跟踪检测（三十二）化学能与热能（1）——基本概念一课过（过基础）1．最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：下列说法中正确的是( )A．CO和O生成CO2是吸热反应B．在该过程中，CO断键形成C和OC．CO和O形成了具有极性共价键的CO2D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程解析：选C 由题图可知，CO和O生成CO2是放热反应，A错误；由状态Ⅰ、状态Ⅱ可知，CO没有断键，B错误；CO2中碳氧键为极性共价键，C正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，不是CO与O2反应的过程，D错误。2.已知2X(g)＋2Y(g)3Z(g)＋W(g) ΔH，反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是( )A．ΔH＝E2－E1B．正反应的活化能等于E3C．加入高效催化剂，ΔH减小D．恒压下充入一定量的氦气，n(Z)不变解析：选D ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E1－E2，故A错误；正反应的活化能＝E3－E2，故B错误；催化剂对反应的热效应无影响，故C错误；恒压条件下充入一定量的氦气，该反应平衡不移动，n(Z)不变，故D正确。3．(2021·永州联考)反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，其热化学方程式正确的是( )
A．N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)ΔH＝＋2(b＋c－a)kJ·mol－1B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝＋2(b－a)kJ·mol－1C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)ΔH＝－2(b＋c－a)kJ·mol－1D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－(a＋b)kJ·mol－1解析：选C 由题图可知，反应物的能量高，则合成氨的反应为放热反应，由于molN2(g)和molH2(g)的总能量比1molNH3(g)的能量大(b－a)kJ，故热化学方程式为N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH＝－(b－a)kJ·mol－1，则N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－2(b－a)kJ·mol－1，故B、D错误；由于molN2(g)和molH2(g)的总能量比1molNH3(l)的能量大(b＋c－a)kJ，故热化学方程式为N2(g)＋H2(g)NH3(l) ΔH＝－(b＋c－a)kJ·mol－1，则N2(g)＋3H2(g)2NH3(l) ΔH＝－2(b＋c－a)kJ·mol－1，故A错误，C正确。4．将V1mL1.0mol·L－1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50mL)。下列叙述正确的是( )A．做该实验时环境温度为22℃B．该实验表明热能可转化为化学能C．NaOH溶液的浓度约为1.5mol·L－1D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应解析：选C 温度为22℃时加入盐酸5mL，则不是做该实验时的环境温度，故A错误；该实验表明HCl溶液与NaOH溶液反应是放热的反应，即表明化学能可转化为热能，故B
错误；恰好反应时参加反应的盐酸的体积是30mL，由V1＋V2＝50mL可知，消耗的NaOH溶液的体积为20mL，恰好反应时NaOH溶液中溶质的物质的量是n，由HCl＋NaOH===NaCl＋H2O可知，n＝1.0mol·L－1×0.03L＝0.03mol，所以浓度c＝＝1.5mol·L－1，故C正确；只是该反应放热，其他有水生成的反应不一定是放热反应，如氯化铵和氢氧化钡晶体的反应，故D错误。5．(江苏高考)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)ΔH1＝571.6kJ·mol－1②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH2＝131.3kJ·mol－1③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)ΔH3＝206.1kJ·mol－1A．反应①中电能转化为化学能B．反应②为放热反应C．反应③使用催化剂，ΔH3减小D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝74.8kJ·mol－1解析：选D 反应①是太阳能转化为化学能，A不正确；反应②中ΔH2＞0，是吸热反应，B不正确；反应③使用催化剂不能改变反应的焓变，ΔH不变，C不正确；D项中，由盖斯定律，反应③－②可得CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝74.8kJ·mol－1，正确。6．下列有关能量的判断和表示方法正确的是( )A．由C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.9kJ·mol－1，可知：石墨比金刚石更稳定B．等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出的热量更多C．由H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3kJ·mol－1，可知：含1molCH3COOH的溶液与含1molNaOH的溶液混合，放出热量等于57.3kJD．2gH2完全燃烧生成液态水放出285.8kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8kJ解析：选A 石墨转化为金刚石的过程是吸热反应，金刚石能量高，石墨比金刚石更稳定，A正确；等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，固体硫变为蒸气需要吸收热量，前者放出热量更多，B错误；含1molCH3COOH的溶液与含1molNaOH的溶液混合，醋酸为弱酸，溶于水电离需要吸热，放出热量小于57.3kJ，C错误；2gH2的物质的量为1mol
，此反应为放热反应，ΔH<0，故氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝2×(－285.8kJ·mol－1)＝－571.6kJ·mol－1，D错误。7．氯原子对O3的分解有催化作用：O3＋Cl===ClO＋O2 ΔH1ClO＋O===Cl＋O2 ΔH2该反应的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是( )A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E2B．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E2－E3C．反应O3＋O===2O2是吸热反应D．反应O3＋O===2O2的ΔH＝ΔH1＋ΔH2解析：选D A项和B项，依据图像得出反应O3＋O===2O2为放热反应，ΔH＝E3－E2；C项，该反应为放热反应；D项，根据盖斯定律，得ΔH＝ΔH1＋ΔH2。8．在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放出22.68kJ热量，下列热化学方程式正确的是( )A．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝＋725.76kJ·mol－1B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－1451.52kJ·mol－1C．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－725.76kJ·mol－1D．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝＋1451.52kJ·mol－1解析：选B 因1mol甲醇燃烧生成CO2和液态水，放出22.68kJ·g－1×32g＝725.76kJ热量，所以2mol甲醇燃烧生成CO2和液态水的ΔH＝－1451.52kJ·mol－1。9．真空碳热还原——氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：①Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋1344.1kJ·mol－1
②2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)ΔH2＝＋1169.2kJ·mol－1③Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)ΔH3＝QkJ·mol－1下列有关说法正确的是( )A．反应①中化学能转化为热能B．反应②中若生成液态铝，则反应热应大于ΔH2C．反应③中生成1molAlCl3(g)时，需要吸收174.9kJ的热量D．该生产工艺中能循环利用的物质只有AlCl3解析：选B ΔH1>0，说明反应①是吸热反应，需要从外界吸收能量，热能转化为化学能，A项错误；液态铝转化成固态铝，放出热量，ΔH<0，因此生成液态铝的反应热大于ΔH2，B项正确；根据盖斯定律，由①－②＝③，则ΔH3＝(＋1344.1－1169.2)kJ·mol－1＝＋174.9kJ·mol－1，因此生成1molAlCl3(g)吸收的热量是174.9kJ÷2＝87.45kJ，C项错误；该生产工艺中可以循环使用的物质是AlCl3和Cl2，D项错误。10．1mol石墨在一定条件下完全转化为金刚石，其能量变化如图所示，ΔE1＝393.5kJ、ΔE2＝395.4kJ，下列说法正确的是( )A．石墨完全转化为金刚石需吸收能量B．石墨转化为金刚石属于物理变化C．金刚石比石墨稳定D．1mol金刚石的能量大于1molCO2的能量解析：选A 由题图可知物质的量均为1mol的石墨与金刚石燃烧变成CO2时，金刚石放出热量多，则金刚石能量高，石墨完全转化为金刚石需吸收能量，A正确；石墨转化为金刚石发生的是化学反应，属于化学变化，B错误；金刚石的能量大于石墨的能量，物质的能量越大越不稳定，则石墨比金刚石稳定，C错误；根据以上分析可知，1mol金刚石和1mol氧气的总能量高于1molCO2的能量，D错误。11．发射航天器用的运载火箭使用的是以液氢为燃烧剂，液氧为氧化剂的高能低温推进剂，已知：
①H2(g)===H2(l) ΔH1＝－0.92kJ·mol－1②O2(g)===O2(l) ΔH2＝－6.84kJ·mol－1下列说法正确的是( )A．H2(g)与O2(g)反应生成H2O(g)放热483.6kJ·mol－1B．氢气的燃烧热ΔH＝－241.8kJ·mol－1C．火箭中液氢燃烧的热化学方程式为2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－474.92kJ·mol－1D．H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－88kJ·mol－1解析：选C 由题图可知，每2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)放热483.6kJ，选项中未指明反应物的物质的量，故A错误；氢气的燃烧热ΔH＝kJ·mol－1＝－285.8kJ·mol－1，故B错误；由盖斯定律可知，火箭中液氢燃烧的热化学方程式为2H2(l)＋O2(l)===2H2O(g) ΔH＝－(483.6－2×0.92－6.84)kJ·mol－1＝－474.92kJ·mol－1，故C正确；H2O(g)===H2O(l) ΔH＝kJ·mol－1＝－44kJ·mol－1，故D错误。12．已知：1gC(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2kJ的热量；氧化亚铜与氧气反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )A．碳[C(s)]的燃烧热ΔH＝－110.4kJ·mol－1B．1molCuO分解生成Cu2O放出73kJ的热量C．反应2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)的活化能为292kJ·mol－1D．足量炭粉与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)＋2CuO(s)===Cu2O(s)＋CO(g)ΔH＝＋35.6kJ·mol－1
解析：选D 1gC(s)燃烧生成CO放出9.2kJ的热量，则1molC(s)燃烧生成CO(g)放出的热量为9.2kJ×12＝110.4kJ，根据燃烧热的概念可知，碳[C(s)]的燃烧热ΔH不等于－110.4kJ·mol－1，A错误；由图可得①2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s) ΔH＝－292kJ·mol－1，故1molCuO分解生成Cu2O吸收73kJ的热量，B错误；由题图可知，反应2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)的活化能为348kJ·mol－1，C错误；C(s)燃烧生成CO(g)的热化学方程式为②2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－220.8kJ·mol－1，根据盖斯定律，由②×－①×可得C(s)＋2CuO(s)===Cu2O(s)＋CO(g)的ΔH＝(－220.8kJ·mol－1)×－(－292kJ·mol－1)×＝＋35.6kJ·mol－1，D正确。13．依据事实写出下列反应的热化学方程式。(1)1g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需要吸收10.94kJ热量，此反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知2.0g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时，放出33.4kJ的热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为________________________________________________________________________。(3)2molAl(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出1669.8kJ的热量。此反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)2.3g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全燃烧，生成2.7g液态水和2.24LCO2(标准状况)并放出68.35kJ的热量。写出此反应的热化学方程式：____________________________________________________________________________________。解析：(1)1g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2，需吸收10.94kJ热量，则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.28kJ·mol－1。(2)2.0g肼气体完全燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4kJ热量，则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534.4kJ·mol－1。(3)2molAl(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s)，放出1669.8kJ
的热量，则此反应的热化学方程式为4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－1669.8kJ·mol－1×2＝－3339.6kJ·mol－1。(4)通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素，可能含有氧元素。n(H2O)＝＝0.15mol，n(H)＝0.3mol，m(H)＝0.3g，n(CO2)＝＝0.1mol，n(C)＝0.1mol，m(C)＝1.2g，则碳元素和氢元素的质量之和是0.3g＋1.2g＝1.5g<2.3g，故该有机物中还含有氧元素，氧元素的质量是2.3g－1.5g＝0.8g，n(O)＝0.05mol，从而可确定该有机物的分子式为C2H6O，该液态有机物为C2H5OH(l)，故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1367kJ·mol－1。答案：(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.28kJ·mol－1(2)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534.4kJ·mol－1(3)4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－3339.6kJ·mol－1(4)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1367kJ·mol－114．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。(1)蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧和水汽化的热化学方程式分别为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802.3kJ·mol－1H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44kJ·mol－1则356g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水，放出的热量为________。(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压时，当1g丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量50kJ。试写出该状态下表示丁烷燃烧热的热化学方程式：________________________________________________________________。(3)环境保护问题正越来越受到关注，二氧化碳是主要的温室气体，而节能减排可以有效地降低二氧化碳的排放量。有效“减碳”的手段之一是节能。下列制氢方法最节能的是________(填字母)。A．电解水制氢：2H2O2H2↑＋O2↑B．高温使水分解制氢：2H2O2H2↑＋O2↑C．太阳光催化分解水制氢：2H2O2H2↑＋O2↑D．天然气制氢：CH4＋H2OCO＋3H2
解析：(1)将题给反应依次编号为①、②，根据盖斯定律①－2×②可得CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－802.3kJ·mol－1－2×44kJ·mol－1＝－890.3kJ·mol－1,356g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)中甲烷的物质的量为2mol，所以完全燃烧放出的热量为1780.6kJ。(2)根据燃烧热的定义，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所释放的热量，所以该状态下丁烷燃烧热的热化学方程式为C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l) ΔH＝－2900kJ·mol－1。(3)电解水需要大量的电能，A错误；高温使水分解需要大量的燃料，并产生大量的CO2及其他污染环境的气体，B错误；太阳能是自然存在的，最节能，C正确；天然气高温制氢气也需要大量的燃料，D错误。答案：(1)1780.6kJ(2)C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝－2900kJ·mol－1(3)C15．(1)甲烷重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：反应过程化学方程式焓变ΔH(kJ·mol－1)甲烷氧化CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH1CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)－322.0蒸汽重整CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)＋206.2CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)＋165.0①反应CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。②甲烷的燃烧热为ΔH2，则ΔH2________ΔH1(填“>”“＝”或“<”)。(2)物质(t－BuNO)2在正庚烷溶剂中发生如下反应：(t－BuNO)22(t－BuNO) ΔH实验测得该反应的ΔH＝＋50.5kJ·mol－1，活化能Ea＝90.4kJ·mol－1。下列能量关系图合理的是________。
解析：(1)①由蒸汽重整的两个反应可知，利用第二个反应减去第一个反应则得出该反应的ΔH＝(165.0－206.2)kJ·mol－1＝－41.2kJ·mol－1。②表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH2，生成液态水比生成气态水释放出的热量多，故ΔH2<ΔH1。(2)由实验测得该反应的ΔH＝＋50.5kJ·mol－1，可知该反应是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量。可排除能量关系图B和C，又依据活化能Ea＝90.4kJ·mol－1，Ea－ΔH<50.5kJ·mol－1，能量关系图A中，Ea－ΔH>50.5kJ·mol－1，Ea与ΔH的比例不正确。而能量关系图D是合理的。答案：(1)①－41.2 ②<(2)D
