高中化学选修4第1章化学反应与能量 单元检测及试题解析

高中化学选修4第1章化学反应与能量 单元检测及试题解析

第 1 章单元综合检测及解析 (限时 90 分钟，满分 100 分) 一、选择题(本题包括 16 小题，每小题 3 分，共 48 分) 1．下列变化为放热的化学反应的是( ) A．H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ/mol B．2HI(g)===H2(g)＋I2(g) ΔH＝＋14.9 kJ/mol C．形成化学键时共放出 862 kJ 能量的化学反应 D．能量变化如下图所示的化学反应 解析：A 项不是化学反应；B 项为吸热反应；C 项，如破坏化学键时吸收的能量比 862 kJ 多，则反应为吸热反应；D 项，反应物总能量大于生成物总能量，反应为放热反应。 答案：D 2．(2012·盐城中学高二期末)一些烷烃的燃烧热(kJ/mol)如下表： 化合物 燃烧热 化合物 燃烧热 甲烷 891.0 正丁烷 2 878.0 乙烷 1 560.8 异丁烷 2 869.6 丙烷 2 221.5 2甲基丁烷 3 531.3 下列表达正确的是( ) A．热稳定性：正丁烷>异丁烷 B．乙烷燃烧的热化学方程式为 2C2H6(g)＋7O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 560.8 kJ/mol C．正戊烷的燃烧热大于 3 531.3 kJ/mol D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多 解析：正丁烷和异丁烷燃烧都生成 CO2 和 H2O，正丁烷燃烧热大，说明正丁烷的能量高， 能量越低越稳定，所以异丁烷比正丁烷稳定，A 错误；燃烧热指 1 mol 纯物质完全燃烧生成 稳定的氧化物时所放出的热量，B 中ΔH 与热化学方程式的化学计量数不成比例且生成的水 应为液态，B 错误；由题给信息可推知，正戊烷的燃烧热比 2甲基丁烷大，所以 C 正确。通 过计算可得，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越少，所以 D 错误。 答案：C 3．下列关于反应热的说法正确的是( ) A．当ΔH 为“－”时，表示该反应为吸热反应 B．已知 C(s)＋1 2 O2(g)===CO(g) ΔH＝110.5 kJ·mol－1， 说明碳的燃烧热为 110.5 kJ·mol－1 C．反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关 D．化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关 解析：当ΔH 为“－”时，表示该反应为放热反应；碳的燃烧热为 1 mol 碳完全燃烧生 成 CO2(g)时对应的热量，而 B 项产物为 CO(g)，不符合定义；反应热的大小与反应物所具有 的能量和生成物所具有的能量有关。 答案：D 4．(2012·松原高二检测)下列说法错误的是( ) A．热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH 表示标准状况下的数据 B．热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只代表物质的量 C．同一化学反应，化学计量数不同，ΔH 不同；化学计量数相同而状态不同，ΔH 也不 相同 D．化学反应过程所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比 解析：热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH 表示 25℃，101 kPa 下的数据。 答案：A 5．下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( ) A．生成物总能量一定低于反应物总能量 B．等量 H2 在 O2 中完全燃烧，生成 H2O(g)与生成 H2O(l)放出的能量相同 C．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变 D．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH 不同 解析：放热反应的特点是生成物总能量低于反应物总能量，吸热反应的特点是生成物 总能量高于反应物总能量，A 选项错误；等量 H2 在 O2 中完全燃烧，生成 H2O(g)比生成 H2O(l) 放出的能量少，B 选项错误；盖斯定律表明：焓变与反应过程无关，只与反应始态和终态有 关，C 选项正确；同一反应的ΔH 不因反应条件的改变而改变，D 选项错误。 答案：C 6．实验室进行中和热测定的实验时除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外，所用 的其他仪器和试剂均正确的一组是( ) A．0.50 mol·L－1 盐酸，0.50 mol·L－1NaOH 溶液，100 mL 量筒 1 个 B．0.50 mol·L－1 盐酸，0.55 mol·L－1NaOH 溶液，100 mL 量筒 2 个 C．0.50 mol·L－1 盐酸，0.55 mol·L－1NaOH 溶液，50 mL 量筒 1 个 D．0.50 mol·L－1 盐酸，0.55 mol·L－1NaOH 溶液，50 mL 量筒 2 个 解析：为了减少热量散失，HCl 和 NaOH 应有一方过量，取 HCl 和 NaOH 溶液不能用同一 个量筒。 答案：D 7．我国拥有较丰富的地热资源，其开发利用前景广阔。下列关于地热能说法正确的是 ( ) ①可以用于洗浴、发电以及供暖等方面 ②与煤炭、石油、天然气一样都是化石能源 ③主要源于地球内部放射性元素衰变产生的能量 ④与地下水结合可形成热水型地热，释放形式之一是温泉 A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④ 解析：地热能的用途有采暖、发电、种植、养殖、医疗等多个方面；地热能是来自地 球内部的能量，不属于化石能源，是地球内部放射性元素衰变释放的能量；地热能与地下 水结合就变成地下热水或蒸汽，这些地下热水沿着断层或裂隙上升到地表，就形成温泉等。 答案：C 8．航天燃料从液态变为固态，是一项技术突破。铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出 巨大的能量，每千克的铍完全燃烧放出的热量为 62 700 kJ。则铍燃烧的热化学方程式正确 的是( ) A．Be＋1 2 O2===BeO ΔH＝－564.3 kJ·mol－1 B．Be(s)＋1 2 O2(g)===BeO(s) ΔH＝＋564.3 kJ·mol－1 C．Be(s)＋1 2 O2(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3 kJ·mol－1 D．Be(s)＋1 2 O2(g)===BeO(g) ΔH＝－564.3 kJ 解析：根据题意，1 mol Be 完全燃烧放出的热量为 62 700 kJ÷(1 000÷9) mol＝564.3 kJ·mol－1。根据热化学方程式的书写规则，必须标明反应物和生成物的状态，可知 A 错误； 放出热量的反应，ΔH 符号为“－”，B 错误；ΔH 的单位应该是“kJ·mol－1”，D 错误。 答案：C 9．(2012·长郡检测)下列关于反应能量的说法正确的是( ) A．Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s) ΔH＝－216 kJ·mol－1， 则反应物总能量大于生成物总能量 B．若一定条件下，A===B ΔH<0，说明 A 物质比 B 物质稳定 C．101 kPa 时，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1， 则 H2 的燃烧热为 571.6 kJ·mol－1 D．H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1， 含 1 mol NaOH 的溶液与含 0.5 mol H2SO4 的浓硫酸混合后放出 57.3 kJ 的热量 解析：ΔH<0，说明该反应为放热反应，A 项正确；物质所具有的能量越低其稳定性越好， B 物质更稳定，B 错误；燃烧热是 1 mol 该物质燃烧放出的热量，C 项错误；在稀溶液中的 强酸与强碱的反应，才放出 57.3 kJ 热量，D 项错误。 答案：A 10．已知反应： ①101 kPa 时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1 ②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 下列结论正确的是( ) A．碳的燃烧热大于 110.5 kJ·mol－1 B．①的反应热为 221 kJ·mol－1 C．稀硫酸与稀 NaOH 溶液反应的中和热为－57.3 kJ·mol－1 D．稀醋酸与稀 NaOH 溶液反应生成 1 mol 水，放出 57.3 kJ 热量 解析：1 mol C 不完全燃烧生成 CO 放出热量 221 kJ÷2＝110.5 kJ，则 1 mol C 完全燃 烧生成 CO2 放出热量大于 110.5 kJ，即 C 的燃烧热大于 110.5 kJ·mol－1；反应①的反应热为 －221 kJ·mol－1；稀硫酸与稀 NaOH 溶液反应的中和热为 57.3 kJ·mol－1；醋酸是弱酸，与 NaOH 溶液中和生成 1 mol 水时放出的热量应小于 57.3 kJ。 答案：A 11．已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol； 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ/mol。 现有 0.2 mol 的炭粉和氢气组成的混合物在氧气中完全燃烧，共放出 63.53 kJ 热量， 则混合物中 C 与 H2 的物质的量之比为( ) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶3 D．3∶2 解析：设混合物中有炭粉 x mol，氢气 y mol， 则 x＋y＝0.2 mol ①， 393．5x＋241.8y＝63.53 ②， 解①②组成的方程组得：x＝0.1 mol，y＝0.1 mol， 即两者的物质的量之比为 1∶1。 答案：A 12．(2012·抚顺一中高二期中检测)充分燃烧一定量的丁烷气体放出的热量为 Q。完全 吸收它生成的 CO2 气体生成正盐，需 5 mol·L－1 的 NaOH 溶液 100 mL，则丁烷的燃烧热为 ( ) A．16Q B．8Q C．4Q D．2Q 解析：由 C4H10～4CO2～8 NaOH 得， n(C4H10)＝1 8 ×0.1 L×5 mol·L－1＝ 1 16 mol， 所以丁烷的燃烧热为 Q kJ 1 16 mol ＝16Q kJ/mol。 答案：A 13．有关键能(破坏 1 mol 共价键吸收的能量)数据如表 化学键 Si—O O===O Si—Si 键能/kJ·mol－1 X 498.8 176 晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为 Si(s)＋O2(g)===SiO2(s) ΔH＝－989.2 kJ·mol －1，则 X 的值为(已知 1 mol Si 中含有 2 mol Si—Si 键，1 mol SiO2 中含有 4 mol Si—O 键)( ) A．423.3 B．460 C．832 D．920 解析：反应热等于反应物键能总和减去生成物的键能总和，则：ΔH＝2×176＋498.8－ 4X＝－989.2 (kJ·mol－1)，X＝460 (kJ·mol－1)。 答案：B 14．(2012·抚顺六校模拟)在 25℃、101 kPa 条件下，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃烧 热分别为 393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、870.3 kJ/mol，则 2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l) 的反应热为( ) A．－488.3 kJ/mol B．＋488.3 kJ/mol C．－191 kJ/mol D．＋191 kJ/mol 解析：由题意可知：C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol ① H2(g)＋1 2 O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol ② CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－870.3 kJ/mol ③ ①×2＋②×2－③即得： 2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)ΔH＝－488.3 kJ/mol。 答案：A 15．S(单斜)和 S(正交)是硫的两种同素异形体。 已知：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1 ②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1 ③S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3 下列说法正确的是( ) A．ΔH3＝＋0.33 kJ·mol－1 B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应 C．S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3<0，正交硫比单斜硫稳定 D．S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3>0，单斜硫比正交硫稳定 解析：由题意知，根据盖斯定律③＝①－②，即ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－297.16 kJ·mol－1－(－ 296.83 kJ·mol－1)＝－0.33 kJ·mol－1，所以 S(单斜，s)===S(正交，s)为放热反应，说明 S(单 斜，s)能量高，相对不稳定，S(正交，s)能量低，相对稳定，故选 C。 答案：C 16．(2012·济源一中高二月考)已知 CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－Q1① 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－Q2② H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－Q3③ 常温下，取体积比为 4∶1 的甲烷和 H2 的混合气体 112 L(标准状况下)，经完全燃烧后 恢复到常温，则放出的热量为( ) A．4Q1＋0.5Q2 B．4Q1＋Q2＋10Q3 C．4Q1＋2Q2 D．4Q1＋0.5Q2＋9Q3 解析：③×2＋①得 CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－(Q1＋2Q3)，③×2＋② 得 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－(Q2＋2Q3)。112 L 混合气体中含甲烷、H2 的物质的量分 别为 4 mol、1 mol，则该混合气体完全燃烧后恢复到常温放出的热量为：4×(Q1＋2Q3)＋1 2 (Q2 ＋2Q3)＝4Q1＋0.5Q2＋9Q3。 答案：D 二、非选择题(本题包括 6 小题，共 52 分) 17．(8 分)依据事实，写出下列反应的热化学方程式。 (1)在 25℃、101 kPa 下，1 g 甲醇燃烧生成 CO2 和液态水时放热 22.68 kJ。则表示甲 醇燃烧热的热化学方程式为________________________________。 (2)若适量的 N2 和 O2 完全反应，每生成 23 g NO2 需要吸收 16.95 kJ 热量，则表示该反 应的热化学方程式为___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)用 NA 表示阿伏加德罗常数，在 C2H2(气态)完全燃烧生成 CO2 和液态水的反应中，每 有 5NA 个 电 子 转 移 时 ， 放 出 650 kJ 的 热 量 ， 则 表 示 该 反 应 的 热 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 解析：(1)CH3OH(l)＋3 2 O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)， 1 mol CH3OH 燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出热量为 32 g×22.68 kJ 1 g ＝725.76 kJ。 (2)N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)，生成 2 mol NO2 吸收的热量为 92 g×16.95 23 g kJ＝67.8 kJ。 (3)2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)，反应中转移 20 e－，因此转移 20NA 个电子放 出的热量为 20NA×650 kJ 5NA ＝2 600 kJ。 答案：(1)CH3OH(l)＋3 2 O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－725.76 kJ·mol－1 (2)N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.8 kJ·mol－1 (3)2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2 600 kJ·mol－1 18．(8 分)用 CH4 催化还原 NOx 可以消除氮氧化物的污染。例如： CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－574 kJ/mol， CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－1 160 kJ/mol； 若用标准状况下 4.48 L CH4 还原 NO2 至 N2，整个过程中转移电子总数为______(阿伏加 德罗常数的值用 NA 表示)，放出的热量为______kJ。 解析：将两热化学方程式相加得 2CH4(g)＋4NO2(g)===2N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1734 kJ/mol， 可以看出 2×22.4 L CH4 被氧化转移电子总数为 16NA，放出热量 1 734 kJ，故 4.48 L 转移电子总数为 1.6NA，放出热量 173.4 kJ。 答案：1.60NA(或 1.6NA) 173.4 19．(8 分)(2012·东北师大附中期中模拟)在化学反应中，只有极少数能量比平均能量 高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子称为活化分子，使普通分 子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用 kJ/mol 表示。请认真 观察下图，然后回答问题： (1) 图 中 所 示 反 应 是 ________( 填 “ 吸 热 ” 或 “ 放 热 ”) 反 应 ， 该 反 应 的 ΔH ＝ ________(用含 E1、E2 的代数式表示)。 (2)下列 4 个反应中，符合示意图描述的反应的是________(填代号)。 a．盐酸与 NaOH 反应 b．Na 与 H2O 反应生成 H2 c．铝热反应 d．灼热的碳与 CO2 反应 解析：(1)据图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，ΔH＝ (E2－E1)kJ/mol。 (2)由于反应物的总能量低于活化分子的最低能量，因此反应需要加热，而且该反应为 放热反应，c 正确。 答案：(1)放热 (E2－E1)kJ/mol (2)c 20．(8 分)(2010·北京高考改编)在微生物作用的条件下，NH ＋ 4 经过两步反应被氧化成 NO－ 3 。这两步的能量变化示意图如下： (1)第二步反应是________反应(选填“放热”或“吸热”)，判断依据是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)1 mol NH＋ 4 (aq)全部氧化成 NO－ 2 (aq)的热化学方程式是___________________。 解析：(1)由题意知，NH ＋ 4 第一步氧化为 NO－ 2 ，第二步 NO － 2 氧化为 NO－ 3 ，第二步反应中， 反应物的总能量高于生成物的总能量，故第二步反应为放热反应。 (2)1 mol NH ＋ 4 全部氧化成 NO － 2 时，放出 273 kJ 的热量，则反应的热化学方程式为：NH＋ 4 (aq) ＋3 2 O2(g)===NO－ 2 (aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l) ΔH＝－273 kJ/mol。 答案：(1)放热 ΔH＝－73 kJ/mol(或反应的总能量大于生成物的总能量) (2)NH＋ 4 (aq)＋3 2 O2(g)===NO－ 2 (aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l) ΔH＝－273 kJ/mol 21．(10 分)金刚石和石墨均为碳的同素异形体，氧气不足时它们燃烧生成一氧化碳， 充分燃烧时生成二氧化碳， 反应中放出的热量如图所示。 (1)等量金刚石和石墨完全燃烧________(填“金刚石”或“石墨”)放出热量更多，写 出 表 示 石 墨 燃 烧 热 的 热 化 学 方 程 式 ________________________________________________。 (2)在通常状况下，________(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，写出石墨转化为金刚 石的热化学方程式__________________________________________。 (3)12 g 石 墨 在 一 定 量 空 气 中 燃 烧 ， 生 成 气 体 36 g ， 该 反 应 放 出 的 热 量 为 ______________。 解析：(1)根据图示可知：C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.4 kJ/mol ①， C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－110.5 kJ/mol＋(－283.0 kJ/mol)＝－393.5 kJ/mol ②，所以等量金刚石和石墨燃烧时，金刚石放出热量多，石墨相对更加稳定。 (2)根据盖斯定律，②－①得 C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.9 kJ/mol。 (3)12 g 石墨完全燃烧生成 44 g CO2，不完全燃烧全生成 CO 质量为 28 g，所以 36 g 气体必为 CO2 和 CO 的混合气，设 CO、CO2 的物质的量分别为 x、y， 则 x＋y＝1 mol， x×28 g/mol＋y×44 g/mol＝36 g。 解得 x＝0.5 mol， y＝0.5 mol。 所以放出热量为 0.5 mol×110.5 kJ/mol＋0.5 mol×393.5 kJ/mol＝252.0 kJ。 答案：(1)金刚石 C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol (2)石墨 C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.9kJ/mol (3)252.0 kJ 22．(10 分)环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污 染，科学家构想了利用太阳能促进燃料的循环使用，其构想可用下图表示： 其中主要的反应为： ①2CO2=====光能 2CO＋O2 ②2H2O=====光能 2H2＋O2 ③2N2＋6H2O=====光能 4NH3＋3O2 ④2CO2＋4H2O――→光能 2CH3OH＋3O2 ⑤________＋H2O――→光能 CH4＋________。 请你填空： (1)请你将反应⑤补充完整_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)过程Ⅱ中的ΔH________0(填“<”“>”或“＝”)。 (3)下列对过程Ⅰ和Ⅱ的描述中正确的是________。 a．太阳能最终转化为化学能贮存于化学物质中 b．太阳能最终主要转化为热能 c．经过上述一个循环后放出 O2 d．经过上述一个循环后不会产生新物质 (4)要实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)， 此过程的设计可参考自然界中________作用。 解析：分析图示，其主要的反应均生成的是可燃物和氧气，结合质量守恒，可将反应 ⑤补充完整；过程Ⅱ是燃烧反应，均放热，故ΔH<0；综合两过程，其将化学能转化为热能 使用，一个循环后没有新物质生成；当前需要解决的关键是过程Ⅰ。 答案：(1)CO2＋2H2O――→光能 CH4＋2O2 (2)< (3)bd (4)Ⅰ 光合