高中化学第一章化学反应与能量1-1焓变反应热同步检测含解析 人教版选修4 2
第1课时 焓变 反应热
记一记
1.反应热“三要素”：
(1)符号：ΔH。
(2)单位：kJ·mol－1。
(3)正、负号：ΔH
0为吸热反应。
2．反应热计算“两公式”：
(1)ΔH＝反应物断键吸收的能量总和－生成物成键放出的能量总和。
(2)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。
探一探
1.任何化学反应一定伴随能量变化吗？化学反应放热还是吸热是否与反应条件有关？
[提示] 任何化学反应均伴随能量变化。反应放热还是吸热与是否加热等反应条件无直接关系。
2．若反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应还是吸热反应？反应热与化学键键能有何关系？
[提示] 该反应为放热反应。
反应热＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键放出的总能量。
即：反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能。
3．常见的吸热反应和放热反应有哪些？
[提示] 常见的吸热反应：大多数分解反应，Ba(OH)·8H2O与NHCl反应、C或CO与CuO、CO2或H2O(g)的反应等。
常见的放热反应：中和反应、金属与水或酸、燃烧、化合反应(大多数)、铝热反应等。
4．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)与2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g)两个反应的反应热有何关系？需加热的反应一定是吸热反应吗？常温下进行的反应一定是放热反应吗？
[提示] 两个反应的反应热绝对值相等，前者放热，后者吸热。需加热反应不一定是吸热反应，常温下能进行的反应不一定是放热反应如：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应。
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
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(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。(×)
(2)反应热是指1 mol物质参加反应时的能量变化。(×)
(3)加热条件下发生的反应均为吸热反应。(×)
(4)在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“—”。(√)
(5)放热反应的ΔH<0；而吸热反应的ΔH>0。(√)
(6)浓硫酸溶于水的过程是放热反应。(×)
(7)化合反应一定属于放热反应。(×)
(8)分解反应一定属于吸热反应。(×)
(9)某化合物化学键越牢固，物质本身的能量就越高。(×)
(10)断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量。(√)
练一练
1.[2019·浙江学考真题]已知拆开1 mol O2(g)中的化学键需要吸收498 kJ的能量。根据量变化示意图，下列说法不正确的是( )
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－480.4 kJ·mol－1
B．H2O(g)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝240.2 kJ·mol－1
C．拆开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量
D．H(g)和O(g)形成H2O(g)中的1 mol H—O键放出462.8 kJ的能量
答案：A
2．[2019·山西学考模拟]化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是 ( )
A．每生成2 mol AB(g)吸收b kJ热量B.反应热ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1
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C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键，放出a kJ能量
答案：B
3．[2019·济南高二月考]下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是 ( )
A．铝片与稀盐酸反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C．灼热的炭与CO2反应
D．甲烷在氧气中的燃烧反应
答案：C
4．[2019·许昌高二检测]工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知下列化学键的键能(拆开或形成1 mol化学键所吸收或放出的热量)：
化学键
键能/kJ·mol－1
H—H
436
N—H
391
N≡N
946
下列说法正确的是 ( )
A．该反应为吸热反应
B．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
C．反应热ΔH＝92 kJ·mol－1
D．生成1 mol NH3放出92 kJ热量
答案：
知识点一 化学反应中的能量变化
1.化学反应通常伴随着能量变化，下列说法错误的是( )
A．煤燃烧时，部分化学能转化为热能
B．电解熔融Al2O3时，部分化学能转化为电能
C．TNT爆炸时，部分化学能转化为动能
D．镁条燃烧时，部分化学能转化为光能
解析：电解熔融Al2O3的过程是将电能转化为化能的过程。
答案：B
2．下列反应中，反应物总能量低于生成物总能量的是( )
A．2CO＋O2===2CO2
B．C＋O2===CO2
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C．2C＋O2===2CO
D．CaCO3===CO2 ＋CaO
解析：反应中反应物总能量低于生成物总能量，说明该反应是一个吸热反应。A、B、C三项是CO、C的燃烧反应，均属于放热反应，故均不符合题意；D项为CaCO3的分解反应，属吸热反应，符合题意。
答案：D
知识点二 焓变、反应热的概念
3.下列说法正确的是( )
A．反应热是1 mol物质参加反应时的能量变化
B．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
C．任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热
D．在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差来决定
解析：化学反应过程中释放或吸收的热量称为反应热，A项错误；需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，B项错误；只有在恒压条件下，化学反应的焓变才等于化学反应的反应热，C项错误；一个化学反应是吸热还是放热，取决于生成物和反应物的焓值差，也可以根据断键时吸收的能量与成键时放出的能量的相对大小判断，D项正确。
答案：D
4．下列过程中ΔH小于零的是 ( )
A．氯酸钾分解制氧气
B．氯化铵受热分解
C．氮气还原氧化铜
D．实验窒用锌和稀硫酸反应制氢气
解析：ΔH小于零说明该反应是放热反应。A、B、C项均是吸热反应，错误；D项，实验室用锌和稀硫酸反应制氯气为金属与酸的反应．是放热反应，正确。
答案：D
知识点三 反应热与化学键键能的关系
5.H2与O2发生反应的过程用模型表示如下(“—”表示化学键)：
下列说法不正确的是( )
A．过程I是吸热过程
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B．过程Ⅲ一定是放热过程
C．该反应过程所有旧化学键都断裂，且形成了新化学键
D．该反应的能量转化只能以热能的形式进行
解析：过程Ⅰ分子中的化学键断裂，形成原子，属于吸热过程，A项正确；过程Ⅲ为新化学键形成的过程，属于放热过程，B项正确：过程Ⅰ中所有的旧化学键断裂．过程Ⅲ为新化学键形成的过程，C项正确；该反应可通过燃料电池实现化学能到电能的转化，D项错误。
答案：D
6．已知某化学反应2B2A(g)===A2(g)＋2B2(g)(B2A、A2、B2的分子结构分别为B—A—B、A===A、B—B)的能量变化如图所示，下列有关叙述不正确的是 ( )
A．该反应的进行一定需要加热
B．该反应的ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1
C．由2 mol A(g)和4 mol B(g)形成1 mol A===A键和2 mol B—B键，放出E2 kJ能量
D．该反应中，反应物的键能总和大于生成物的键能总和
解析：A项，由图可知，该反应为吸热反应，某些吸热反应 在常温下也可发生，A项错误。
答案：A
综合考查 化学反应与能量
7.反应A＋B===C(ΔH<0)分两步进行：①A＋B===X(ΔH>0)，②X===C(ΔH<0)。下列图象能正确表示该反应过程中的能量变化的是 ( )
解析：由题给信息可知，A＋B===
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C是放热反应，A和B具有的总能量大于C具有的能量；A＋B===X是吸热反应，X具有的能量大于A和B具有的总能量；X===C是放热反应，X具有的能量大于C具有的能量。综上可知，D项正确。
答案：D
8．[2019·山西临汾第一中学期末考试]某学生用如图所示装置进行化学反应X＋2Y===2Z能量变化情况的研究。当向试管中滴加试剂Y时，观察到U形管中液面甲处下降、乙处上升。下列关于该反应的叙述正确的是( )
①该反应为放热反应 ②该反应为吸热反应 ③生成物的总能量比反应物的总能量高 ④反应物的总能量比生成物的总能量高 ⑤该反应过程可以看成贮存于X、Y内部的部分能量转化为热能而释放出来
A．仅①④⑤ B．仅①④
C．仅①⑧ D．仅②③⑤
解析：当向试管中加入试剂Y时，看到U形管中液面甲处下降、乙处上升，说明该反应为放热反应，放出的热使集气瓶中的气体膨胀而出现该现象，故①正确；在放热反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，故④正确；该反应过程可以看成贮存于X、Y内部的部分能量转化为热能而释放出来，故⑤正确。综上所述，A项符合题意。
答案：A
9．(1)已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol Hl(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。
(2)已知反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)中相关化学键键能数据如下：
化学键
H—H
C—O
CO中C≡O
H—O
C—H
E/(kJ·mol－1)
436
343
1 076
465
413
由此计算上述反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：
(1)设1 mol HI(g)分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436 kJ－151 kJ＝11 kJ，解得x＝299 kJ。
(2)ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1)－(413 kJ·mol－1×3＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1)＝－99 kJ·mol－1。
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答案：(1)299 (2)－99
基础达标
1.下列物质放入水中，会显著放热的是 ( )
A．食盐 B．蔗糖
C．酒精 D．生石灰
解析：生石灰遇水放出大量的热。
答案：D
2．下列变化中生成物的总能量大于反应物的总能量的是 ( )
A．H—Cl―→H＋Cl
B．H＋H―→H—H
C．Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
D. HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
解析：生成物的总能量大于反应物的总能量，为吸热过程。A项，H—Cl键断裂，吸收热量，正确；B项，形成H—H键，释放能量，错误；C项，金属与酸的置换反应为放热反应，错误；D项，酸碱中和反应为放热反应，错误。
答案：A
3．如图所示，下列说法正确的是( )
A．A―→B＋C和B＋C―→A两个反应吸收或放出的能量不等
B．A―→B＋C ΔH0，B＋C―→A ΔH0，根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的热量一定相等。
答案：D
4．下列变化一定为放热的化学反应的是 ( )
A．H2O(g)===H2O(l)放出44 kJ热量
B．ΔH>O的化学反应
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C．形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应
D．能量变化如图所示的化学反应
解析：H2O(g)===H2O(l)为物理变化，A硕错误；ΔH>0，反应吸收热量，B项错误；不知道断裂化学键时吸收能量的情况，无法确定反应是放热还是吸热，C项错误；由题图可知H(生成物)2Q3
C．Q1＋Q2O3
解析：断裂1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，则H—H键键能为Q1 kJ·mol－1，断裂1 mol F2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，则F—F键键能为Q2 kJ·mol－1，形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ，则H—F键键能为Q3 kJ·mol－1，对于反应H2(g)＋F2(g)===2HF(g)，反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝Q1 kJ·mol－1＋Q2 kJ·mol－1－2Q3 kJ·mol－1＝(Q1＋Q2－2Q3)kJ·mol－1，由于氢气和氟气在黑暗处混合即可发生爆炸而释放出大量的热量，则ΔH<0，即Q1＋Q2－2Q3<0，所以Q1＋Q2<2Q3，A正确。
答案：A
6．根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是( )
A．CO2和CaO的总能量大于CaCO3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：因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以CO2和CaO的总能量大于CaCO3的总能量，焓变大于零，A、B正确；在CaCO3中，Ca2＋和CO之间存在离子键，CO
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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，如木炭的燃烧需要加热，但该反应是放热反应，D错误。
答案：D
7．根据如图提供的信息，下列所得结论不正确的是( )
A．该反应为吸热反应
B．该反应一定有能量转化成了化学能
C．反应物比反应产物稳定
D．因为反应物的总能量低于反应产物的总能量，所以该反应需要加热才能发生
解析：由图示可知反应物的总能量小于反应产物的总能量，反应过程中有能量转化成了化学能，为吸热反应；能量越低物质越稳定，所以反应物比反应产物稳定；邵分吸热反应不需加热也能发生。
答案：D
8．下列示意图能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢过程中的能量变化的是 ( )
解析：氢气与氯气分子中旧化学键断裂需要吸收能量，而氯化氢分子中新化学键形成要释放能量，该反应放热，因此断裂旧化学键吸收的能量小于形成新化学键放出的能量，B项正确。
答案：B
9．[2019·湖南长郡中学高二月考]H2和I2在一定条件下发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，反应过程如图所示。已知a、b、c均大于零。
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下列说法不正确的是( )
A．反应物的总能量高于生成物的总能量
B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量大于断开2 mol H—I键所需能量
C．断开2 mol H—I键所需能量约为(c＋b＋a)kJ
D．向密闭容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反应后放出的热量小于2a kJ
解析：H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，反应是放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，A正确；反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，由题干信息可知ΔH<0，则反应物的总键能小于生成物的总键能，故断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于断开2 moI H—I键所需能量，B错误；根据ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝b kJ·mol－1＋c kJ·mol－1－2E(H—I)＝－a kJ·mol－1，得到断开2 mol H—I键所需能量约为(a＋b＋c)kJ，C正确；该反应是可逆反应，不能进行彻底，依据焓变意义分析可知，向密闭容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D正确。
答案：B
10．某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是( )
A．该反应过程可表示为 ―→ ―→
B．E1为反应物的总能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能
C．正反应的热效应ΔH＝E1－E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应
D．此图中逆反应的热效应ΔH＝E1－E2，逆反应为吸热反应
解析：A项，结合图象知其正确。B项，反应物分子转变为活化分子所需要的最低能量即是正反应的活化能，B项正确。C项，由图可知，正反应的热效应ΔH＝E1－E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应，C项正确。D项，题图中逆反应的热效应ΔH＝E2－E1，为吸热反应，D项错误。
答案：D
11．一定条件下，A与B反应可生成C和D，其能量变化如图所示。
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(1)下列有关反应A＋B===C＋D的说法正确的是________(填序号)。
A．反应前后原子的种类和数目一定不变
B．该反应若有热量变化，则一定是氧化还原反应
C．若该反应为放热反应，则不需要加热反应就一定能发生
D．反应物的总质量、总能量与生成物的总质量、总能量分别相等
(2)若E1”“<”或“＝”，下同)反应物的总能量，反应热ΔH________0。
解析：
(1)根据质量守恒定律，反应前后元素原子的种类及数目均不会改变；并非只有氧化还原反应才有热量变化；反应前对反应物加热，只是为了达到反应所需的条件，与反应是放热反应还是吸热反应没有必然联系；根据能量守恒定律可知，反应物的总能量＝生成物的总能量＋放出的能量(或一吸收的能量)。
(2)ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E2－E1>0。
答案：(1)A (2)> >
12．已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示，则：
(1)a、b、c分别代表什么意义？
a________________________________________________________________________；
b________________________________________________________________________；
c________________________________________________________________________。
(2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“>”或“<”)。
答案：
(1)旧化学键断裂吸收的能量 新化学键形成放出的能量 反应热
(2)放热 <
能力达标
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13．(1)某化学兴趣小组的同学进行了如图1所示的实验来探究复分解反应的热效应。在一个小烧杯中加入20 g Ba(OH)2·8H2O晶体，将小烧杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后向小烧杯中加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌(其中玻璃片与烧杯底部之间有一层水)。稍后用手拿起烧杯时发现玻璃片与烧杯黏结在一起。
①实验中玻璃棒的作用是__________________，所发生反应的化学方程式是____________________________________________。
②若用手触摸烧杯外壁，将会有______________的感觉，说明该反应为______________反应，反应热ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。由该实验能否得出复分解反应就是吸热反应或放热反应的结论？________(填“能”或“不能”)，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如图2所示，某反应在不同条件下的反应历程分别为a、b。
①据图可判断出反应物的总键能________(填“>”“<”或“＝”，下同)生成物的总键能，则该反应的反应热ΔH________0。
②其中b反应历程采用的条件为________(填序号)。
A．升高温度 B．增大反应物的浓度
C．增大压强 D．使用催化剂
解析：(1)由实验现象可知，反应中体系温度下降，手触摸烧杯外壁时会有冰凉感，故该反应为吸热反应，反应热ΔH>0；因为只研究了一个复分解反应的热效应，故无法确定复分解反应的热效应类型。(2)该反应是一个放热反应，故生成物的总键能大于反应物的总键能：由于b反应历程对应的活化能低于a反应历程，故b反应历程采用的条件为使用催化剂。
答案：(1)①使混合物充分接触并发生反应
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋lOH2O
②冰凉 吸热 > 不能 只进行了一个复分解反应的实验，不能科学地得出结论
(2)①< < ②D
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14．某同学设计如下三个实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应：
方案一：如图1，在小烧杯里放一些除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再插入一支温度计，温度计的温度由20 ℃逐渐升至35 ℃，随后，温度逐渐下降至30 ℃，最终停留在20 ℃。
方案二：如图2，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，在烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1硫酸溶液，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落下来。
方案三：如图3，甲试管中发生某化学反应，实验前U形管红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过U形管两侧红墨水液面高低判断某反应是吸热反应还是放热反应。
序号
甲试管里发生反应的物质
U形管里红墨水液面
①
氧化钙与水
左低右高
③
氢氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌)
？
③
铝片与烧碱溶液
左低右高
④
铜与浓硝酸
左低右高
根据上述实验回答相关问题：
(1)方案一中，温度先升高的原因是______________，升至最大值后又逐渐下降的原因是______________。
(2)方案二中，小木片脱落的原因是________________。
(3)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(4)方案三实验②的U形管中的现象为____________，说明反应物的总能量____________(填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总能量。
解析：(1)温度计的温度由20 ℃逐渐升至35 ℃，说明铝片与硫酸反应为放热反应，放出的热量使烧杯里溶液的温度升高；方案一中，温度升至最大值后又下降的原因是反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低；(2)方案二中，小木片脱落的原因是氢氧化钠与硫酸的反应放热，温度升高，蜡烛熔化了；(3)由方案三的现象得出结论：①③④组中出现了液面左低右高的现象，故物质发生的反应都是放热反应；(4)氧氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌)反应为典型的吸热反应，故红墨水液面左高右低，反应物总能量小于生成物总能量
答案：
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(1)铝和硫酸反应放出的热量使烧杯里溶液的温度升高 当化学反应完成后，随着热量的散失，烧杯里溶液的温度降低
(2)硫酸和氢氧化钠溶液反应放出的热量使蜡烛熔化
(3)放热
(4)U形管里红墨水液面左高右低 小于
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