高中化学竞赛题化学反应中的能量变化.docx
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高中化学竞赛题化学反应中的能量变化
中学化学竞赛试题资源库——化学反应中的能量变化
A组
．“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。
吸食时将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合后摇动即会制冷。
该化学物质是
A氯化钠B固体硝酸铵C固体氢氧化钠D生石灰
．下列物质加入水中显著地放热的是
A固体氢氧化钠B生石灰C无水乙醇D固体硝酸铵
．下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是
①燃烧时发生氧化反应②充分燃烧的产物不污染环境
③乙醇是一种再生能源④燃烧时放出大量热量
A①②③B①②④C①③④D②③④
．为了更好的解决能源问题，人们一方面研究如何提高燃料的燃烧效率，另一方面寻找新能源。
以下做法不能提高燃料效率的是
A煤的汽化与液化B液体燃料呈雾状喷出
C将煤压成煤球使用D将煤粉碎燃烧
．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BBa（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应
C灼热的碳与CO2的反应D甲烷在氧气中的燃烧反应
．将白磷隔绝空气加热到260℃可转变为红磷。
以下说法正确的是
A白磷转变为红磷是一个吸热过程
B红磷比白磷稳定
C白磷转变为红磷需外界提供引发反应的能量
D白磷比红磷稳定
．将1g氢气和4g氧气混合点燃，放出71.45kJ热量，同样条件下1mol氢气在氧气中完全燃烧放出的热量是
A71.45kJB142.9kJC571.6kJD285.8kJ
．1977年在印度洋东南部马德里斯的一个海湾里，一阵飓风过后，海面的巨浪上竟燃烧着熊熊大火。
海水会燃烧的原因是
A时速达280公里的飓风与海水发生剧烈摩擦，产生的巨大热能使水分子分解，引起氢气燃烧
B飓风使海水分子运动速度加快，产生的热能使海水中植物燃烧
C海面上漂浮的油层被氧化而燃烧
D以上叙述都正确
．凡是能够提供某种形式的能量的物质，或是物质运动，统称为能源。
下面是一组有关能源的问题。
（1）“能源分类相关图”如右图所示，四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是
A煤炭、石油、潮汐能
B水能、生物能、天然气
C太阳能、风能、沼气
D地热能、海洋能、核能
（2）煤、石油、天然气和生物能作为能源的共同特点是
A可再生能源，取之不尽，用之不竭B不可再生能源，用一点，少一点
C来自太阳辐射的能量D污染环境的能源
（3）煤、石油、天然气和生物能资源的能量形成和转换利用过程基本上是
A太阳辐射能→化学能→热能B太阳辐射能→机械能→电能
C生物能→电能→化学能→热能D太阳辐射能→机械能→化学能
．关于能源，以下说法中不正确的是
A煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能
B柴草燃烧时释放的能量是生物能
C核能和地热能来自地球自身
D潮汐能来源于月球引力做功
．读下表，完成回答
（1）由表分析，是一种理想的燃料。
（2）试简述这种理想能源的主要优点。
①；③；③。
几种常见燃料的热值表
燃料主要成分
热值（千焦／摩）
酒精
1367
焦炭（C）
300
天然气（主要是CH4）
896
氢气
286
汽油（C8H18为例）
5472
．氦能源是21世纪极其具发前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用。
请在下图的两个空格中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氦能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）。
从能量转换的角度看，过程Ⅱ主要是能转化为能。
．关心父母是青少年的美德。
学生小王为他患糖尿病的父母制作了一口食
谱，为评伦该食普，他获得了下列资料。
请阅读资料回答下列问题。
糖尿病原菌的致病原因之一是胰岛素缺乏。
主要表现为积糖增高，合理的饮食是治疗糖尿病的基础，肥胖者要限制热量，减轻体重；消瘦者要有足够的热量以恢复理想的体重。
饮食中碳水化合物所提供的热量不要高于总热量的55～60%，胆固醇每日摄入量要低于300mg，糖的食用要用节制。
（资料来源：
《中国大百科全书》）
专家对该类病人每日主要营养成分的推荐摄入量和右图食谱的实测数据见下表。
专家推荐摄入量
右图食谱实测数据
蛋白质（g）
93
80
脂肪（g）
70
50
碳水化合物（g）
330
450
总热量（kJ）
9851
10910
（1）已知每克蛋白质、脂肪、碳水化合物分别产生17kJ、38kJ、17kJ热量；该食谱中蛋白质、脂肪和碳水化合物所提供的热量占总热量的百分比分别是：
、____和。
（2）通过对上题数据的分析，小王得到的结论是。
（3）如果要对该食谱进行较为全面的分析。
还需要的数据有。
（4）小王对食谱的评价过程包括，和得出结论等三个环节。
．为了降低汽车尾气对大气的污染，北京市有关部门拟用甲醇替代液化石油气作为公交车的燃料。
（1）甲醇作为汽车燃料的好处是
（2）1g甲醇在25℃时完全燃烧生成液态水时可放热24.2kJ，据此写出甲醇燃烧生成100℃二氧化碳气体和水蒸气的热化学方程式（已知：
水的比热是4.18J/g·℃，液化热为2253J/g，假设100℃时水完全汽化，忽略CO2吸热）
（3）假设1小时燃烧甲醇4.2kg，其热效率为50％，若汽车的平均速率为36km/h。
估算其牵引力为（热量按上题中热化学方程式计算）
．某地区久旱不雨，气象部门预测该地区某日12km上空有浓重的降水云气通过。
该地区拟用单级小火箭发射某种物质进行人工降雨。
火箭的主要燃料是“偏二甲肼”，已知该化合物由C、H、N三种元素组成，WC＝40％，WH＝13.33％，其分子量为60。
通过结构分析可知，该物质分子中有一个氮原子以
存在，且不与H原子直接相连。
燃料的氧化剂是N2O4，燃烧产物只有CO2、H2O、N2，5.00g“偏二甲肼”完全燃烧时可放出212.5kJ热量。
当火箭上升到10km时燃料耗尽，剩余部分的质量为30kg，它继续上升到降水云气层后爆炸，设空气的阻力恒为质量的0.05倍。
（1）试列举2种可用作人工降雨的化学物质。
（2）写出燃料燃烧的热化学方程式（有机物用结构简式表示）。
（3）假设燃料燃烧放出的热量有1/4转化为火箭在10km时的机械能，求所需“偏二甲胼”的质量。
．“神舟”五号飞船使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼作推进剂。
已知偏二甲肼由C、H、N三种元素组成，已知该化合物的相对分子质量为60，其中含碳40%，含氢13.3%，其余是氮。
该分子中有一个氮原子是以
存在，且不与H原子直接相连。
燃料的氧化剂是液态N2O4，燃烧产物只有CO2、H2O（g）、N2；5.00g“偏二甲肼”完全燃烧可放出212.5kJ热量。
（1）“偏二甲肼”的分子式为；
（2）写出“偏二甲肼”的结构简式；
（3）写出燃料燃烧的热化学方程式。
．质量m＝1.20g的某气体，其分子由碳和氢两种元素的原子组成，含有N＝4.50×1022”个分子。
又测得1mol该气体完全燃烧（生成液态的水）能放出890kJ的能量。
（1）写出该气体的化学式，并写出其完全燃烧的热化学方程式。
（2）1.20g该气体完全燃烧放出的热量的一半能使500g、20℃的水的温度升高多少摄氏度？
[已知水的比热容c（H2O）＝4.20×103J/（kg·℃）]
．某石油液化气由丙烷和丁烷组成，其质量分数分别为80％和20％。
它们燃烧的热化学方程式分别为：
C3H8（g）＋5O2（g）→3CO2（g）＋4H2O（g）＋2200kJ
2C4H10＋13O2（g）→8CO2（g）＋10H2（g）＋5800kJ
有一质量为0.80kg、容积为4.0L的铝壶，将一壶20℃的水烧开需消耗液化石油气0.056kg。
试计算该燃料的利用率。
已知：
水的比热为4.2UkJ/（kg·℃）；铝的比热为0.88kJ/（kg·℃）。
．有一定质量的C，将其完全燃烧用来加热200g温度为8℃的水，已知燃烧放出的热有40％都被水吸收，加热后在不损失热量的情况下，立即将加热后的水与300g0℃的冰投入量热器做测冰的熔解热的实验，最终的混合温度为18℃，已知水的比热为.4.2×103J/（kg·K），冰的熔解热为3.4×105J／kg，C燃烧的热化学方程式为：
C＋O2＝CO2＋399240（J）；问：
完全燃烧的C为多少克？
．在室温和充分搅拌的条件下，将不同体积的盐酸和氢氧化钠溶液混合。
记下各混合物所达到的最高温度，结果如下表。
盐酸的体积／mL
5
10
15
20
25
30
35
40
45
氢氧化钠溶液的体积／mL
45
40
35
30
25
20
15
10
5
最高温度／T
22.4
24.4
26.6
28.8
28.6
26.8
25.0
23.4
21.6
（1）绘出最高温度与盐酸体积的关系图。
（2）写出反应的化学方程式。
（3）为使温度上升至最大可能的数值，要将多少体积的盐酸和氢氧化钠溶液混合？
（4）为得到刚好中性的溶液，要将多少体积的盐酸和氢氧化钠溶液相混合？
（5）把10mL盐酸和40mL氢氧化钠溶液相互混合，所得溶液中有哪些离子存在？
B组
．能源是当今社会发展的三大支柱之一，是制约国民经济发展的瓶颈。
有专家提出：
如果对燃料燃烧产物如CO2、H2O，N2等利用太阳能让它们重新组合，使之能够实现（如右图），那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。
在此构想的物质循环中太阳能最终转化为
A化学能B热能C生物能D电能
．把下列物质分别加入装有水的锥形瓶里，立即塞紧带U形管的塞子，已知U形管内预先装有少量水（为使水容易观察，预先染成红色）如右图所示，则加入的物质可能是
①NaOH固体②18mol/LH2SO4溶液③NH4NO3晶体
④Na2O2固体⑤生石灰
A①②④⑤B①②③C②③⑤D③④⑤
．在烧杯甲中放入20gNa2O2，在烧杯乙中放入20g氢氧化钡与氯化铵的混合物，分别加入20mL水，充分搅拌，使它们溶解，然后把盛有少量乙醚液体的试管浸入烧杯甲的溶液中，用明火接近试管口，能产生黄色火焰，再把此试管浸入烧杯乙的溶液中，发现黄色火焰由长变短，直至熄灭．与上述两实验有联系的是
①乙醚着火点低②Na2O2溶于水能放出大量的热③氢氧化钡与氯化铵混合能吸收大量热④乙醚的沸点较低
A①②③B①③④C②③④D①②③④
．下列变化过程中，是吸热反应的是
AH＋H→H2BH＋Cl→HClCI2→I＋IDS＋O2→SO2
．从手册上查得：
H－H、Cl－Cl和H－Cl的键能分别为436、243和431kJ·mol－1，请用此数据估计，由Cl2、H2生成1molH－Cl时的热效应
A放热183kJ·mol－1B放热91.5kJ·mol－1
C吸热183kJ·mol－1D吸热91.5kJ·mol－1
．用键能可以估算反应热，当以键能来估算反应热时，下列方程式符合要求的是
ACH3COOH（l）＋C2H5OH（l）＝CH3COOC2H5（l）＋H2O
BC（石墨）十O2＝CO2↑（g）
CCaCO3（s）＋2HCl（aq）＝CaCl2十CO2↑（g）十H2O（l）
DCO（g）十1/2O2＝CO2（g）
．在烃分子中去掉2个氢原子形成一个双键是吸热反应，大约需要117kJ/mol～125kJ/mol的热量，但1，3－环己二烯失去2个氢原子形成苯是放热反应，反应热是23.4kJ/mol，这表明
A苯比1，3－环己二烯稳定B苯加氢生成环己烷是吸热反应
C1，3－环己二烯比苯稳定D1，3－环己二烯加氢是吸热反应
．在绿色植物光合作用中，每放出1个氧分子要吸收2.29×10－21kJ的能量，每放出1molO2，植物能储存469kJ/mol的能量，绿色植物的能量转换效率是
A37%B34%C29%D40%
．氢氧化铝和氢氧化镁的分解温度分别是200℃～300℃和340℃～490℃，与聚乙烯的分解温度比较接近。
将上述两种氢氧化物添加于聚乙烯制品中，可以起到阻燃作用（遇火难以燃烧）原理是。
．一种化学冰袋中含有Na2SO4·10H2O（96g）、NH4NO3（50g）、（NH4）2SO4（40g）、NaHSO4（40g）。
需要时用手搓合致冷，并能维持2～3h，说出致冷并能维持较长时间的原因。
．肼（N2H4）和NO2是一种双组分火箭推进剂。
两种物质混合发生反应生成N2和H2O（g），已知8g气体肼在上述反应中放出142kJ热量，其热化学方程式为
．刚开始燃烧不久的煤火上洒少量的水，火变暗甚至熄灭。
向烧旺的煤火上洒少量的水，火苗更旺。
解释其原因。
．称取等质量（ag）胆矾两份。
把一份溶于bg水中，测知溶解时吸收了q1J热量；把另一份胆矾加热脱去结晶水，冷却后溶于bg水中，溶解时释放q2J热量。
（1）胆矾的溶解热为J/mol，是热过程；
（2）无水物溶解热为J/mol，是热过程；
（3）从以上数据可知热效应为J/mol，是热过程。
．已知1mol乙烷、1mol乙烯、1mol乙炔完全燃烧生成CO2和H2O（l）时各放出1558kJ、1411kJ、1300kJ的热量，虽然乙炔的燃烧热最低，但只有乙炔与纯氧气一起燃烧形成的氧快焰温度最高，可达3000℃以上，其原因是。
．在燃烧2.24L（标准状况）CO与O2的混和气体时，放出11.32kJ的热量。
所得产物的密度为原来气体密度的1.2525倍。
燃烧同样体积（标准状况）的N2O和CO的混合物时，放出13.225kJ热量，而原来的混合物的密度是产物密度的1.25倍，试确定：
（1）在O2中燃烧的CO的热效应（每摩CO完全燃烧时放出的热量）；
（2）N2O与CO所组成的混合物中各气体的体积百分组成；
（3）由单质生成N2O时的热效应。
（已知N2O与CO反应的产物为CO2、N2、O2）
．硝化甘油是著名化学家诺贝尔发明的。
它在工农业中具有广泛的用途。
试回答下列问题：
（1）请写出制备硝化甘油（C3H5N3O9）的化学方程式；
（2）硝化甘油是一种浅黄色、油状液体，很不稳定，稍受震动即分解爆炸生成稳定的单质和氧化物。
已知1g液态硝化甘油分解时放出8×103J的热量（25℃，101.3kPa）；请写出硝化甘油发生爆炸的热化学反应方程式；
（3）由于硝化甘油很不稳定，很难成为可控炸药，为此诺贝尔发现用和_______等固体吸收，就能制成安全炸药；
（4）某采石场准备用硝化甘油开采石头。
假设1kg硝化甘油爆炸能在周围的岩石上产生5.0×105N·s/m2的冲击力，则对厚度为10cm岩石爆破时，采石工人应站在离爆破点多远处才安全？
（岩石密度为2.7×103kg/m3，忽略空气阻力）
．为减少城市由于汽车尾气的排放所造成的环境污染，人们设想用新燃料替代。
（1）LPG汽车就是一种用天然气或液化石油气为燃料的汽车。
写出其主要的化学成分：
，它是由动、植物残体在隔绝空气的情况下，经形成的，我国目前最大的天然气基地在四川的。
（2）天然气既是高效能源，也可作为基本化学原料，生产乙炔、氢气、氯甲烷、甲醇、甲醛等化工产品，请写出天然气中的主要成分经隔绝空气、高温反应生成乙炔和碳黑的化学反应式：
。
（3）以氢气为燃料的汽车也是很有前途的绿色汽车。
设有一种燃气汽车，正常行驶时耗氢气量为1.2千克/小时，并且在标准大气压强下燃烧，氢的燃烧热值为285.8千焦/摩尔，氢气燃烧的热化学方程式为：
。
（4）若燃烧后内能转化为机械能的效率为50％，这辆汽车受到的阻力为1000牛顿，则这种汽车行驶的最大速度是。
．读下列材料，完成回答
以汽油和柴油为燃料的机动车所排放的尾气，是当今城市大气污染物的主要来源。
有资料显示，在北京的冬季采暖期，大气中74％的烃、63％的一氧化碳和37％的氮氧化物来自汽车尾气；而在非采暖期，上述三种污染物的比例更高，分别上升到79％、80％和55％。
要治理城市大气污染，改用新型燃料是有效途径之一。
（1）在冬季采暖期，汽车尾气排放的三种污染物的比例有所下降，原因是
（2）大气中的烃及一氧化碳是由于汽车燃料与空气中的氧气反应不完全而造成的。
很多机动车（特别是以柴油为燃料的汽车）在行驶过程中不仅噪音巨大，而且还排放大量黑烟。
若某机动车燃料为CxHy，，写出它不完全燃烧分别生成“黑烟”和一氧化碳的两个化学方程式：
。
并进一步说明：
为什么柴油机车排放的尾气比汽油机车排放的尾气更加浓黑？
（3）若改用新型燃料作为机动车的动力来源，以此减轻城市大气污染，最好用
A无烟煤B压缩天然气C电瓶D液化石油气
．内燃机是将化学能转化为机械能的装置，根据燃料的不同可分为汽油机和柴油机等类型。
汽油机和柴油机的工作原理均为利用燃料燃烧产生大量的气体和热能，推动活塞进行往复运动。
汽油机和柴油机工作原理的区别在于压缩的工作物质和点火方式的不同：
汽油机是将汽油雾化后和空气混合，利用活塞下行吸入汽缸，然后活塞上行进行压缩，到一定体积（活塞几乎上行到顶端）后采用火花塞（也称火嘴，一种采用高压放电产生火花的装置）打火，从而点燃混合气体，使之体积剧烈膨胀，推动活塞下行。
当活塞下行到底部时，活门打开，并利用二次上行的压力排出气体，完成一个循环过程；而柴油机则是吸入空气进行压缩，到一定程度产生高温高压后喷入雾化的柴油，由于此时压缩空气的温度已经超过了柴油的燃点，柴油立即燃烧推动活塞上行。
柴油机的压缩比远高于汽油机（这也是柴油机效率高于汽油机的原因之一）。
试根据上述信息回答下列问题：
（1）内燃机推动活塞往复的直线运动可通过连杆和转化为圆周运动，从而驱动车辆和其它机械进行运转。
（2）某195柴油机的压缩比为1:
20，室温27℃，大气压强1.01×105Pa。
压缩到最大限度时，气缸内的压强为3.03×106Pa，此时混合气体的温度是℃
（3）检测发动机尾气发现，汽油机尾气中氮氧化物（以NOx表示）的含量远高于柴油机尾气，请解释原因，并写出相关的化学方程式。
（4）由石油分馏而得到的汽油称直馏汽油，由裂化而得到的汽油称裂化汽油。
单从使用效果看，汽油机一般使用何种汽油为宜，为什么？
（5）若汽油机使用的汽油（辛烷C8H18）在气缸内完全燃烧，则空气的质量与辛烷的质量之比x值为；若空气的质量与辛烷的质量之比大于x值，则尾气中有害气体含量较多的是；若空气的质量与辛烷的质量之比小于x值，则尾气中有害气体含量较多的是。
（6）为减少汽车对城市大气的污染，1998年6月我国成功地开发出了以新燃料作能源的“绿色汽车”，这种汽车可避免有毒的有机铅、苯和苯的同系物以及多环芳烃的排放，保护环境。
这种“绿色汽车”的燃料是
A甲醇B汽油C柴油D重油
（7）汽车尾气除上述NOx有毒气体外，还有燃料未完全燃烧的还原性气体以及SO2气体等。
目前治理的方法是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂），使上述气体反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使燃料充分燃烧及SO2的转化，但“催化转换器”能在一定程度上提高空气的酸度。
请问这是为什么？
写出相应的化学反应方程式，并请你想出两种控制城市空气污染源的方法。
（8）某日，一少女所驾驶的摩托车遭飞贼抢劫，此时少女迅速拿出一小物件，对着已逃出几十米开外的摩托车一按按钮，只见摩托车立即熄火停车而将飞贼抛出老远。
你认为这种“遥控停车装置”最可能的原理是什么？
（9）你站在离路口几十米的地方观察红绿灯下等候通行的两辆外形完全相同的大卡车，如何判断哪一辆是采用的柴油机？
（10）柴油平均含碳约85％，含氢约14％。
前几年的报刊杂志上报道了“中国的第五大发明”：
把25％的柴油和75％的水混合起来，加少量“膨化剂”，就可以变成“膨化柴油”，简称“水变油”。
据说，它和天然的柴油有相同的热值。
此“发明”得到包括我国某名牌大学校长在内的若干位教授专家的肯定，并通过了“鉴定”；但同时被中科院何柞麻院士等一大批教授、专家所否定。
问：
“水变油”是否可能？
请你设计一个实验思路（不必详述实验操作过程），证明水是否能变成油？
（11）展望21世纪，人类最理想的燃料是什么？
为什么？
目前存在的主要问题是什么？
C组
．右图是不饱和烃加氢时能量变化示意图，具体数据如下
反应
E
CH3C≡CCH3＋2H2→CH3（CH2）2CH3
278kJ/mol
CH2＝CH－CH＝CH2＋2H2→CH3（CH2）2CH3
239kJ/mol
（化学反应总是向能量降低的方向进行）
（1）如果CH3CH2C≡CCH2CH2CH＝CH－CH＝CH21mol与H22mol作用，其主要产物是。
（2）如果CH3CHBrCHBrCH3与NaOH的醇溶液共热后，主要产物是A，则A的结构简式为，另一副产物是B。
（3）若反应
（2）是吸热反应，试画出A与B的能量变化差异的示意图
．如果将10g金属锂置于100g0℃的冰块上，试确定：
100℃时，由溶液中沉淀的氢氧化理的一水合物的质量。
反应按下列热化学方程式进行：
2Li（s）＋2H2O（l）＝2LiOH（s）＋H2（g）；△H＝－398.2kJ/mol
由于跟周围的介质交换，溶解时热效应为0，水的熔化热为330kJ/kg，水的比热为4.200kJ/kg·K，水的汽化热为2300kJ/kg，LiOH的比热为49.58J/mol·K，100℃时，一水合氢氧化锂的溶解度为19.1g。
参考答案（12）
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