这套练习有十二道原创题,由易到难,涵盖能量变化与化学键的全部五课。第 1 至 4 题是热身,考能量方向和能量图;第 5 至 7 题涉及活化能和催化剂;第 8 至 12 题使用键能和综合推理。
所有数据都是为练习而虚构的。键能是给定值,单位 kJ/mol,经过四舍五入,所以不会与数据手册完全一致。请使用每道题里给出的数值。
先在纸上做每一题,像考试一样写出解题过程,再打开答案,并用末尾的指引清单处理做错的题。
题目
1. 某虚构反应中,环境温度从 20.5 °C 升到 27.0 °C。它是放热还是吸热?温度变化了多少?
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27.0 − 20.5 = 6.5,上升 6.5 °C。环境变热,能量被释放给它。反应是放热的。
2. 另一个虚构变化使环境温度从 23.0 °C 降到 18.0 °C。说明能量转移的方向,并写出 ΔH 的符号。
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温度下降 23.0 − 18.0 = 5.0 °C,所以能量从环境被吸收。变化是吸热的,ΔH 为正。
3. 某能量图中,反应物为 120 kJ/mol,峰值为 300 kJ/mol,生成物为 50 kJ/mol。求 ΔH,并说明是放热还是吸热。
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生成物减反应物 = 50 − 120 = −70 kJ/mol。生成物较低,所以反应是放热的。
4. 另一张图的反应物为 30 kJ/mol,峰值为 190 kJ/mol,生成物为 110 kJ/mol。求 ΔH 以及 ΔH 箭头的方向。
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ΔH = 110 − 30 = +80 kJ/mol。生成物较高,所以箭头向上,反应是吸热的。
5. 利用第 3 题的能量图,求活化能。
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活化能 = 峰值减反应物高度 = 300 − 120 = 180 kJ/mol。
6. 催化剂把第 3 题的峰降到 240 kJ/mol。写出新的活化能和新的 ΔH。
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新的活化能 = 240 − 120 = 120 kJ/mol。ΔH 仍为 −70 kJ/mol,因为催化剂只改变峰,不改变反应物和生成物的高度。
7. 有学生说:“这个反应的 ΔH 为负,所以不需要任何能量就能开始。”评价这个说法。
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这个说法不正确。ΔH 为负描述的是整体结果。反应物中的键必须先断裂,所以碰撞的粒子仍然需要至少达到活化能。整体释放能量的燃料,在开始反应前仍需要一个起始的能量输入。
8. 在化学反应中,哪个过程吸收能量,哪个过程释放能量?
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断键吸收能量(吸热)。成键释放能量(放热)。
9. 用 H–H 436、Cl–Cl 242 和 H–Cl 431(kJ/mol)估算 H₂ + Cl₂ → 2HCl 的能量变化。
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断键:436 + 242 = 678。成键:2 × 431 = 862。能量变化 = 断键 − 成键 = 678 − 862 = −184 kJ/mol。是放热反应。
10. 用 H–H 436、O=O 498 和 O–H 464(kJ/mol)估算 2H₂ + O₂ → 2H₂O 的能量变化。写出每种键断裂和形成的数目。
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断裂:2 个 H–H 和 1 个 O=O。形成:4 个 O–H(2 个分子 × 2 个键)。
断键 = 2 × 436 + 498 = 872 + 498 = 1370。成键 = 4 × 464 = 1856。能量变化 = 1370 − 1856 = −486 kJ/mol。放热。
11. 用 N≡N 945、H–H 436 和 N–H 391(kJ/mol)估算 N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 的能量变化。
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断键:945 + 3 × 436 = 945 + 1308 = 2253。成键:2 个分子 × 3 个 N–H = 6 个键,6 × 391 = 2346。能量变化 = 2253 − 2346 = −93 kJ/mol。放热。
12. 用 N≡N 945、O=O 498 和 N=O 630(kJ/mol)估算 N₂ + O₂ → 2NO 的能量变化。它是放热还是吸热?然后写出逆反应 2NO → N₂ + O₂ 的能量变化。
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断键:945 + 498 = 1443。成键:2 × 630 = 1260。能量变化 = 1443 − 1260 = +183 kJ/mol,所以反应是吸热的(断键吸收的能量多于成键释放的)。
逆反应大小相同、符号相反:−183 kJ/mol,放热。
如果你做错了
把错误的类型对应到能修复它的课程。
- 第 1、2、8 题,能量方向: 请看区分释放的能量与吸收的能量。
- 第 3、4 题,读取高度与符号: 请看解读能量图。
- 第 5、6、7 题,障碍与催化剂: 请看在能量图上解释活化能。
- 第 9、10、11 题,计算: 请看用给定的键能估算能量变化。
- 第 8、12 题,断键与成键,以及逆反应: 请看区分断键与成键。
把每个失误连同错误类型记录在错题记录与重测队列中,日后可以用新题重测。方程式配平推理训练工具提供更多正确数原子和键的练习。
如果上完课后同样的错误还是出现,一对一线上化学补习的老师可以顺着你的书面过程追查,并出专门检验那一步的题目。