2023人教版高中化学必修第二册-第六章-化学反应与能量-第1课时-化学反应与热能.docx

第六章　化学反应与能量
第一节　化学反应与能量变化
第1课时　化学反应与热能
基础过关练
题组一　吸热反应与放热反应
1.(2021北京西城期中)下列关于化学反应与能量变化的说法中,不正确的是(　　)
A.化学反应必然伴随着能量变化
B.Na与H2O的反应属于放热反应
C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应
D.化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的
2.生活中每时每刻都发生着各种化学反应,下列反应不一定属于放热反应的是(　　)
A.H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应
B.燃烧反应
C.复分解反应
D.中和反应
3.(2022河南南阳六校期中联考)如图所示,在锥形瓶中放入一支试管,试管中加入下列物质中的一种:①NaOH固体、②生石灰、③NH4NO3晶体、④Na2O2固体、⑤SiO2粉末。玻璃管中盛有品红溶液,开始时溶液两端高度一致,用胶头滴管向试管中加入适量水,玻璃管中的品红溶液呈现如图状态,判断试管中加入的物质可能是(　　)

A.①②④　　　　B.③　
C.③⑤　　　　 D.①②③④⑤
题组二　化学反应中存在能量变化的原因
4.(2022山东广饶一中段考)下图是碳和水蒸气发生反应生成CO、H2的途径和三个状态的能量,该反应为吸热反应,下列说法中正确的是(　　)
C+H2OE1C+2H+OE2CO+H2E3
A.步骤1是放热过程
B.步骤2是吸热过程
C.E1、E2、E3的大小关系是E2>E3>E1
D.C(s)+H2O(g)的总能量一定高于CO(g)+H2(g)的总能量
5.(2022福建三明期中)氢气与氯气反应时,破坏1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ,破坏1 mol Cl2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ,形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列说法正确的是(　　)
A.Q1、Q2、Q3满足关系式:Q1+Q2<2Q3
B.反应物所具有的总能量小于产物所具有的总能量
C.该反应中,化学能全部转变为热能
D.反应时产生黄色火焰,化学方程式为H2+Cl2 2HCl
6.分析下面化学键键能数据,判断下列分子中受热时最不稳定的是(　　)
化学键
H—H
H—F
H—Br
H—I
键能
(kJ/mol)
436
565
368
297
A.氢气　B.氟化氢　C.溴化氢　D.碘化氢
7.(2021山东济宁期中)下列说法正确的是(　　)
A.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化,且均表现为吸热或放热
B.能量守恒定律说明,放热反应必须从外界吸收能量后才能发生
C.石墨完全转化为金刚石时,要吸收热量,说明金刚石比石墨稳定
D.化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小
8.(2022广东名校联盟4月联考)反应A+B C(吸热)分两步进行:①A+B X(放热);②X C(吸热)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)

9.(2021山东济南一中期中)如图表示化学反应过程中的能量变化,据图判断下列说法中合理的是(　　)

图1

图2
A.CaO、浓硫酸分别加入水中时的能量变化符合图1
B.500 mL 2.0 mol·L-1 H2SO4溶液和500 mL 2.0 mol·L-1 Ba(OH)2溶液的反应符合图2
C.发生图1能量变化的任何反应,一定不需要加热即可发生
D.500 mL 2.0 mol·L-1盐酸和500 mL 2.0 mol·L-1 NaOH溶液的反应符合图1
题组三　热能的利用与能源
10.(2022广东东莞东华高级中学期中)下列说法不正确的是(　　)
A.凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类
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.当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学反应产生的
11.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是　(　　)

A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
D.2 mol H2O(l)具有的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量

能力提升练
题组一　根据图像分析能量变化
1.(2022四川成都期中)已知化学反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是(　　)

A.该反应需要在加热条件下才能进行
B.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,放出a kJ能量
C.A2(g)的能量一定低于AB(g)的能量
D.每生成2 mol AB(g)吸收的能量为(a-b) kJ
2.(2021山东临沂期中联考)根据如图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量变化情况,判断下列说法正确的是(　　)

A.该反应为放热反应
B.2 mol氮原子结合生成N2(g)时需要放出946 kJ能量
C.1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要放出632 kJ能量
D.NO是一种酸性氧化物,能与NaOH溶液反应生成盐和水
题组二　化学反应中能量变化的简单计算
3.已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ,形成1 mol H—N键放出的能量为391 kJ,根据化学方程式N2+3H2 2NH3,反应完1 mol N2放出的能量为92.4 kJ,则断开1 mol 键需吸收的能量是　(　　)
A.431 kJ　B.945.6 kJ　C.649 kJ　D.869 kJ
4.(2022江西萍乡月考)已知部分化学键的键能如下表所示,计算下列三个反应中的能量变化情况。
化学键
H—H
H—N

OO
C—H
键能
(kJ/mol)
436
391
x
498
414
化学键
CO
H—O
P—P
P—O
C—O
键能
(kJ/mol)
750
465
198
360
326
(1)CH4+2O2 CO2+2H2O,1 mol CH4完全反应时,　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　kJ能量。 
(2)已知N2+3H2 2NH3,消耗1 mol N2时放出约92 kJ的热量,则上表中x为　　　　。 
(3)如下图为白磷(P4)和P4O6的结构,1 mol白磷燃烧生成P4O6时,
　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　kJ热量。 

题组三　化学反应与热能、能源在新情境中的应用
5.(2022广东广州月考)丙烷是一种燃料,其燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O。下列说法中不正确的是(　　)
A.火炬燃烧时化学能只转化为热能
B.所有的化学反应都会伴随着能量变化,有能量变化的物质变化不一定是化学反应
C.1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所具有的总能量
D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染,故丙烷为环保型燃料
6.N2和H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如图所示,用、、分别表示N2、H2、NH3,下列说法正确的是(　　)

A.使用催化剂时,合成氨的反应放出的热量减少
B.在该过程中,N2、H2断键形成N原子和H原子
C.在该过程中,N原子和H原子形成了含有非极性键的NH3
D.合成氨反应中,反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放的能量
7.(2022广西河池月考)回答下列问题。
(1)为了探究化学能与热能的转化,某实验小组设计了如图所示三套实验装置:

①装置Ⅲ中甲的名称是　　　　　　　; 
②上述装置中,不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是　　　(填序号)。 
③某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),在甲试管里加入适量氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌反应,U形管中可观察到的现象是　　　　　　　。 
(2)太阳能的开发利用是21世纪的一个重要课题。
①人类利用太阳能常见的两种转化方式是　　　　　　　、　　　　　　　。 
②利用储能介质储存太阳能的原理是白天在太阳照射下,某种盐熔化吸收热量;晚间熔盐释放出相应能量,从而使室温得以调节。已知表中数据:
盐
熔点/
℃
熔化吸热/
(kJ/mol)
参考价
格/(元/kg)
CaCl2·
6H2O
29.0
37.3
780~750
Na2SO4·
10H2O
32.4
77.0
800~900
Na2HPO4·
12H2O
36.1
100.1
1 600~2 000
Na2S2O3·
5H2O
48.5
49.7
1 400~1 800
其中最适宜作储能介质的是　　　　　　　(填字母)。 
A.CaCl2·6H2O　　　　B.Na2SO4·10H2O
C.Na2HPO4·12H2O　　　D.Na2S2O3·5H2O

答案全解全析
基础过关练
1.C　化学反应的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成,由于断键吸热,成键放热,因此化学反应必然伴随着能量变化,A、D正确;Na与H2O反应生成氢氧化钠和氢气,属于放热反应,B正确;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应,C错误。
易错警示
规避吸热反应和放热反应判断的易错点
1.“三个不一定”
①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如碳和氧气的反应;②放热反应常温下不一定容易发生,如铝热反应;③吸热反应不一定需要加热,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
2.吸热反应和放热反应都是化学变化,如NaOH固体溶于水是放热过程,但不是放热反应;如升华、蒸发等过程是吸热过程,但不是吸热反应。
2.C　H2SO4与Ba(OH)2溶液混合,酸与碱发生中和反应,是放热反应;燃烧是指剧烈的发光、放热的反应,因此燃烧反应都是放热反应;复分解反应中有的是放热反应,如酸碱中和反应,有的是吸热反应,如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应,C项符合题意。
3.B　根据图示可知向试管中加入适量水后玻璃管中液柱左高右低,说明锥形瓶中气体压强减小,则温度降低,试管中发生吸热反应或吸热过程。向NaOH固体、生石灰中加水均放出热量,向NH4NO3晶体中加水吸收热量,向Na2O2固体中加水放出热量,向SiO2粉末中加水没有明显热量变化,结合上述分析,只有③符合条件,B项正确。
4.C　步骤1断裂旧化学键,需要吸收能量,为吸热过程,A项错误;步骤2形成新化学键,需要放出能量,为放热过程,B项错误;根据步骤1是吸热过程,可知E2>E1,步骤2是放热过程,可知E2>E3,由于总反应为吸热反应,故E2>E3>E1,C项正确;该反应为吸热反应,即C(s)+H2O(g)的总能量低于CO(g)+H2(g)的总能量,D项错误。
5.A　H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)为放热反应,即反应中断键吸收的总能量<成键放出的总能量,即Q1+Q2<2Q3,A项正确;该反应是放热反应,则反应物所具有的总能量大于产物所具有的总能量,B项错误;该反应伴随着发光、放热,即反应中化学能转化为热能和光能等,C项错误;H2在Cl2中燃烧产生苍白色火焰,D项错误。
6.D　由题干信息可知,H—H键的键能为436 kJ/mol,H—F键的键能为565 kJ/mol,H—Br键的键能为368 kJ/mol,H—I键的键能为297 kJ/mol,键能越小,分子越不稳定,H—I键的键能最小,HI受热时最不稳定,故选D。
规律方法
　　共价分子在发生化学变化时,首先需断裂反应物分子中所存在的共价键,然后再形成新的化学键,生成新的物质。所以由共价分子构成的物质是否稳定,与其分子中所存在的共价键的强弱有关,若分子中所存在的共价键不牢固,容易断裂,则相应物质的热稳定性也就较差。
7.D　化学反应的能量变化大多为热量变化,化学能也可能转化为光能、电能等,A错误;放热反应的实质是反应物的总能量高于生成物的总能量,并不一定从外界吸收能量,B错误;物质具有的能量越高越不稳定,故石墨比金刚石稳定,C错误;化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小,D正确。
8.A　根据①A+B X(放热)可知,A、B总能量大于X;根据②X C(吸热)可知,X的能量小于C;再结合总反应A+B C为吸热反应,即A、B总能量小于C,可知A项正确。
9.D　浓硫酸稀释时没有发生化学反应,只是放热过程,A错误;H2SO4和Ba(OH)2的反应为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,B错误;图1表示放热反应,有些放热反应需要加热,如铝热反应属于放热反应,但需要高温条件才能发生,C错误;酸碱中和反应为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,符合图1的能量变化曲线,D正确。
10.A　化学反应放出的能量,既能造福人类,也能给人类带来灾难(如火灾),A项错误。
11.D　水的分解是吸热反应,A错误;氢能源由于受贮存和运输等因素的限制,还未普遍使用,但有巨大的开发利用价值,B、C错误;水的分解是吸热反应,则2 mol H2O(l)具有的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量,D正确。
能力提升练
1.D　反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无关,无法判断该反应是否需要加热,A项错误;由题图可知,断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,吸收a kJ能量,B项错误;1 mol A2(g)和1 mol B2(g)的总能量低于2 mol AB(g)的能量,但A2(g)的能量不一定低于AB(g)的能量,C项错误;由题图可知反应中每生成2 mol AB(g)吸收(a-b) kJ的能量,D项正确。
2.B　断键吸收的总能量为946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1=1 444 kJ·mol-1,成键释放的能量为2×632 kJ·mol-1=1 264 kJ·mol-1,断键吸收能量更多,所以为吸热反应,A错误;成键释放能量,据图可知2 mol氮原子结合生成N2(g)时需要放出946 kJ能量,B正确;化学键断裂时吸收能量,C错误;NO为不成盐氧化物,不与NaOH溶液反应,D错误。
3.B　设断开1 mol 键需吸收的能量为x,根据反应放出的能量=形成新键放出的能量-断开旧键吸收的能量,代入数据:92.4 kJ=6×391 kJ-3×436 kJ-x,解得x=945.6 kJ。
4.答案　(1)放出　708
(2)946
(3)放出　1 638
解析　本题结合键能数据和物质变化,考查化学反应中能量变化的计算,解答本题的步骤:
①确定参与反应的各物质中所含化学键的种类和数目;
②分析反应过程中化学键的变化情况(包括旧化学键断裂和新化学键形成);
③根据反应过程中能量变化=反应物总键能-生成物总键能来计算。
(1)该反应中1 mol CH4完全反应时,吸收总能量为4 mol×414 kJ/mol+2 mol×498 kJ/mol=2 652 kJ,放出总能量为2 mol×750 kJ/mol+4 mol×465 kJ/mol=3 360 kJ,由于吸收的总热量小于放出的总热量,故该反应为放热反应,放出的热量为3 360 kJ-2 652 kJ=708 kJ。(2)根据题意可知1 mol×x kJ/mol+3 mol×436 kJ/mol-6 mol×391 kJ/mol=-92 kJ,解得x=946。(3)白磷燃烧生成P4O6的化学方程式为P4+3O2 P4O6,则反应中断键吸收的热量-成键放出的热量=198 kJ/mol×6 mol+498 kJ/mol×3 mol-360 kJ/mol×12 mol=-1 638 kJ,故1 mol白磷燃烧生成P4O6时,放出1 638 kJ热量。
反思升华
化学反应中能量变化大小的计算方法
(1)根据反应物总能量和生成物总能量计算
ΔE=|反应物总能量-生成物总能量|。
(2)根据化学键断裂吸收的能量和化学键形成释放的能量计算
ΔE=|断键时吸收能量之和-成键时释放能量之和|。
5.A　火炬燃烧时,化学能除转化为热能外,还转化为光能等其他形式的能量,A项错误;化学反应中断键需吸收能量,成键需释放能量,即所有化学反应都伴随着能量变化,但有能量变化的物质变化不一定发生化学反应,如物质的三态变化,B项正确;由于是放热反应,则反应物的总能量高于生成物的总能量,C项正确;丙烷完全燃烧生成CO2和H2O,对环境均无污染,故丙烷为环保型燃料,D项正确。
6.B　使用催化剂不能改变反应放出的热量,A错误;在②→③过程中,存在H—H键、键的断裂,形成N原子和H原子,B正确;NH3中含有N—H键,为极性键,C错误;合成氨为放热反应,则反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量,D错误。
7.答案　(1)①长颈漏斗　②Ⅲ　③U形管中红墨水左面升高
(2)①光—热转换　光—电转换　②B
解析　(1)①装置Ⅲ中甲为长颈漏斗。②反应放热,使气体膨胀,Ⅰ中U形管中红墨水左面下降,Ⅱ中烧杯中有气泡冒出,均可说明反应是放热的;Ⅲ中没有形成密闭体系,无法证明该反应为放热反应。③氢氧化钡晶体与氯化铵固体搅拌,反应吸热,导致装置Ⅰ的锥形瓶中气体压强减小,U形管中红墨水左面升高。(2)①人类直接利用太阳能的两种形式是光—热转换、光—电转换。②作为储能介质应综合考虑下列因素才有应用价值:熔点比常温略高;熔化时吸热值较大,应考虑单位质量的固体盐在熔化时吸热越多越好;价格低廉;结合表格中数据可知Na2SO4·10H2O最适宜作储能介质,故选B。

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