高中化学-21-化学能与热能同步精练精析-新人教版必修2.doc

2.1 化学能与热能
【典例导悟】
【典例1】下列变化中属于吸热反应的是_______。
①液态水汽化　　②将胆矾加热变为白色粉末　　③苛性钠固体溶于水　　④氯酸钾分解制氧气　　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　　⑥干冰升华【规范解答】吸热过程或放热过程与吸热反应或放热反应不同：
①水汽化是物理变化，不属于吸热反应。
②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。
⑤是放热反应，③⑥均为物理变化。
答案：②④
【变式训练】1.把下列物质分别加入装有 水的锥形瓶里,立即塞紧带U形管的塞子,已
知U形管内预先装有少量水(为使水容易观 察,预先染成红色)，如图所示,结果U形管
左边液面升高,则加入的物质可能是(　)
A.NaOH固体　　　　B.浓H2SO4
C.NH4+NO3晶体　　　 D.Na2O2固体
【解析】选C。U形管左侧液面升高，原因只能是锥形瓶内空气压强减小，造成压强减小的因素只能是温度降低。NaOH固体溶于水、浓H2SO4稀释均温度升高，NH4+NO3晶体溶于水温度降低，Na2O2和水反应放热且有气体生成。
2.(2010·宣城高一检测)已知反应X+Y====M+N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是(　)
A.X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的
B.因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行
C.破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量
D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
【解析】选D。吸热反应中，反应物的总能量小于生成物的总能量，但不一定X的能量小于M或Y的能量小于N，故A错D对；若从化合价角度分析，吸热反应中旧键断裂时吸收能量多，新键形成时放出能量小，故C错；吸热反应不一定需要加热，B错。
【典例2】下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量：

根据上述数据回答下列问题：
（1）下列物质本身具有的能量最低的是________。
A.H2　　B.Cl2　　C.Br2　　D.I2
（2）下列氢化物中最稳定的是________ 。
A.HCl　　B.HBr　　C.HI
（3）X2+H2====2HX（X代表Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？ ________ 。
（4）相同条件下，X2（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________ 。
【思路点拨】解决此题的关键有以下两点：
（1）键能越大，物质越稳定。
（2）化学键变化所吸收或放出的能量即为反应热。
【自主解答】（1）、（2）破坏1 mol物质中的化学键所 消耗的能量越大，则物质越稳定，所具有的能量越低。 （3）、（4）以氯元素为例计算断开1 mol Cl—Cl键和 H—H键需吸收能量：243 kJ+436 kJ=679 kJ，而形成 2 mol HCl放出的能量为2×432 kJ=864 kJ，所以在 Cl2+H2====2HCl反应中放出864 kJ-679 kJ=185 kJ的热 量，同理可计算在Br2+H2====2HBr、I2+H2I反应中
分别放出103 kJ、9 kJ的热量。
答案：（1）A　　（2）A　　（3）放热反应　　（4）Cl2
【互动探究】2HX====X2+H2(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？
提示：吸热反应。因为X2+H2====2HX是放热反应，说明
1 mol X2和1 mol H2的总能量大于2 mol HX的总能量，所以2HX====X2+H2是吸热反应。
【典例3】把温度为13 ℃、浓度为1.0 mol·L-1的酸溶液和1.1 mol·L-1的碱溶液各50 mL混合［溶液密度均为
1 g/mL，所生成溶液的比热容c=4.184 J/(g·℃)］，轻轻搅动。测得酸碱混合液的温度变化数据如下：

（1）试计算上述两组实验测出的中和热：
ΔH1= ________；ΔH2= ________ 。
（2）实验中碱液过量的目的是________ 。
（3）两组实验结果有差异的原因是________ 。
【思路点拨】解答本题时要注意以下三点：（1）根据实验数据，计算生成1 mol水放出的热量。
（2）根据NaOH和NH3·H2O的性质分析碱过量的原因。
（3）根据强弱电解质的电离分析二者差异。
【自主解答】（1）根据给出的酸和碱的物质的量，酸为0.050 mol,碱为0.055 mol,碱是过量的，应以酸计算，算出生成0.050 mol水放出的热量，进而得出生成1 mol水放出的热量，即可得出两组实验测出的中和热数值。

(2)碱液过量是为了提高实验准确度，因NaOH溶液易吸收CO2，而使NaOH浓度下降；NH3·H2O易挥发，也使NH3·H2O浓度下降。
（3）NaOH是强碱，在水溶液中完全电离，跟HCl中和时放热较多，NH3·H2O是弱碱，只有小部分电离，继续发生电离时要吸热，中和时放热较少。答案：（1）-56.9 kJ·mol-1　　　-52.7 kJ·mol-1
(2)提高实验的准确度（3）NaOH是强电解质，NH3·H2O是弱电解质，继续电离时吸收热量
【变式训练】已知强酸与强碱在稀溶液里发生中和反应生成1mol H2O 时放出57.3kJ热量，用500mL 0.6 mol·L-1的稀硫酸跟含1mol NaOH的溶液反应，放出的热量是（ ）
A.68.76 Kj　　　B.57.3 kJ
C.34.38 kJ　　　D.17.19 kJ
【解析】选C。先根据化学方程式求出生成H2O的物质的
量，再根据中和热去求上述反应所放出的热量。
NaOH（aq）+　H2SO4（aq）====　Na2SO4（aq）+H2O（l）；
放出57.3 kJ的热量。
生成的水为n（H2O）=500 mL×10-3 L·mL-1×
0.6 mol·L-1×2=0.6 mol，中和反应所产生的热量为：
0.6 mol×57.3 kJ·mol-1=34.38 kJ。
【学业达标训练】
1.下列对化学反应的认识错误的是（ ）
A.会引起化学键的变化
B.会产生新的物质
C.必然引起物质状态的变化
D.必然伴随着能量的变化
【解析】选C。化学反应的实质为旧化学键的断裂和新化学键的生成，在化学键变化过程中一定会伴随能量的变化和物质的变化，故只有C项错误。
2.已知反应X+Y====M+N为放热反应，对该反应的说法正确的是（　）
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D.因为该反应为放热反应，故不必加热就可发生
【解析】选C。从物质储存的能量来分析，各种物质都储存有化学能，不同的物质所包含的化学能各不相同。一个确定的化学反应的热效应，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。在化学反应中，“能量的变化”与反应发生的“需要条件”没有必然的联系。有些放热反应在常温下就可进行，如白磷的缓慢氧化、自燃和酸碱中和反应等。有些放热反应却需要较高温度才能发生，如铁丝在氧气中燃烧、铁粉和硫粉的反应等。
3.（2010·温州高一检测）下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是（　）
A.铝片与稀H2SO4的反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4+Cl的反应
C.灼热的炭与CO2的反应D.甲烷在O2中的燃烧反应
高温
【解析】选C。解答本题，需要了解常见化学反应的能量变化。B项和C项涉及的反应是吸热反应，但B项的化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4+Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O,是非氧化还原反应，C项的化学方程式为C+CO2====2CO,是氧化还原反应。
4.据报道，某国一集团拟在太空建造巨大的集光装置，把太阳光变成激光用于分解海水制氢：
2H2O====2H2↑+O2↑。下列说法不正确的是（ ）
A.水的分解反应是放热反应
B.氢气是二级能源
C.使用氢气作燃料有助于控制温室效应D.在这一反应中，光能转化为化学能
【解析】选A。H2O分解需吸收能量，属于吸热反应，且该过程中由光能转化为化学能，故A错，D正确；氢气是二级能源，产物只有水，不会产生CO2，利于控制温室效应，故B、C正确。
5.化学反应A2+B2====2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（　）

A.该反应是吸热反应
B.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ能量
C.断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量
D.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
【解析】选C。从能量变化图上可以看出，反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D错；断键时要吸收能量，B错，C正确。
6.下列说法不正确的是（ ）
A.当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学反应产生的
B.目前，全球仍处于化石能源时代
C.人体生命活动所需要的能量，是由氧化还原反应提供的
D.凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类
【解析】选D。尽管随着社会的发展，人类已开发利用了多种能源，但是当今人类社会的主要能源仍是煤、石油、天然气等化石能源，而这些物质所储存的能量的释放，均是通过化学反应实现的。人体内有机物所含能量的释放是有机物被氧化成简单无机物的过程，至于化学反应放出的能量，可以造福人类，也可以给人类带来灾难，比如火灾。7.(2010·合肥高一检测)在相同温度和压强下，将等质量的硫分别在足量的纯氧气和空气中燃烧，设前者放出的能量为Q1，后者放出的能量为Q2，则下列对Q1和Q2的相对大小的判断正确的是(　)
A.Q1=Q2　　　 　B.Q1＞Q2
C.Q1＜Q2　　　　D.无法判断
【解析】选A。硫在氧气中燃烧比在空气中燃烧得更快、更剧烈，但等质量的硫燃烧（不管是在空气中，还是在氧气中），放出的能量（在相同条件下）是一定的。
8.已知H+ +OH- ====H2O生成1 mol H2O放出热量57.3 kJ，下列反应中能放出57.3 kJ热量的是(　)
A.1 mol稀H2SO4与足量NaOH溶液反应
B.稀盐酸与氨水反应生成1 mol H2O
C.稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应生成1 mol水
D.稀NaOH与95%浓硫酸反应生成1 mol水
【解析】选C。A放出热量应为2 mol×57.3 kJ/mol；B放出热量（即中和热）应略小于57.3 kJ，因弱酸、弱碱在水中电离要吸收一部分热量，故多数强酸与弱碱，弱酸与强碱的中和反应热值小于57.3 kJ。酸与碱的浓度不能太大，否则中和热数值会偏大，故D错。
9.在一只小烧杯里，加入20 g Ba(OH)2·8H2O粉末，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片上，然后加入10 g NH4+Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌。
（1）实验中玻璃棒的作用是_______。
（2）写出有关反应的化学方程式： _______ ，
该反应属_______反应（填基本反应类型）。
（3）实验中观察到的现象有_______ 、 _______且反应混合物成糊状，反应混合物呈糊状的原因是_______ 。（4）通过_______现象，说明该反应为_______热反应，这是由于反应物的总能量_______生成物的总能量。
【解析】（1）由于Ba(OH)2·8H2O粉末及NH4+Cl晶体均为固体，故利用玻璃棒迅速搅拌使两者充分混合；
（2）Ba(OH)2·8H2O与NH4+Cl反应的化学方程式为：Ba(OH)2·8H2O+2NH4+Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O，此反应为复分解反应。
（3）由于Ba(OH)2·8H2O与NH4+Cl的反应为吸热反应，玻璃片温度降低，使玻璃片上的水结冰与烧杯黏结。同时两者发生反应生成NH3和H2O，故有刺激性气味，而混合物也在玻璃棒的搅拌和水作用下呈糊状。
（4）玻璃片上的水结冰说明此反应为吸热反应，即反应物的总能量要小于生成物的总能量。
答案:（1）搅拌使混合物充分接触并发生反应
（2）Ba(OH)2·8H2O+2NH4+Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O　　
复分解　　（3）玻璃片上结冰而与小烧杯黏结在一起、有刺激性气味　　反应发生时有水生成　　（4）结冰（黏结）　　吸　　小于
10.通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热（ΔH），化学反应的反应热等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

请回答下列问题：
（1）已知Si、SiC、SiO2熔化时必须断裂所含化学键，
比较下列两组物质的熔点高低（填“>”或“<”）：
SiC_____Si，Si _____ SiO2
高温
（2）工业上高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g)+2H2(g)====Si(s)+4HCl(g)，
则2 mol H2生成高纯硅需_____ （填“吸收”或“放出”）能量_____ kJ。
【解析】（1）物质熔化时需断键，断键需吸收能量，而键能越大的物质，断键所吸收能量越大，熔点越高。
（2）2 mol H2反应，需1 mol SiCl4，则断裂
4 mol Si—Cl键和2 mol H—H键，同时生成1 mol Si和
4 mol HCl，则形成2 mol Si—Si键和4 mol H—Cl键。
所以吸收能量为360 kJ/mol×4 mol+436 kJ/mol×2 mol=
2 312 kJ，而放出能量为176 kJ/mol×2 mol+
431 kJ/mol×4 mol=2 076 kJ,则整个过程能量变化为
2 312 kJ-2 076 kJ=+236 kJ。
答案：(1)>　　<　　(2)吸收　　236
【素能综合检测】
一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分）
1.已知反应Na2SO4·10H2O Na2SO4·nH2O+(10-n)H2O。 有人将装有芒硝（Na2SO4·10H2O）的密闭聚乙烯管安装在房屋的外墙内就能达到白天蓄热使室内保持低温度，晚上把白天所蓄热量放出，使室内保持温暖。以下说法不正确的是（　）
A.白天将太阳能转化为化学能
B.白天将化学能转化为太阳能
C.晚上将化学能转化为热能
D.晚上发生的是放热反应
【解析】选B。白天吸收太阳能使Na2SO4·10H2O分解，即太阳能转化为化学能，晚上，Na2SO4·nH2O与（10-n）H2O作用形成Na2SO4·10H2O放出热量，即化学能转化为热能。
2.(2010·邯郸高一检测)研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断以下叙述中错误的是（　）
A.金属钠与氯气反应生成氯化钠后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低
B.物质燃烧可看成“储存”在物质内部的能量（化学能）转化为热能释放出来
C.氮分子内部存在着很强的共价键，故通常状况下氮气的化学性质很活泼
D.需加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应
【解析】选C。N2内部存在N≡N三键，分子很稳定，化学性质不活泼3.下列中和反应中放出热量最多的是(　)
A.100 mL 0.3 mol/L的HCl和50 mL 0.3 mol/L的NaOH相混合
B.80 mL 0.3 mol/L的HCl和80 mL 0.3 mol/L的NaOH溶液相混合
C.80 mL 0.3 mol/L的H2SO4和80 mL 0.3 mol/L的NaOH溶液相混合
D.50 mL 0.3 mol/L的H2SO4和50 mL 0.6 mol/L的NaOH溶液相混合
△
【解析】选D。四个选项中发生的离子反应都是H+ +OH- ====H2O,产生H2O的物质的量分别为0.015 mol、0.024 mol、0.024 mol、0.030 mol，即D项产生H2O的量最多，所以放出热量最多。
4.(2010·保定高一检测)下列图中能正确表示 X+3Y====2Z(放热反应)过程的能量变化的是（ ）

【解析】选B。反应放出能量，会导致生成物的总能量低于反应物的总能量，且反应需加热才能进行，故只有B项正确。
5.（思维拓展题）已知25 ℃、101 kPa下，1 mol石墨完全燃烧生成CO2放出393.51 kJ热量、1 mol金刚石完全燃烧生成CO2放出395.41 kJ热量。据此判断，下列说法正确的是（　）
A.由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低
B.由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高
C.由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低
D.由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高
【解析】选A。25 ℃、101 kPa下，1 mol石墨完全燃烧生成CO2放出的热量比1 mol金刚石完全燃烧生成CO2放出的热量少395.41 kJ-393.51 kJ=1.9 kJ。也就是说，石墨的能量比金刚石的低，由石墨制备金刚石必须从外界吸收能量，是吸热反应。
二、非选择题（本题包括2小题，共30分）
6.（14分）(2009·南阳高一检测)断开1 mol H—H键，
1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ，求：
（1）1 mol N2生成NH3需_____ （填“吸收”或“放出”）能量_____ kJ。
（2）1 mol H2生成NH3需_____ （填“吸收”或“放出”）能量_____ kJ。
【解析】本题可从断键吸收的能量数值与成键放出的能量数值的相对大小来判断，若E（断键）＞E（生成），则为吸热反应；E（断键）＜E（生成）则为放热反应。
（1）N2+3H2　　 2NH3，生成2 mol NH3形成6 mol N—H键
时要放出6 mol×391 kJ/mol=2 346 kJ的能量，拆开
1 mol N≡N键和3 mol H—H键时吸收的总能量为946 kJ+
3 mol×436 kJ/mol=2 254 kJ，整个过程中的能量变化为放出能量，为2 346 kJ-2 254 kJ=92 kJ。

［实验·探究］
7.（16分）如图所示:在800 mL的大烧杯中放入碎纸屑，把盛有50 mL 0.50 mol·L-1盐酸的200 mL烧杯放到大烧杯中，两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖，通过盖子插入一根玻璃搅拌器（末端呈半圆环的玻璃棒）和一只温度计，测定溶液的温度。迅速往盐酸溶液中加入50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液，盖好，搅拌溶液，观察温度的变化。当温度保持稳定时，记录读数，取出装反应液的烧杯，倒出溶液，清洗干净，保持内外杯壁干燥。重复进行三次实验。用这一实验可以粗略测定中和热。

（1）烧杯间填满碎纸屑的作用是_____ 。
（2）要重复进行三次实验的目的是_____ 。
（3）烧杯如不盖硬纸板，求得的中和热数值将_____ （填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。
（4）实验中若改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1烧碱溶液进行上述反应，与上述实验相比，所放出的热量_____ （填“相等”或“不相等”），所求中和热_____ （填“相等”或“不相等”），理由是_____（5）三次平行操作测得数据中，起始时盐酸与烧碱溶液温度相同，而终止温度与起始温度之差（t2-t1）分别为
①2.3 ℃　②2.4 ℃　③2.9 ℃，则最终代入计算式的温度差的平均值为_____ ℃。
【解析】测定中和热的实验是一个定量实验，分析实验装置和操作时要注意两个方面：一是“量”的问题，二是尽量减少实验误差。
答案：（1）保温、隔热、减少实验过程中放出热量的损失
（2）减少实验过程中的误差　　（3）偏小　　（4）不相等　相等　因为60 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL
0.55 mol·L-1烧碱反应能生成0.027 5 mol H2O，而50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1烧碱反应只能生成0.025 mol H2O，因此所放出热量不同。但中和热是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所放出的热量，与酸、碱的用量无关，因此所求中和热相等　（5）2.53