高中化学选修四：化学反应与能量变化练习题

高中化学选修四：化学反应与能量变化练习题化学反应的发生往往伴随着能量的变化，这种能量变化通常表现为热量的吸收或释放。深入理解化学反应中的能量变化，不仅有助于我们把握化学反应的本质，更能为生产实践中的能量利用提供理论指导。本章的学习，核心在于焓变的概念、热化学方程式的书写与意义，以及盖斯定律的灵活运用。通过以下练习，我们将对这些知识点进行巩固与深化。一、选择题（每小题只有一个选项符合题意）1.下列关于化学反应与能量的说法正确的是（）A.化学反应中一定伴随着能量的变化，其表现形式只有热能B.放热反应在常温下一定能自发进行，吸热反应在常温下一定不能自发进行C.反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应D.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应2.已知反应A(g)+B(g)=C(g)+D(g)的焓变ΔH=+QkJ/mol(Q>0)，下列说法正确的是（）A.该反应为放热反应B.反应物的总能量高于生成物的总能量C.反应体系中，物质A的能量一定高于物质C的能量D.在相同条件下，1molA(g)和1molB(g)的总能量一定低于1molC(g)和1molD(g)的总能量3.下列热化学方程式书写正确的是（）A.2SO₂+O₂=2SO₃ΔH=-196.6kJ/molB.H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(l)ΔH=-285.8kJ/molC.C(s)+O₂(g)=CO₂(g)ΔH=+393.5kJ/molD.CaCO₃(s)=CaO(s)+CO₂(g)ΔH=-178.5kJ/mol4.已知在25℃、101kPa下，1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143kJ，则下列热化学方程式正确的是（）A.2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)ΔH=-143kJ/molB.2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)ΔH=+572kJ/molC.2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)ΔH=-572kJ/molD.H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)ΔH=-286kJ/mol5.运用盖斯定律可计算一些难以直接测定的反应的焓变。已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)ΔH₁=-Q₁kJ/molC(s)+1/2O₂(g)=CO(g)ΔH₂=-Q₂kJ/mol则反应CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)的ΔH为（）A.-(Q₁-Q₂)kJ/molB.-(Q₁+Q₂)kJ/molC.-(Q₂-Q₁)kJ/molD.+(Q₁-Q₂)kJ/mol二、填空题6.已知拆开1molH-H键、1molN-H键、1molN≡N键分别需要吸收的能量为436kJ、391kJ、946kJ。则1molN₂(g)与3molH₂(g)完全反应生成2molNH₃(g)的焓变ΔH=______kJ/mol，该反应为______（填“吸热”或“放热”）反应。7.写出下列反应的热化学方程式：（1）1mol甲烷（CH₄）气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，放出890kJ的热量：______。（2）1mol碳在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳气体，放出110.5kJ的热量：______。三、计算题8.已知下列热化学方程式：①Fe₂O₃(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO₂(g)ΔH₁=-25kJ/mol②3Fe₂O₃(s)+CO(g)=2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)ΔH₂=-47kJ/mol③Fe₃O₄(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO₂(g)ΔH₃=+19kJ/mol请写出FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO₂(g)的热化学方程式。9.中和热是指在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1mol液态水时所释放的热量。某学生用50mL0.50mol/L的盐酸与50mL0.55mol/L的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热。回答下列问题：（1）从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是______。（2）若实验过程中，测得反应前盐酸和NaOH溶液的平均温度为t₁℃，反应后混合溶液的温度为t₂℃，混合溶液的比热容c=4.18J/(g·℃)，混合溶液的密度均近似为1g/cm³。则该实验中生成1mol水时放出的热量为______（写出表达式，不用计算具体数值）。（3）若用相同浓度和体积的醋酸代替盐酸进行上述实验，测得的中和热的数值会______（填“偏大”、“偏小”或“无影响”），其原因是______。参考答案与解析一、选择题1.C解析：化学反应中的能量变化形式多样，除热能外，还可能有电能、光能等，A项错误；反应能否自发进行受多种因素影响，放热反应常温下不一定自发，吸热反应也可能自发，如氯化铵与氢氧化钡的反应，B项错误；反应物总能量高于生成物总能量，反应放热，C项正确；需要加热的反应不一定是吸热反应，如碳的燃烧需要加热引发，但为放热反应，D项错误。2.D解析：ΔH=+QkJ/mol>0，该反应为吸热反应，A项错误；吸热反应中，反应物总能量低于生成物总能量，B项错误；反应物总能量低于生成物总能量，是指所有反应物的总能量之和低于所有生成物的总能量之和，不能单指某一种反应物和某一种生成物的能量关系，C项错误，D项正确。3.B解析：热化学方程式需注明物质的聚集状态，A项未注明，错误；氢气燃烧为放热反应，ΔH为负值，B项正确；碳燃烧生成二氧化碳为放热反应，ΔH应为负值，C项错误；碳酸钙分解为吸热反应，ΔH应为正值，D项错误。4.C解析：1g氢气的物质的量为0.5mol，完全燃烧生成液态水放出143kJ热量，则2mol氢气（4g）完全燃烧生成液态水放出的热量为143kJ×4=572kJ。放热反应ΔH为负值，且水的状态应为液态，C项正确。A项热量数值错误，B项ΔH符号错误，D项水的状态错误。5.A解析：根据盖斯定律，将第一个方程式减去第二个方程式，即可得到目标方程式：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)，则ΔH=ΔH₁-ΔH₂=-Q₁kJ/mol-(-Q₂kJ/mol)=-(Q₁-Q₂)kJ/mol，A项正确。二、填空题6.-92；放热解析：反应的焓变ΔH=反应物总键能-生成物总键能。N₂+3H₂=2NH₃，断裂1molN≡N键和3molH-H键，吸收能量：946kJ+3×436kJ=946+1308=2254kJ；形成6molN-H键（2molNH₃含6molN-H键），释放能量：6×391kJ=2346kJ。ΔH=2254kJ-2346kJ=-92kJ/mol，ΔH<0，为放热反应。7.（1）CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)ΔH=-890kJ/mol（2）C(s)+1/2O₂(g)=CO(g)ΔH=-110.5kJ/mol解析：书写热化学方程式时，需注明各物质的聚集状态，ΔH的数值与化学计量数相对应，并标明“+”、“-”号。三、计算题8.FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO₂(g)ΔH=-11kJ/mol解析：目标方程式为FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO₂(g)。观察已知方程式：①Fe₂O₃(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO₂(g)ΔH₁=-25kJ/mol②3Fe₂O₃(s)+CO(g)=2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)ΔH₂=-47kJ/mol③Fe₃O₄(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO₂(g)ΔH₃=+19kJ/mol采用“消元法”：首先，将①式乘以3，得：3Fe₂O₃(s)+9CO(g)=6Fe(s)+9CO₂(g)ΔH₁'=-75kJ/mol(3×①)然后，用此式减去②式：[3Fe₂O₃(s)+9CO(g)]-[3Fe₂O₃(s)+CO(g)]=6Fe(s)+9CO₂(g)-[2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)]化简得：8CO(g)=6Fe(s)+8CO₂(g)-2Fe₃O₄(s)ΔH=ΔH₁'-ΔH₂=-75kJ/mol-(-47kJ/mol)=-28kJ/mol即：2Fe₃O₄(s)+8CO(g)=6Fe(s)+8CO₂(g)ΔH₄=-28kJ/mol(记为④式)将③式乘以2：2Fe₃O₄(s)+2CO(g)=6FeO(s)+2CO₂(g)ΔH₃'=+38kJ/mol(2×③)用④式减去此式：[2Fe₃O₄(s)+8CO(g)]-[2Fe₃O₄(s)+2CO(g)]=6Fe(s)+8CO₂(g)-[6FeO(s)+2CO₂(g)]化简得：6CO(g)=6Fe(s)+6CO₂(g)-6FeO(s)ΔH=ΔH₄-ΔH₃'=-28kJ/mol-38kJ/mol=-66kJ/mol两边同除以6，得到目标方程式：FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO₂(g)ΔH=-11kJ/mol。9.（1）环形玻璃搅拌棒（2）[4.18×(50+50)×(t₂-t₁)/1000]/(0.050×0.50)kJ/mol(或其他合理表达式，关键在于计算出生成水的物质的量为0.025mol)解析：生成水的物质的量以不足量的HCl计算，n(H₂O)=0.050L×0.50mol/L=0.025mol。放出的总热量Q=cmΔt=4.18J/(g·℃)×(50g+50g)×(t₂-t₁)℃=4.18×100×(t₂-t₁)J=418(t₂-t₁)J=0.418(t₂-t₁)kJ。则生成1mol水放出的热量为0.418(t₂-t₁)kJ/0.025mol。（3）偏小；醋酸为弱酸，电离过程吸热解析：醋酸是弱电解质，在溶液中电离时会吸收热量，导致测得的反应放出的总热量偏小，从而计算出的中和热数值偏小。总结与反思本章的练习旨在检验对化学反应中能量变化基本概念、热化学方程式书写规则以及盖斯定律应用的掌握程度。从练习情况来看，需要特别注意以下几点：1.焓变的正负值：放热反应ΔH为负，吸热反应ΔH为正，与反应条件