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第七章　化学反应与能量转化
第34讲　化学反应的热效应
1.了解反应热、焓变的概念,知道常见的吸热反应和放热反应。2.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。3.了解燃烧热的含义和中和反应反应热的测定原理。
考点一　焓变　热化学方程式
1.反应热与焓变
(1)反应热
(2)焓和焓变
2.吸热反应与放热反应
(1)从化学键角度理解
E1代表反应物断键吸收的能量,E2代表形成化学键时释放的能量,ΔH=E1-E2。
(2)从反应过程能量图理解
项目 放热反应(ΔH<0) 吸热反应(ΔH>0)
图示
说明 ΔH为该反应过程的反应热, ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)
(1)下列变化中,属于吸热反应的是②⑥⑦⑨⑩(填序号)。
①可燃物的燃烧　②大多数的分解反应　③大多数的化合反应　④金属与酸的置换反应　⑤中和反应　⑥大多数的盐类水解　⑦C和H2O(g)、C和CO2的反应　⑧铝热反应　⑨Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　⑩碳酸氢钠与盐酸的反应
(2)“放热反应不需要加热就能发生,吸热反应不加热就不能发生”。这种说法对吗 请简述原因。
不对,有的放热反应需要加热甚至高温才能发生,如木炭燃烧、铝热反应等;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl、NaHCO3和盐酸的反应等。
3.热化学方程式
(1)意义
表明了化学反应中的物质变化和能量变化。例如,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示在25 ℃和101 kPa下,2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol液态水时放出的热量为571.6 kJ。
(2)书写
判断正误。
(1)2NO2===O2+2NO　ΔH=+116.2 kJ·mol-1。(　×　)
(2)CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ。(　×　)
(3)1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气,放出642 kJ的热量:N2H4(l)+O2(g) ===N2(g)+2H2O(g)　ΔH=+642 kJ·mol-1。(　×　)
(4)在一定温度和压强下,1 mol SO2、0.5 mol O2混合反应后,放出热量a kJ,则气态SO2转化为气态SO3的热化学方程式为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1。(　×　)
一、焓变及其相关计算
1.某反应2A===3B,它的反应能量变化曲线如图所示,下列有关叙述正确的是(　D　)
A.该反应为吸热反应
B.A比B更稳定
C.加入催化剂会改变反应的焓变
D.整个反应的ΔH=E1-E2
解析:由图像可知该反应是放热反应,A错误;B能量比A的低,故B更稳定,B错误;催化剂能改变反应途径和活化能大小,但不能改变焓变,C错误;整个反应先吸收E1的能量,再放出E2的能量,所以ΔH=E1-E2,D正确。
2.(2026·安徽六安联考)已知键能数据如下表:
共价键 C—H H—H C==O CO
键能/(kJ·mol-1) 414 436 799 1 076
根据键能估算,反应CH4+CO2===2CO+2H2的ΔH为(　A　)
A.+230 kJ/mol B.-299 kJ/mol
C.+569 kJ/mol D.-1 811 kJ/mol
解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(414×4+799×2-1 076×2-436×2) kJ/mol=+230 kJ/mol。
3.(1)已知:CO(g)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-283 kJ·mol-1。25 ℃、101 kPa时,气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知O==O、CO的键焓分别为495 kJ·mol-1、799 kJ·mol-1,CO2(g)分子中碳氧键的键焓为664.75 kJ·mol-1。
(2)根据下图中的能量关系,可求得C—H的键能为414 kJ·mol-1。
解析:(2)C(s)===C(g)　ΔH1=+717 kJ·mol-1,2H2(g)===4H(g)　ΔH2=+864 kJ·mol-1,C(s)+2H2(g)===CH4(g)　ΔH3=-75 kJ·mo。根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJ·mol-1=(+717 kJ·mol-1)+(+864 kJ·mol-1)-4E(C—H),解得E(C—H)=414 kJ·mol-1。
熟记常见1 mol物质中的化学键数目
1 mol 物质 CO2 (C==O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O)
化学键 数目 2NA 4NA 6NA 4NA
1 mol 物质 石墨 (C—C) 金刚石 (C—C) S8 (S—S) Si (Si—Si)
化学键 数目 1.5NA 2NA 8NA 2NA
二、热化学方程式的书写
4.(1)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-(a-b) kJ·mol-1。从能量角度分析,铁触媒的作用是降低反应的活化能。
(2)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式为NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)　ΔH=-216 kJ·mol-1。
(3)已知:葡萄糖[C6H12O6(s)]的燃烧热为2 804 kJ·mol-1,写出25 ℃、101 kPa时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式:6CO2(g)+6H2O(l)===C6H12O6(s)+6O2(g)　ΔH=+2 804 kJ·mol-1。
(4)已知:298 K时,相关物质的相对能量如下图所示。则H2的燃烧热ΔH为-286 kJ·mol-1,CO燃烧的热化学方程式为2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1。
考点二　中和反应反应热的测定　燃烧热和能源
1.中和反应反应热
(1)含义
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量。
(2)测定
某化学实验小组用简易量热计(装置如图),采用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液反应,测量中和反应的反应热。
Ⅰ.用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入量热计内筒中,测出盐酸的温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
Ⅱ.用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
Ⅲ.将NaOH溶液倒入量热计内筒中,使之混合均匀,测得混合液最高温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
重复上述步骤,记录数据。回答下列问题:
①NaOH溶液与盐酸混合均匀的正确操作是d(填字母)。
a.把NaOH溶液分多次倒入量热计内筒中与盐酸反应
b.用温度计小心搅拌
c.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
d.用套在温度计上的玻璃搅拌器上下轻轻地搅拌
e.实验时可用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器
②NaOH溶液稍过量的原因:确保盐酸被完全中和。
③稀盐酸和氢氧化钠溶液的密度都视为1 g·cm-3,溶液的比热容c=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1。某学生实验记录数据如下:
实验 序号 起始温度t1/℃ 最高温度t2/℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
计算生成1 mol水的反应热。
ΔH=-=-51.8 kJ·mol-1(保留小数点后一位)。
(1)在中和反应反应热的测定实验中,使用弱酸或弱碱会使测得的中和反应反应热数值偏低(填“偏高”“不变”或“偏低”),其原因是弱酸或弱碱在溶液中部分电离,在反应过程中,弱酸或弱碱会继续电离,而电离是吸热的过程。
(2)有两组实验:ⅰ.50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,ⅱ.60 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液。实验ⅰ、ⅱ反应放出的热量不相等(填“相等”或“不相等”,下同),测得的中和反应反应热相等,原因是中和反应反应热是以生成1 mol液态水为标准的,与反应物的用量无关。
2.燃烧热
(1)概念:在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,单位是kJ/mol。
(2)对“完全燃烧”的理解
燃烧元素 C H S N
指定产物 及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
3.能源及利用
1.(2026·福建泉州模拟)长征系列运载火箭使用的燃料有液氢、液态肼(N2H4)、煤油等化学品。肼的燃烧热为624 kJ·mol-1,下列有关说法错误的是(　D　)
A.煤油是不可再生资源
B.火星车使用的太阳能电池板将太阳能转化为电能
C.运载火箭燃料使用的液氢燃烧的产物不污染环境,有利于实现“碳中和”
D.表示肼燃烧热的热化学方程式:N2H4(l)+NO2(g)===1.5N2(g)+H2O(l)　ΔH=-624 kJ·mol-1
解析:燃烧热指的是1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,故D错误。
2.测定中和反应的反应热的装置如图所示,下列有关该实验的说法不正确的是(　C　)
A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸
B.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,碎泡沫塑料起保温作用
C.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的中和热不相同
D.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度
解析:浓硫酸稀释会放热,测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸,故A正确;为了使反应物混合均匀、充分反应,可使用玻璃搅拌器上下搅拌,为了减少热量散失,可使用碎泡沫塑料,保温隔热,故B正确;NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的实质都是氢离子与氢氧根离子的反应,相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的中和热相同,故C错误;测中和热,要测量反应前后的温度差,反应前的温度为反应前酸碱溶液温度的平均值,反应后的温度为溶液达到的最高温度,所以实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,故D正确。
3.某化学兴趣小组利用如图所示的仪器来进行中和热测定实验。
实验原理:K=IUt/ΔT(K的物理意义是热量计升高1 K时所需的热量),ΔH=-KΔT/n(n为生成水的物质的量)。
实验步骤:
Ⅰ.热量计总热容常数K的测定:反应瓶中放入500.00 mL蒸馏水打开磁力搅拌器,搅拌。开启精密直流稳压电流,调节输出电压(电压为5 V)和电流,采集数据,并求出K=2 184.6 J·K-1。
Ⅱ.中和热的测定:
①将反应瓶中的水倒掉,用干布擦干,重新量取V mL蒸馏水注入其中,然后加入50.00 mL 1.0 mol·L-1 HCl溶液,再取50.00 mL 1.1 mol·L-1 NaOH溶液注入储液管中。
②打开磁力搅拌器,搅拌。每分钟记录一次温差,记录到一分钟时,将玻璃棒提起,使储液管中碱与酸混合反应。继续每分钟记录一次温差,测定10分钟。采集数据(如图所示)。
(1)K的测定步骤中,量取500.00 mL蒸馏水的玻璃仪器可用500 mL容量瓶(合理即可)(填名称)。
(2)中和热测定步骤中,V=400.00;利用图中数据求得的中和热ΔH=-56.8 kJ·mol-1(保留1位小数)。
(3)若用50.00 mL 1.0 mol·L-1稀硫酸与50.00 mL 1.1 mol·L-1 Ba(OH)2溶液来测定,所测得中和热的值可能偏高(填“偏高”“偏低”或“无影响”),其原因是生成硫酸钡会释放热量。
解析:(1)K的测定步骤中,量取500.00 mL蒸馏水的玻璃仪器可用500 mL容量瓶,因为量筒分度值为0.1 mL,不能称取500.00 mL。(2)为减少测量误差,应使Ⅰ、Ⅱ中使用的液体总体积相等,V mL=500.00 mL-50.00 mL-50.00 mL=400.00 mL,中和热测定步骤中,V=400.00;利用图中数据可知起始温度为5.1 K,最后稳定温度为6.4 K,ΔT=6.4 K-5.1 K=1.3 K,n=50.00 mL×10-3 L·mL-1×1.0 mol·L-1=0.05 mol,求得的中和热ΔH=-KΔT/n=≈-56.8 kJ·mol-1。
1.(2025·海南卷)我国发电量及用电规模久居世界第一。以下不属于绿电的是(　A　)
A.火力发电 B.光伏发电
C.水力发电 D.风力发电
2.(2024·全国甲卷)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是(　C　)
A.木材与煤均含有碳元素
B.石油裂化可生产汽油
C.燃料电池将热能转化为电能
D.太阳能光解水可制氢
3.(2024·海南卷)已知298 K,101 kPa时,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,H2的临界温度(能够液化的最高温度)为32.98 K,下列说法错误的是(　D　)
A.氢气燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1
B.题述条件下2 mol H2和1 mol O2,在燃料电池中完全反应,电功+放热量=571.6 kJ
C.氢能利用的关键技术在于安全储存与运输
D.不同电极材料电解水所需电压不同,产生2 g H2(g)消耗的电功相同
解析:氢气燃烧热为101 kPa时,1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,则由热化学方程式可知,氢气燃烧热ΔH=-571.6 kJ·mol-1×=-285.8 kJ·mol-1,故A正确;由题意可知,氢氧燃料电池中化学能转化为热能和电能,由能量守恒定律可知,2 mol H2和1 mol O2在燃料电池中完全反应,电功+放热量=571.6 kJ,故B正确;氢气是易燃易爆的气体,难于安全储存与运输,所以氢能利用的关键技术在于安全储存与运输,故C正确;不同电极材料电解水所需电压不同,说明所需的电流不同,所以产生2 g氢气所需时间不同,消耗的电功不同,故D错误。
4.(2023·海南卷)各相关物质的燃烧热数据如下表。下列热化学方程式正确的是(　D　)
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -1 559.8 -1 411 -285.8
A.C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 411 kJ·mol-1
B.C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)　ΔH=-137 kJ·mol-1
C.H2O(l)===O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
解析:101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。H2O应该为液态,A错误;C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)　ΔH=+137 kJ·mol-1,B错误;氢气的燃烧热ΔH为-285.8 kJ·mol-1,则H2O(l)===O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1,C错误;C2H6(g)+O2(g) ===2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1,D正确。
5.(2025·海南卷)等温等压下,CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0。此反应放出的热用于火力发电,能量转化效率为η。下列说法错误的是(　C　)
A.该反应ΔS<0
B.产物为H2O(g)时,反应放出的热量减少
C.该反应在燃料电池模式下进行,反应焓变为ΔH',ΔH'<ΔH
D.该反应在燃料电池模式下做电功,转化效率为η',η'>η
解析:反应中气体物质的量减少(3 mol→1 mol),且生成液态水,体系混乱度降低,ΔS<0,A正确;液态水变为气态水时吸收能量,因此产物为H2O(g)时,反应放出的热量减少,B正确;焓变(ΔH)是状态函数,与反应途径无关,燃料电池中反应的焓变ΔH'与原反应ΔH相等,C错误;燃料电池直接将化学能转化为电能,能量损失小于火力发电(需经热能→机械能→电能),故η'>η,D正确。
课时作业34(总分:60分)
1.(3分)(2025·河南郑州模拟)我国首创光伏发电-固态储氢技术,解决了“绿电”与“绿氢”灵活转换的难题。下列说法不正确的是(　A　)
A.该技术直接将光能转化成化学能储存起来
B.规模化使用氢能有助于实现“碳达峰”
C.“绿电”电解水制氢成本比煤炭等化石燃料制氢成本低
D.固态储氢技术使新能源汽车电池加氢更加便捷
2.(3分)已知2H2(g)+CO(g)===CH3OH(g)为放热反应,下列对该反应的说法正确的是(　C　)
A.因该反应为放热反应,故不加热就可发生
B.相同条件下,2 mol H2(g)的能量或1 mol CO(g)的能量一定高于1 mol CH3OH(g)的能量
C.相同条件下,2 mol H2(g)和1 mol CO(g)的总能量一定高于1 mol CH3OH(g)的总能量
D.达到平衡时,CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等
解析:放热反应与反应条件无关,题述反应可能需要加热才能发生,A错误;由该反应为放热反应可知,相同条件下,2 mol H2(g)与1 mol CO(g)的总能量一定高于1 mol CH3OH(g)的能量,B错误,C正确;平衡时,各物质的浓度是否相等与起始量、转化率有关,D错误。
3.(3分)在一定条件下,气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如下图所示。下列说法正确的是(　C　)
A.HNC比HCN更稳定
B.HCN转化为HNC的反应一定需要加热
C.HNC(g) HCN(g)　ΔH=-59.3 kJ·mol-1
D.加入催化剂,可以减小反应的热效应
解析:物质的能量越低越稳定,根据题图可知,HNC比HCN的能量高,HCN比HNC更稳定,故A错误;HCN转化为HNC是吸热反应,吸热反应的发生不一定需要加热,故B错误;根据题图可知,HNC(g) HCN(g)　ΔH=127.2 kJ·mol-1-186.5 kJ·mol-1=-59.3 kJ·mol-1,故C正确;加入催化剂,能降低反应的活化能,但不改变反应的热效应,故D错误。
4.(3分)(2025·山西长治模拟)用一定浓度的NaOH溶液与稀盐酸进行中和反应反应热的测定实验时,测得生成1 mol液态水时的ΔH>-57.3 kJ·mol-1,产生这种偏差的原因不可能是(　A　)
A.实验用NaOH溶液中溶质的浓度过大
B.实验时搅拌速率慢
C.分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中
D.用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液
解析:NaOH溶液稀释过程释放热量,导致中和热ΔH<-57.3 kJ·mol-1,故A符合题意;实验时搅拌速率慢,导致热量散失,测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故B不符合题意;分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中,导致热量散失,测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故C不符合题意;用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液,氢氧化钠被部分反应,导致测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故D不符合题意。
5.(3分)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
共价键 H—H H—O
键能/(kJ·mol-1) 436 463
热化学方程式 2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH=-482 kJ·mol-1
则2O(g)===O2(g)的ΔH为(　D　)
A.428 kJ·mol-1 B.-428 kJ·mol-1
C.498 kJ·mol-1 D.-498 kJ·mol-1
解析:设O==O的键能为x,则(2×436 kJ·mol-1+x)-2×2×463 kJ·mol-1=-482 kJ·mol-1,x=498 kJ·mol-1,所以2O(g)===O2(g)的ΔH=-498 kJ·mol-1,D正确。
6.(3分)25 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热ΔH为-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH为-5 518 kJ·mol-1。下列热化学方程式书写正确的是(　B　)
A.2H+(aq)+S(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
B.KOH(aq)+H2SO4(aq)===K2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
C.C8H18(l)+O2(g) ===8CO2(g)+9H2O(g)　ΔH=-5 518 kJ·mo
D.2C8H18(g)+25O2(g) ===16CO2(g)+18H2O(l)　ΔH=-5 518 kJ·mol-1
解析:所给热化学方程式中有两个错误,一是中和反应的反应热指反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量,二是当有BaSO4沉淀生成时,反应放出的热量会增加,即该反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ,A项错误;燃烧热指在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,产物中的水应为液态,C项错误;当2 mol辛烷完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时,放出的热量为11 036 kJ,且辛烷应为液态,D项错误。
7.(3分)下列示意图表示正确的是(　D　)
A.甲图表示Fe2O3(s)+3CO(g) ===2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=+26.7 kJ·mol-1反应的能量变化
B.乙图表示碳的燃烧热
C.丙图表示实验的环境温度为20 ℃,将物质的量浓度相等、体积分别为V1 mL、V2 mL的H2SO4、NaOH溶液混合,混合液的最高温度随V(NaOH溶液)的变化(已知V1+V2=60)
D.已知稳定性顺序:B解析:甲图中反应物的总能量高于生成物的总能量,为放热反应,故A错误;乙图体现的是2 mol C(s)与1 mol O2(g)反应转化成2 mol CO(g)的能量变化,而碳的燃烧热是1 mol C(s)全部转化成1 mol CO2(g)放出的热量,故B错误;丙图中V2为20时,温度最高,说明此时酸碱反应完全,又因为实验中始终保持V1+V2=60,则V1=40,由酸碱中和关系式:2NaOH~H2SO4可知,H2SO4和NaOH的浓度不同,故C错误。
8.(3分)已知:在标准压强、298 K下,由最稳定的单质合成1 mol物质B的反应焓变,称为物质B的标准摩尔生成焓,用Δf(单位为kJ·mol-1)表示。部分物质的Δf如图所示。H2(g)、N2(g)、O2(g)的标准摩尔生成焓为0。下列有关判断错误的是(　C　)
A.2 mol NO(g)的键能小于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的总键能
B.合成氨反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1
C.NH3催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=+902 kJ·mol-1
D.NO与NH3反应的热化学方程式为6NO(g)+4NH3(g)===5N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 815 kJ·mol-1
解析:NO(g)的标准摩尔生成焓为+91.3 kJ·mol-1,则①N2(g)+O2(g) ===2NO(g)　ΔH=+182.6 kJ·mol-1,由ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,可知2 mol NO(g)的键能小于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的总键能,A项正确;已知NH3(g)的标准摩尔生成焓为-45.9 kJ·mol-1,则合成氨的热化学方程式为②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1,B项正确;由H2O(g)的标准摩尔生成焓为-241.8 kJ·mol-1可知③H2(g)+O2(g) ===H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1,由2×①-2×②+6×③可得出NH3催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g) ===4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-902 kJ·mol-1,C项错误;由6×③-3×①-2×②可得出NO与NH3反应的热化学方程式为6NO(g)+4NH3(g) ===5N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 815 kJ·mol-1,D项正确。
9.(3分)(2025·安徽亳州模拟)根据已知条件得出的结论正确的是(　C　)
选项 已知条件 结论
A H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq) ===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1 中和反应的反应热ΔH=- kJ·mol-1
B 2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l)　ΔH=-1 172 kJ·mol-1 H2S的摩尔燃烧焓(ΔH)是 -586 kJ·mol-1
C CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-870 kJ·mol-1 2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)　ΔH2=-488 kJ·mol-1 碳和氢气的摩尔燃烧焓(ΔH)之和为 -679 kJ·mol-1
D 500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出的热量为a kJ N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH= -2a kJ·mol-1
解析:H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1,反应中生成了硫酸钡沉淀也会放热,因此中和反应的反应热ΔH≠- kJ·mol-1,故A错误;摩尔燃烧焓是指一摩尔纯物质在标准状况下完全燃烧时的反应焓变,硫化氢燃烧应生成二氧化硫和水,故B错误;将两个热化学方程式相加得到2C(s)+2H2(g)+3O2(g) ===2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1 358 kJ·mol-1,则碳和氢气的摩尔燃烧焓之和为-679 kJ·mol-1,故C正确;500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出的热量为a kJ,由于该反应是可逆反应,因此消耗的氮气物质的量小于0.5 mol,则N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<-2a kJ·mol-1,故D错误。
10.(3分)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/ (kJ·mol-1) 249 218 39 10 0 0 -136 -242
可根据HO(g)+HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1。下列说法不正确的是(　C　)
A.H2的键能为436 kJ·mol-1
B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C.解离氧氧单键所需能量:HOOD.H2O(g)+O(g) ===H2O2(g)　ΔH=-143 kJ·mol-1
解析:根据表格中的数据可知,H2的键能为218 kJ·mol-1×2=436 kJ·mol-1,A正确;由表格中的数据可知O2的键能为249 kJ·mol-1×2=498 kJ·mol-1,由题中信息可知H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1,则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍,B正确;由表格中的数据可知HOO===HO+O,解离其中氧氧单键需要的能量为249 kJ·mol-1+39 kJ·mol-1-10 kJ·mol-1=278 kJ·mol-1,H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1,C错误;由表中的数据可知H2O(g)+O(g)===H2O2(g)的ΔH=-136 kJ·mol-1-(-242 kJ·mol-1)-249 kJ·mol-1=-143 kJ·mol-1,D正确。
11.(14分)长征系列部分火箭采用了肼(N2H4)作燃料,N2H4与NH3有相似的化学性质,回答下列问题:
(1)已知肼分子中所有原子最外层都满足稀有气体原子结构,则肼的结构式为。
(2)下表是常见的键能数据:
化学键 N—H N—N O==O N≡N O—H H—H
键能/ (kJ·mol-1) 386 167 498 946 460 a
已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1,则a为426,肼蒸气在O2(g)中燃烧生成N2(g)与H2O(g)时的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-577 kJ·mol-1。
(3)火箭推进剂通常选择液态的H2O2作氧化剂,混合后会产生大量的气体从而推动火箭升空,试写出该反应的化学方程式:N2H4+2H2O2===N2↑+4H2O↑。
(4)已知每12.8 g的液态肼与足量的液态过氧化氢反应生成气态产物时放出热量256 kJ,已知1 mol液态水转化为水蒸气需要吸收44 kJ的热量,则1 mol的液态肼发生反应生成液态水放出的热量Q=816 kJ。
(5)常见的助燃剂有O2、H2O2、NO2,若消耗等物质的量的肼,消耗物质的量最多的助燃剂为H2O2,实际中火箭选择的助燃剂是NO2,主要考虑的因素可能是高温下稳定,且更容易液化储存。
12.(16分)(2025·山西临汾模拟)化学反应常伴随能量变化,是人类获得能量的重要途径。
(1)一种即热饭盒的结构如图所示,这种饭盒使用起来非常方便,撤去底部隔板几分钟后,饭菜就变热了。
①下层物质可以是由镁粉、铁粉和食盐组成的混合物,则镁粉的作用为Mg为还原剂,与H2O反应放出热量。
②化学能转化为热能在生产或生活中的应用还有燃料燃烧(合理即可)(填一种)。
③某种冷敷袋盛装的物质是硝酸铵,加少量水即可达到冷却效果,该冷敷袋的主要工作原理为吸(填“吸”或“放”)热的物理(填“物理”或“化学”)变化。
(2)借鉴中和反应反应热的测定方法,某同学测定放热反应Zn(s)+CuSO4(aq) ===ZnSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH(忽略温度对焓变的影响,忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量)。近似地认为溶液的密度、比热容与水的相同,已知水的比热容为4.18 kJ/(℃·kg)。实验结果见下表。
序号 反应试剂 体系温度/℃
反应前 反应后
ⅰ 100 mL 0.20 mol/L CuSO4溶液 1.36 g Zn粉 a b
ⅱ 0.65 g Zn粉 a c
则温度:b>(填“>”“<”或“=”)c;ΔH=-41.8(c-a) kJ/mol(用含a、c的代数式表示)。
解析:(1)①下层物质中Mg、Fe和食盐水组成原电池,其中Mg为还原剂,与H2O反应放出热量。②化学能转化为热能在生产或生活中的应用还有燃料燃烧等。③硝酸铵溶于水吸收热量,但是没有新物质生成,属于物理变化。(2)硫酸铜物质的量为0.02 mol,1.36 g Zn物质的量约为0.021 mol,0.65 g Zn物质的量为0.01 mol,根据化学方程式可知,ⅰ反应中Zn稍过量,硫酸铜完全反应,放出热量更多,ⅱ中Zn不足,硫酸铜未反应完,放出热量少,因此b>c。ⅱ实验中体系温度升高(c-a) ℃,则放出热量为100 g×10-3 kg/g×4.18 kJ/(℃·kg)×(c-a) ℃=0.418(c-a) kJ,这是反应掉0.01 mol Zn放出的热量,则反应的ΔH=-41.8(c-a) kJ/mol。(共73张PPT)
第七章　化学反应与能量转化
第34讲　化学反应的热效应
目
录
考点二　中和反应反应热的测定　
燃烧热和能源
课时作业
考点一　焓变　热化学方程式
真题演练 感悟高考
复习目标
1.了解反应热、焓变的概念,知道常见的吸热反应和放热反应。2.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。3.了解燃烧热的含义和中和反应反应热的测定原理。
一
考点一 焓变　热化学方程式
1.反应热与焓变
(1)反应热
(2)焓和焓变
等于
2.吸热反应与放热反应
(1)从化学键角度理解
E1代表反应物断键吸收的能量,E2代表形成化学键时释放的能量,ΔH=E1-E2。
(2)从反应过程能量图理解
项目 放热反应(ΔH<0) 吸热反应(ΔH>0)
图示
说明 ΔH为该反应过程的反应热, ΔH=∑E(生成物)-∑E(反应物)
(1)下列变化中,属于吸热反应的是__________(填序号)。
①可燃物的燃烧　②大多数的分解反应　③大多数的化合反应　④金属与酸的置换反应　⑤中和反应　⑥大多数的盐类水解　⑦C和H2O(g)、C和CO2的反应　⑧铝热反应　⑨Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　⑩碳酸氢钠与盐酸的反应
(2)“放热反应不需要加热就能发生,吸热反应不加热就不能发生”。这种说法对吗 请简述原因。
不对,有的放热反应需要加热甚至高温才能发生,如木炭燃烧、铝热反应等;有的吸热反应不加热也能发生,如Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl、NaHCO3和盐酸的反应等。
微点助学
②⑥⑦⑨⑩
3.热化学方程式
(1)意义
表明了化学反应中的______变化和______变化。例如,2H2(g)+O2(g)
===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示在25 ℃和101 kPa下,___________
______________________________________________________。
物质
能量
2 mol H2(g)
与1 mol O2(g)反应生成2 mol液态水时放出的热量为571.6 kJ
(2)书写
判断正误。
(1)2NO2===O2+2NO　ΔH=+116.2 kJ·mol-1。(　　)
(2)CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890 kJ。(　　)
(3)1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气,放出642 kJ的热量:N2H4(l)+O2(g) ===N2(g)+2H2O(g)　ΔH=+642 kJ·mol-1。(　　)
(4)在一定温度和压强下,1 mol SO2、0.5 mol O2混合反应后,放出热量a kJ,则气态SO2转化为气态SO3的热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1。(　　)
微点助学
×
×
×
×
一、焓变及其相关计算
1.某反应2A===3B,它的反应能量变化曲线如图所示,下列有关叙述正确的是(　　)
A.该反应为吸热反应
B.A比B更稳定
C.加入催化剂会改变反应的焓变
D.整个反应的ΔH=E1-E2
解析:由图像可知该反应是放热反应,A错误;B能量比A的低,故B更稳定,B错误;催化剂能改变反应途径和活化能大小,但不能改变焓变,C错误;整个反应先吸收E1的能量,再放出E2的能量,所以ΔH=E1-E2,D正确。
D
2.(2026·安徽六安联考)已知键能数据如下表:
共价键 C—H H—H C==O C O
键能/(kJ·mol-1) 414 436 799 1 076
根据键能估算,反应CH4+CO2===2CO+2H2的ΔH为(　　)
A.+230 kJ/mol B.-299 kJ/mol
C.+569 kJ/mol D.-1 811 kJ/mol
解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(414×4+799×2-1 076×2-436×2) kJ/mol=+230 kJ/mol。
A
3.(1)已知:CO(g)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-283 kJ·mol-1。25 ℃、101 kPa时,气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知O==O、C O的键焓分别为495 kJ·mol-1、799 kJ·mol-1,CO2(g)分子中碳氧键的键焓为________ kJ·mol-1。
(2)根据下图中的能量关系,可求得C—H的键能为______________。
664.75
414 kJ·mol-1
解析:C(s)===C(g)　ΔH1=+717 kJ·mol-1,2H2(g)===4H(g)　ΔH2=+864 kJ·mol-1,C(s)+2H2(g)===CH4(g)　ΔH3=-75 kJ·mo。根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJ·mol-1=(+717 kJ·mol-1)+(+864 kJ·mol-1)-4E(C—H),解得E(C—H)=414 kJ·mol-1。
熟记常见1 mol物质中的化学键数目
归纳总结
1 mol 物质 CO2 (C==O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2
(Si—O)
化学键 数目 2NA 4NA 6NA 4NA
1 mol 物质 石墨 (C—C) 金刚石 (C—C) S8 (S—S) Si
(Si—Si)
化学键 数目 1.5NA 2NA 8NA 2NA
二、热化学方程式的书写
4.(1)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:___________________
_____________________________。从能量角度分析,铁触媒的作用是__________________。
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)　ΔH=-(a-b) kJ·mol-1
降低反应的活化能
(2)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式为_______________________________________________________。
(3)已知:葡萄糖[C6H12O6(s)]的燃烧热为2 804 kJ·mol-1,写出25 ℃、101 kPa时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式:___________________________________________________
_______________________。
NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g)　ΔH=-216 kJ·mol-1
6CO2(g)+6H2O(l)===C6H12O6(s)+6O2(g)
ΔH=+2 804 kJ·mol-1
(4)已知:298 K时,相关物质的相对能量如下图所示。则H2的燃烧热ΔH为______________,CO燃烧的热化学方程式为__________________________
__________________。
-286 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)
ΔH=-566 kJ·mol-1
二
考点二 中和反应反应热的测定　燃烧热和能源
1.中和反应反应热
(1)含义
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成________________时所放出的热量。
1 mol H2O(l)
(2)测定
某化学实验小组用简易量热计(装置如图),采用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液反应,测量中和反应的反应热。
Ⅰ.用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入量热计内筒
中,测出盐酸的温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
Ⅱ.用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用
同一温度计测出其温度。用水把温度计冲洗干净,擦干
备用。
Ⅲ.将NaOH溶液倒入量热计内筒中,使之混合均匀,
测得混合液最高温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
重复上述步骤,记录数据。回答下列问题:
①NaOH溶液与盐酸混合均匀的正确操作是___(填字母)。
a.把NaOH溶液分多次倒入量热计内筒中与盐酸反应
b.用温度计小心搅拌
c.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
d.用套在温度计上的玻璃搅拌器上下轻轻地搅拌
e.实验时可用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器
②NaOH溶液稍过量的原因:____________________。
d
确保盐酸被完全中和
③稀盐酸和氢氧化钠溶液的密度都视为1 g·cm-3,溶液的比热容c=4.18×
10-3 kJ·g-1·℃-1。某学生实验记录数据如下:
实验 序号 起始温度t1/℃ 最高温度t2/℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
计算生成1 mol水的反应热。
ΔH=-=_______________(保留小数点后一位)。
-51.8 kJ·mol-1
(1)在中和反应反应热的测定实验中,使用弱酸或弱碱会使测得的中和反应反应热数值______(填“偏高”“不变”或“偏低”),其原因是__________________________________________________________________________________。
(2)有两组实验:ⅰ.50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,ⅱ.60 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液。实验ⅰ、ⅱ反应放出的热量_______(填“相等”或“不相等”,下同),测得的中和反应反应热______,原因是_________________________________
_______________________________。
微点助学
偏低
弱酸或弱碱在溶液中部分电离,在反应过程中,弱酸或弱碱会继续电离,而电离是吸热的过程
不相等
相等
中和反应反应热是以生成1 mol液态
水为标准的,与反应物的用量无关
2.燃烧热
(1)概念:在101 kPa时,1 mol纯物质________生成指定产物时所放出的热量,单位是kJ/mol。
(2)对“完全燃烧”的理解
燃烧元素 C H S N
指定产物 及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
完全燃烧
3.能源及利用
1.(2026·福建泉州模拟)长征系列运载火箭使用的燃料有液氢、液态肼(N2H4)、煤油等化学品。肼的燃烧热为624 kJ·mol-1,下列有关说法错误的是(　　)
A.煤油是不可再生资源
B.火星车使用的太阳能电池板将太阳能转化为电能
C.运载火箭燃料使用的液氢燃烧的产物不污染环境,有利于实现“碳中和”
D.表示肼燃烧热的热化学方程式:N2H4(l)+NO2(g)===1.5N2(g)+H2O(l)　
ΔH=-624 kJ·mol-1
解析:燃烧热指的是1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时放出的热量,故D错误。
D
2.测定中和反应的反应热的装置如图所示,下列有关该实验的说法不正确的是(　　)
A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸
B.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,碎泡沫塑料起保温
作用
C.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的中和热不相同
D.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度
C
解析:浓硫酸稀释会放热,测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸,故A正确;为了使反应物混合均匀、充分反应,可使用玻璃搅拌器上下搅拌,为了减少热量散失,可使用碎泡沫塑料,保温隔热,故B正确;NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的实质都是氢离子与氢氧根离子的反应,相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的中和热相同,故C错误;测中和热,要测量反应前后的温度差,反应前的温度为反应前酸碱溶液温度的平均值,反应后的温度为溶液达到的最高温度,所以实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,故D正确。
3.某化学兴趣小组利用如图所示的仪器来进行中和热测定实验。
实验原理:K=IUt/ΔT(K的物理意义是热量计升高1 K时所需的热量),ΔH=
-KΔT/n(n为生成水的物质的量)。
实验步骤:
Ⅰ.热量计总热容常数K的测定:反应瓶中放入500.00 mL蒸馏水打开磁力搅拌器,搅拌。开启精密直流稳压电流,调节输出电压(电压为5 V)和电流,采集数据,并求出K=2 184.6 J·K-1。
Ⅱ.中和热的测定:
①将反应瓶中的水倒掉,用干布擦干,重新量取V mL蒸馏水注入其中,然后加入50.00 mL 1.0 mol·L-1 HCl溶液,再取50.00 mL 1.1 mol·L-1 NaOH溶液注入储液管中。
②打开磁力搅拌器,搅拌。每分钟记录一次温差,记录到一分钟时,将玻璃棒提起,使储液管中碱与酸混合反应。继续每分钟记录一次温差,测定10分钟。采集数据(如图所示)。
(1)K的测定步骤中,量取500.00 mL蒸馏水的玻璃仪器可用______________
____________(填名称)。
解析:K的测定步骤中,量取500.00 mL蒸馏水的玻璃仪器可用500 mL容量瓶,因为量筒分度值为0.1 mL,不能称取500.00 mL。
500 mL容量瓶
(合理即可)
(2)中和热测定步骤中,V=___________;利用图中数据求得的中和热ΔH=
_______ kJ·mol-1(保留1位小数)。
解析:为减少测量误差,应使Ⅰ、Ⅱ中使用的液体总体积相等,V mL=
500.00 mL-50.00 mL-50.00 mL=400.00 mL,中和热测定步骤中,V=400.00;利用图中数据可知起始温度为5.1 K,最后稳定温度为6.4 K,ΔT=6.4 K-5.1 K=1.3 K,n=50.00 mL×10-3 L·mL-1×1.0 mol·L-1=0.05 mol,求得的中和热ΔH=-KΔT/n=≈-56.8 kJ·mol-1。
400.00
-56.8
(3)若用50.00 mL 1.0 mol·L-1稀硫酸与50.00 mL 1.1 mol·L-1 Ba(OH)2溶液来测定,所测得中和热的值可能____(填“偏高”“偏低”或“无影响”),其原因是____________________。
偏高
生成硫酸钡会释放热量
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·海南卷)我国发电量及用电规模久居世界第一。以下不属于绿电的是(　　)
A.火力发电 B.光伏发电
C.水力发电 D.风力发电
A
2.(2024·全国甲卷)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是(　　)
A.木材与煤均含有碳元素
B.石油裂化可生产汽油
C.燃料电池将热能转化为电能
D.太阳能光解水可制氢
C
3.(2024·海南卷)已知298 K,101 kPa时,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,H2的临界温度(能够液化的最高温度)为32.98 K,下列说法错误的是(　　)
A.氢气燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1
B.题述条件下2 mol H2和1 mol O2,在燃料电池中完全反应,电功+放热量=571.6 kJ
C.氢能利用的关键技术在于安全储存与运输
D.不同电极材料电解水所需电压不同,产生2 g H2(g)消耗的电功相同
D
解析:氢气燃烧热为101 kPa时,1 mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,则由热化学方程式可知,氢气燃烧热ΔH=-571.6 kJ·mol-1×=-285.8 kJ·mol-1,故A正确;由题意可知,氢氧燃料电池中化学能转化为热能和电能,由能量守恒定律可知,2 mol H2和1 mol O2在燃料电池中完全反应,电功+放热量=571.6 kJ,故B正确;氢气是易燃易爆的气体,难于安全储存与运输,所以氢能利用的关键技术在于安全储存与运输,故C正确;不同电极材料电解水所需电压不同,说明所需的电流不同,所以产生2 g氢气所需时间不同,消耗的电功不同,故D错误。
4.(2023·海南卷)各相关物质的燃烧热数据如下表。下列热化学方程式正确的是(　　)
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -1 559.8 -1 411 -285.8
A.C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-1 411 kJ·mol-1
B.C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)　ΔH=-137 kJ·mol-1
C.H2O(l)===O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
D
解析:101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。H2O应该为液态,A错误;C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)　ΔH=+137 kJ·mol-1,B错误;氢气的燃烧热ΔH为-285.8 kJ·mol-1,则H2O(l)
===O2(g)+H2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1,C错误;C2H6(g)+O2(g) ===
2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1,D正确。
5.(2025·海南卷)等温等压下,CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0。此反应放出的热用于火力发电,能量转化效率为η。下列说法错误的是(　　)
A.该反应ΔS<0
B.产物为H2O(g)时,反应放出的热量减少
C.该反应在燃料电池模式下进行,反应焓变为ΔH',ΔH'<ΔH
D.该反应在燃料电池模式下做电功,转化效率为η',η'>η
C
解析:反应中气体物质的量减少(3 mol→1 mol),且生成液态水,体系混乱度降低,ΔS<0,A正确;液态水变为气态水时吸收能量,因此产物为H2O(g)时,反应放出的热量减少,B正确;焓变(ΔH)是状态函数,与反应途径无关,燃料电池中反应的焓变ΔH'与原反应ΔH相等,C错误;燃料电池直接将化学能转化为电能,能量损失小于火力发电(需经热能→机械能→电能),故η'>η,D正确。
四
课时作业34
1.(3分)(2025·河南郑州模拟)我国首创光伏发电-固态储氢技术,解决了“绿电”与“绿氢”灵活转换的难题。下列说法不正确的是(　　)
A.该技术直接将光能转化成化学能储存起来
B.规模化使用氢能有助于实现“碳达峰”
C.“绿电”电解水制氢成本比煤炭等化石燃料制氢成本低
D.固态储氢技术使新能源汽车电池加氢更加便捷
A
2.(3分)已知2H2(g)+CO(g)===CH3OH(g)为放热反应,下列对该反应的说法正确的是(　　)
A.因该反应为放热反应,故不加热就可发生
B.相同条件下,2 mol H2(g)的能量或1 mol CO(g)的能量一定高于1 mol CH3OH(g)的能量
C.相同条件下,2 mol H2(g)和1 mol CO(g)的总能量一定高于1 mol CH3OH(g)的总能量
D.达到平衡时,CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等
C
解析:放热反应与反应条件无关,题述反应可能需要加热才能发生,A错误;由该反应为放热反应可知,相同条件下,2 mol H2(g)与1 mol CO(g)的总能量一定高于1 mol CH3OH(g)的能量,B错误,C正确;平衡时,各物质的浓度是否相等与起始量、转化率有关,D错误。
3.(3分)在一定条件下,气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.HNC比HCN更稳定
B.HCN转化为HNC的反应一定需要加热
C.HNC(g) HCN(g)　ΔH=-59.3 kJ·mol-1
D.加入催化剂,可以减小反应的热效应
C
解析:物质的能量越低越稳定,根据题图可知,HNC比HCN的能量高,HCN比HNC更稳定,故A错误;HCN转化为HNC是吸热反应,吸热反应的发生不一定需要加热,故B错误;根据题图可知,HNC(g) HCN(g)　ΔH=127.2 kJ·mol-1-186.5 kJ·mol-1=-59.3 kJ·mol-1,故C正确;加入催化剂,能降低反应的活化能,但不改变反应的热效应,故D错误。
4.(3分)(2025·山西长治模拟)用一定浓度的NaOH溶液与稀盐酸进行中和反应反应热的测定实验时,测得生成1 mol液态水时的ΔH>-57.3 kJ·mol-1,产生这种偏差的原因不可能是(　　)
A.实验用NaOH溶液中溶质的浓度过大
B.实验时搅拌速率慢
C.分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中
D.用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液
A
解析:NaOH溶液稀释过程释放热量,导致中和热ΔH<-57.3 kJ·mol-1,故A符合题意;实验时搅拌速率慢,导致热量散失,测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故B不符合题意;分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中,导致热量散失,测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故C不符合题意;用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液,氢氧化钠被部分反应,导致测得中和热ΔH>-57.3 kJ·mol-1,故D不符合题意。
5.(3分)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表:
共价键 H—H H—O
键能/(kJ·mol-1) 436 463
热化学方程式 2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH=-482 kJ·mol-1
则2O(g)===O2(g)的ΔH为(　　)
A.428 kJ·mol-1 B.-428 kJ·mol-1
C.498 kJ·mol-1 D.-498 kJ·mol-1
解析:设O==O的键能为x,则(2×436 kJ·mol-1+x)-2×2×463 kJ·mol-1=-482 kJ·mol-1,x=498 kJ·mol-1,所以2O(g)===O2(g)的ΔH=-498 kJ·mol-1,D正确。
D
6.(3分)25 ℃、101 kPa时,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热ΔH为-57.3 kJ·mol-1,辛烷的燃烧热ΔH为-5 518 kJ·mol-1。下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A.2H+(aq)+S(aq)+Ba2+(aq)+2OH-(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)　
ΔH=-57.3 kJ·mol-1
B.KOH(aq)+H2SO4(aq)===K2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1
C.C8H18(l)+O2(g) ===8CO2(g)+9H2O(g)　ΔH=-5 518 kJ·mo
D.2C8H18(g)+25O2(g) ===16CO2(g)+18H2O(l)　ΔH=-5 518 kJ·mol-1
B
解析:所给热化学方程式中有两个错误,一是中和反应的反应热指反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量,二是当有BaSO4沉淀生成时,反应放出的热量会增加,即该反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ,A项错误;燃烧热指在101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,产物中的水应为液态,C项错误;当2 mol辛烷完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时,放出的热量为11 036 kJ,且辛烷应为液态,D项错误。
7.(3分)下列示意图表示正确的是(　　)
A.甲图表示Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)　
ΔH=+26.7 kJ·mol-1反应的能量变化
B.乙图表示碳的燃烧热
C.丙图表示实验的环境温度为20 ℃,将物质的
量浓度相等、体积分别为V1 mL、V2 mL的
H2SO4、NaOH溶液混合,混合液的最高温度随
V(NaOH溶液)的变化(已知V1+V2=60)
D.已知稳定性顺序:BA→B→C构成,反应过程中的能量变化曲线如丁图
D
解析:甲图中反应物的总能量高于生成物的总能量,为放热反应,故A错误;乙图体现的是2 mol C(s)与1 mol O2(g)反应转化成2 mol CO(g)的能量变化,而碳的燃烧热是1 mol C(s)全部转化成1 mol CO2(g)放出的热量,故B错误;丙图中V2为20时,温度最高,说明此时酸碱反应完全,又因为实验中始终保持V1+V2=60,则V1=40,由酸碱中和关系式:2NaOH~H2SO4可知,H2SO4和NaOH的浓度不同,故C错误。
8.(3分)已知:在标准压强、298 K下,由最稳定的单质合成1 mol物质B的反应焓变,称为物质B的标准摩尔生成焓,用Δf(单位为kJ·mol-1)表示。部分物质的Δf如图所示。H2(g)、N2(g)、O2(g)的标准摩尔生成焓为0。下列有关判断错误的是(　　)
A.2 mol NO(g)的键能小于1 mol N2(g)与
1 mol O2(g)的总键能
B.合成氨反应的热化学方程式为N2(g)+
3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1
C.NH3催化氧化的热化学方程式为
4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g)　
ΔH=+902 kJ·mol-1
D.NO与NH3反应的热化学方程式为6NO(g)+4NH3(g)===5N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 815 kJ·mol-1
C
解析:NO(g)的标准摩尔生成焓为+91.3 kJ·mol-1,则①N2(g)+O2(g) ===2NO(g)　ΔH=+182.6 kJ·mol-1,由ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,可知2 mol NO(g)的键能小于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的总键能,A项正确;已知NH3(g)的标准摩尔生成焓为-45.9 kJ·mol-1,则合成氨的热化学方程式为②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-91.8 kJ·mol-1,B项正确;由H2O(g)的标准摩尔生成焓为-241.8 kJ·mol-1可知③H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1,由2×①-2×②+6×③可得出NH3催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-902 kJ·mol-1,C项错误;由6×③-3×①-2×②可得出NO与NH3反应的热化学方程式为6NO(g)+4NH3(g)===5N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 815 kJ·mol-1,D项正确。
9.(3分)(2025·安徽亳州模拟)根据已知条件得出的结论正确的是(　　)
选项 已知条件 结论
A H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq) ===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1 中和反应的反应热
ΔH=- kJ·mol-1
B 2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l)　ΔH=-1 172 kJ·mol-1 H2S的摩尔燃烧焓(ΔH)是
-586 kJ·mol-1
C CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-870 kJ·mol-1 2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)　 ΔH2=-488 kJ·mol-1 碳和氢气的摩尔燃烧焓(ΔH)之和为-679 kJ·mol-1
D 500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出的热量为a kJ N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1
C
解析:H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-a kJ·mol-1,反应中生成了硫酸钡沉淀也会放热,因此中和反应的反应热ΔH≠- kJ·mol-1,故A错误;摩尔燃烧焓是指一摩尔纯物质在标准状况下完全燃烧时的反应焓变,硫化氢燃烧应生成二氧化硫和水,故B错误;将两个热化学方程式相加得到2C(s)+2H2(g)+3O2(g) ===2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-1 358 kJ·mol-1,则碳和氢气的摩尔燃烧焓之和为-679 kJ·mol-1,故C正确;500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放出的热量为a kJ,由于该反应是可逆反应,因此消耗的氮气物质的量小于0.5 mol,则N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<-2a kJ·mol-1,故D错误。
10.(3分)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g) O H HO HOO H2 O2 H2O2 H2O
能量/(kJ·mol-1) 249 218 39 10 0 0 -136 -242
可根据HO(g)+HO(g)===H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1。下列说法不正确的是(　　)
A.H2的键能为436 kJ·mol-1
B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C.解离氧氧单键所需能量:HOOD.H2O(g)+O(g) ===H2O2(g)　ΔH=-143 kJ·mol-1
C
解析:根据表格中的数据可知,H2的键能为218 kJ·mol-1×2=436 kJ·mol-1,A正确;由表格中的数据可知O2的键能为249 kJ·mol-1×2=498 kJ·mol-1,由题中信息可知H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1,则O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍,B正确;由表格中的数据可知HOO===HO+O,解离其中氧氧单键需要的能量为249 kJ·mol-1+39 kJ·mol-1-10 kJ·mol-1=278 kJ·mol-1,H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·mol-1,C错误;由表中的数据可知H2O(g)+O(g)===H2O2(g)的ΔH=-136 kJ·mol-1-(-242 kJ·mol-1)-249 kJ·mol-1=-143 kJ·mol-1,D正确。
11.(14分)长征系列部分火箭采用了肼(N2H4)作燃料,N2H4与NH3有相似的化学性质,回答下列问题:
(1)已知肼分子中所有原子最外层都满足稀有气体原子结构,则肼的结构式
为_______________。
(2)下表是常见的键能数据:
化学键 N—H N—N O==O N≡N O—H H—H
键能/(kJ·mol-1) 386 167 498 946 460 a
已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1,则a为______,肼蒸气在O2(g)中燃烧生成N2(g)与H2O(g)时的热化学方程式为_________________________________________________。
426
N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-577 kJ·mol-1
(3)火箭推进剂通常选择液态的H2O2作氧化剂,混合后会产生大量的气体从而推动火箭升空,试写出该反应的化学方程式:________________________
________。
(4)已知每12.8 g的液态肼与足量的液态过氧化氢反应生成气态产物时放出热量256 kJ,已知1 mol液态水转化为水蒸气需要吸收44 kJ的热量,则1 mol的液态肼发生反应生成液态水放出的热量Q=________。
(5)常见的助燃剂有O2、H2O2、NO2,若消耗等物质的量的肼,消耗物质的量最多的助燃剂为______,实际中火箭选择的助燃剂是NO2,主要考虑的因素可能是____________________________。
N2H4+2H2O2===N2↑+
4H2O↑
816 kJ
H2O2
高温下稳定,且更容易液化储存
12.(16分)(2025·山西临汾模拟)化学反应常伴随能量变化,是人类获得能量的重要途径。
(1)一种即热饭盒的结构如图所示,这种饭盒使用起来非常方便,撤去底部隔板几分钟后,饭菜就变热了。
①下层物质可以是由镁粉、铁粉和食盐组成的混合物,则镁粉的作用为________________________________。
②化学能转化为热能在生产或生活中的应用还有_____________________
(填一种)。
③某种冷敷袋盛装的物质是硝酸铵,加少量水即可达到冷却效果,该冷敷袋的主要工作原理为____(填“吸”或“放”)热的______(填“物理”或“化学”)变化。
解析:①下层物质中Mg、Fe和食盐水组成原电池,其中Mg为还原剂,与H2O反应放出热量。②化学能转化为热能在生产或生活中的应用还有燃料燃烧等。③硝酸铵溶于水吸收热量,但是没有新物质生成,属于物理变化。
Mg为还原剂,与H2O反应放出热量
燃料燃烧(合理即可)
吸
物理
(2)借鉴中和反应反应热的测定方法,某同学测定放热反应Zn(s)+CuSO4(aq)
===ZnSO4(aq)+Cu(s)的焓变ΔH(忽略温度对焓变的影响,忽略溶液体积、质量变化和金属吸收的热量)。近似地认为溶液的密度、比热容与水的相同,已知水的比热容为4.18 kJ/(℃·kg)。实验结果见下表。
序号 反应试剂 体系温度/℃
反应前 反应后
ⅰ 100 mL 0.20 mol/L CuSO4溶液 1.36 g Zn粉 a b
ⅱ 0.65 g Zn粉 a c
则温度:b___(填“>”“<”或“=”)c;ΔH=___________ kJ/mol(用含a、c的代数式表示)。
>
-41.8(c-a)
解析:硫酸铜物质的量为0.02 mol,1.36 g Zn物质的量约为0.021 mol,0.65 g Zn物质的量为0.01 mol,根据化学方程式可知,ⅰ反应中Zn稍过量,硫酸铜完全反应,放出热量更多,ⅱ中Zn不足,硫酸铜未反应完,放出热量少,因此b>c。ⅱ实验中体系温度升高(c-a) ℃,则放出热量为100 g×10-3 kg/g×4.18 kJ/(℃·kg)×(c-a) ℃=0.418(c-a) kJ,这是反应掉0.01 mol Zn放出的热量,则反应的ΔH=-41.8(c-a) kJ/mol。
Thank you
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