64 kJ，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式是____________________________________________。
(2)液化石油气的主要成分是丙烷，丙烷燃烧的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 220.0 kJ·mol，已知CO气体燃烧的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－565.14 kJ·mol，试计算相同物质的量的C3H8(g)和CO(g)完全燃烧产生的热量的比值________(保留小数点后一位)。
(3)氢气既能与氮气反应又能与氧气反应，但是反应的条件却不相同。 已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)
ΔH＝－483.6 kJ·mol
3H2(g)＋N2(g)
2NH3(g)
－1－1－1－1
－1
小学+初中+高中
小学+初中+高中
ΔH＝－92.4 kJ·mol
－1
计算断裂1 mol N≡N键需要吸收能量________kJ。
(4)由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
①CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)
ΔH1＝－90.1 kJ·mol
②CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH2＝－49.0 kJ·mol
水煤气变换反应：
③CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
ΔH3＝－41.1 kJ·mol
二甲醚合成反应：
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)
ΔH4＝－24.5 kJ·mol
由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为________________。 根据化学反应原理，分析增大压强对直接制备二甲醚反应的影响：_______________。 解析：(1)燃烧热是指1 mol可燃物完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量。(2)2 565.14－1－1
220.0 kJ·mol÷ kJ·mol≈7.9。(3)在反应3H2(g)＋N2(g)
2
2NH3(g)中，断裂
－1－1－1－1
1 mol N≡N键和3 mol H—H键，形成6 mol N—H键，则6E(N—H)－E(N≡N)－3E(H—H)＝92.4 kJ·mol，则 E(N≡N)＝1 173.2 kJ·mol×2－436 kJ·mol×3－92.4 kJ·mol
－1
－1
－1
－1
＝946 kJ·mol。(4)根据盖斯定律，①×2＋④得：2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)
－1
－1
－1
－1
ΔH＝－90.1 kJ·mol×2－24.5 kJ·mol＝－204.7 kJ·mol。该反应为气体分子数减少的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于提高反应速率和促进二甲醚的生成。
答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.24 kJ·mol (2)7.9 (3)946
(4)2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－204.7 kJ·mol 该反应气体分子数减少，增大压强，平衡正向移动，CO和H2的转化率增大，CH3OCH3产率增加；增大压强，小学+初中+高中
－1
－1
小学+初中+高中
CO和H2浓度增加，反应速率增大
12．(1)CO、CH4均为常见的可燃性气体。已知在101 kPa时，CO的燃烧热为283 kJ·mol
－1
。相同条件下，若2 mol CH4完全燃烧生成液态水，所放出的热量为1 mol CO完全燃烧放
出热量的6.30倍，CH4完全燃烧反应的热化学方程式是_________________________。
(2)已知下列反应的热化学方程式：
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为____________ (用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示)。
(3)已知一定温度和压强下，合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)
－1
2NH3(g) ΔH＝－92.0
kJ·mol，将1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中，保持恒温恒压下，在催化剂存在时进行反应，达到平衡时，测得N2的转化率为20%。若在相同条件下，起始时在该容器中充入2 mol NH3，反应达到平衡时的热量变化是________(填“吸收”或“放出”)________kJ热量。
解析：(1)由题意可知，1 mol CO完全燃烧放出热量283 kJ，则1 mol CH4完全燃烧生1
成液态水，所放出的热量＝×6.30×283 kJ＝891.45 kJ，则CH4完全燃烧的热化学方程式
2为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－891.45 kJ·mol。(2)根据盖斯定律，将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，由12×③＋5×②－2×①即得所给热化学方程式，则ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。(3)由题意可知，2 mol NH3完全分解吸收的热量为92.0 kJ。恒温恒压下，合成氨反应中N2的转化率为20%，则相同条件下氨的分解反应中，氨的分解率为80%，即该氨的分解反应中吸收的热量＝92.0 kJ×80%＝73.6 kJ。
答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－891.45 kJ·mol
(2)12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1 (3)吸收 73.6
－1
－1
小学+初中+高中
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