2020届二轮复习化学能与热能学案（全国通用）
化学能与热能
考点1 化学反应中能量变化的有关概念
1.[2018北京,7,6分]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如图。
下列说法不正确的是 ( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
本题体现了化学学科核心素养之宏观辨识与微观探析中“能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题”的要求。利用分子模型考查化学变化中的微观想象是近年北京卷高考化学命题的一大特色,高三复习备考过程中,需要适当多关注这类试题。
解题模型:链接考法1命题角度2
2.[2018海南,12,4分][双选]炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是 ( )
A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV
C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
利用活化过程能量变化模拟图,考查“宏观辨识与微观探析”的核心素养。读图时要注意模型中键的断裂与形成,及每步活化的能量变化。
解题模型:链接考法1命题角度1
考点2 热化学方程式
3.[2019湖南四校摸底调研联考]H2O2(l)在有MnO2条件下和无MnO2条件下分解的能量变化如图所示。下列说法错误是 ( )
A.有MnO2条件下的变化曲线是b曲线
B.该反应能量变化类型与氢气燃烧反应的相同
C.加MnO2后,正反应速率增大,逆反应速率减小
D.该反应的热化学方程式为H2O2(l)H2O(l)+O2(g) ΔH=(E1-E2) kJ·mol-1
活化能的概念和催化剂的作用在近年高考中有明显的体现,解题时要理解实质——催化剂能降低化学反应的活化能,而不能改变化学反应的焓变。
解题模型:链接考法2命题角度2
4.[2017全国卷Ⅰ,28(2),5分]下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。
试题设计形式新颖,侧重考查考生的阅读理解能力及必备知识。热化学方程式的书写既要注意标明物质的状态,又要注意化学计量数与焓变的对应关系。
解题模型:链接考法2命题角度2
考点3 盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较
5.[2019浙江4月选考,23,2分]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+C(g) M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)
MCO3(s) MO(s)+CO2(g)
已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是 ( )
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
比较焓变大小时,要注意放热时焓变是带负号的。
解题模型:链接考法4命题角度
6.(1)[2019全国卷Ⅲ,28(2)改编]已知:
CuCl2(s)CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)[2017全国卷Ⅲ,28(3),2分]已知:As(s)+H2(g)+2O2(g)H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH2
2As(s)+O2(g)As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)的ΔH= 。
盖斯定律的应用及焓变与键能的关系,是高考的高频考点,本题思维容量不大,主要考查盖斯定律的灵活运用。
解题模型:链接考法3命题角度2
考点1 化学反应中能量变化的有关概念
考法1 化学反应中的能量变化
命题角度1 结合能量变化图像判断吸热反应和放热反应
1 [2015北京,9,6分]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O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
本题主要考查化学反应与能量变化,意在考查考生灵活运用所学知识的能力。根据能量变化示意图可以判断该反应为放热反应,A项错误;根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂,B项错误;CO2中含有极性键,C项正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程,D项错误。
C
考法点睛·学习理解
解答本题的关键是将能量变化图像和反应过程示意图对照起来,正确提取反应过程图像中的能量变化信息。由题中左图信息可知,状态Ⅰ→状态Ⅲ,放出热量,从而判断A项正误;由题中右图信息可知,状态Ⅰ→状态Ⅱ→状态Ⅲ的反应过程,从而判断B、D项正误。
考点扫描
1.[2016海南,11改编]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。
(1)由X→Y 反应的ΔH=E5-E2( )
(2)由X→Z反应的ΔH<0( )
2.[2016江苏,10A改编]如图所示 ,可表示燃料燃烧反应的能量变化( )
提示:1.(1)✕ (2)√ 2.✕
命题角度2 结合反应历程考查化学反应能量变化(新角度)
2 [2020四川乐山十校联考]NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如图1所示;研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2所示。下列说法正确的是
图1 图2
A.NH3催化还原NO为吸热反应
B.过程Ⅰ中NH3断裂非极性键
C.过程Ⅱ中NO为氧化剂,Fe2+为还原剂
D.脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
本题考查氧化还原反应等。反应物总能量高于生成物总能量,故NH3催化还原NO为放热反应,A项错误。过程Ⅰ中NH3断裂极性键,B项错误。过程Ⅱ中NO转化为N2,氮元素化合价由 +2 变为0,化合价降低,得电子作氧化剂;Fe2+在反应前后没有发生变化,故作催化剂,C项错误。由题图2得出脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g),D项正确。
D
1. “一碳化工”是重要的化学工业,部分原理如下:
反应① C(s)+O2(g)CO(g) ΔH1
反应② C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=+130 kJ·mol-1
反应③ CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-90.1 kJ·mol-1
反应④ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4
反应④的能量变化如图所示:
反应⑤ 3CH3OH(g)CH3CHCH2(g)+3H2O(g) ΔH5=-31.0 kJ·mol-1
已知:H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,H2O的汽化热(在标准状况下,1 mol 物质在一定温度下蒸发所需要的热量)为44 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)反应①的ΔH1= kJ·mol-1。
(2)反应③中正反应的活化能 (填“大于”“小于”或“等于”)逆反应的活化能。
(3)反应④中代表使用催化剂的曲线是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”),曲线Ⅰ的峰中出现小波谷的原因是 ,反应④的ΔH4= kJ·mol-1。
(4)用适量的CO与H2反应,每生成420 g CH3CHCH2(g)时, (填“吸收”或“放出”) kJ的热量。
考点2 热化学方程式
考法2 热化学方程式的正误判断与书写
命题角度1 热化学方程式的正误判断
3 下列有关热化学方程式的叙述正确的是
A.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1,则氢气的燃烧热为241.8 kJ·mol-1
B.已知C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH+HClNaCl+H2O ΔH=-57.4 kJ·mol-1
D.已知C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1,C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2;则ΔH1<ΔH2
表示氢气燃烧热时产物中的水应该为液态,故A错误;已知C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH>0,则石墨能量较低,更稳定,故B错误;含20.0 g(即0.5 mol)NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ·mol-1,故C错误;已知C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1,C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2,完全燃烧时放出的热量多,故ΔH1<ΔH2,故D正确。
D
命题角度2 结合物质循环图示书写热化学方程式(新角度)
4 (1)[2018北京,27(1),2分]近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)[2015广东,31(1),2分]用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。
传统上该转化通过如右所示的催化循环实现。其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1
反应②生成1 mol Cl2(g)的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为 (反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
(1)由于反应Ⅱ是二氧化硫的催化歧化反应,且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S,根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式:3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s)。根据盖斯定律,反应Ⅰ与反应Ⅲ的热化学方程式相加得2H2SO4(l)+S(s) 3SO2(g)+2H2O(g) ΔH=+254 kJ·mol-1,所以反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1。(2)根据图示写出反应②CuCl2(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2,由①+②可写出总反应的热化学方程式。
(1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1 (2)2HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g) ΔH1+ΔH2
2. [高考组合]写出下列反应的热化学方程式。
(1)[2016天津,7(4)改编]Si与Cl两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ。已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式: 。
(2)[2015安徽, 27(4),3分]NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 。
(3)[2014大纲卷,28(1),2分]已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为 。
考点3 盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较
考法3 反应热的计算
反应热已成为近几年高考的必考内容,主要在非选择题部分某一问中结合化学反应速率、化学平衡及工艺流程进行考查,考查内容常与盖斯定律的应用和计算有关。随着能源问题的日益突出,与新能源相关的考点也应引起关注。
命题角度1 根据键能计算反应热
5 [2018天津,10(2),4分]CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:
化学键
C—H
H—H
C←O(CO)
键能/(kJ·mol-1)
413
745
436
1 075
则该反应的ΔH= 。
分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。
根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,该反应的ΔH=(413×4+745×2) kJ·mol-1-(1 075×2+436×2) kJ·mol-1=+120
kJ·mol-1。该反应为气体分子数增大的吸热反应,恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强,加压平衡向逆反应方向移动,故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。
+120 kJ·mol-1 B
考法点睛·应用实践
利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的数目,清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。
物质(化学键)
CO2
(CO)
CH4
(C—H)
P4
(P—P)
SiO2
(Si—O)
石墨
(C—C)
金刚石
(C—C)
S8
(S—S)
Si
(Si—Si)
每个微粒所含
化学键数目
2
4
6
4
1.5
2
8
2
3. [高考组合]请回答下列问题:
(1)[2015新课标全国卷Ⅰ,28(3),2分]已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11 kJ·mol-1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量,则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为 kJ。
(2)[2015新课标全国卷Ⅱ,27(1),4分]甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化
剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
C←O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。
命题角度2 根据盖斯定律计算反应热(热点角度)
6 [高考组合]请回答下列问题:
(1)[2018全国卷Ⅲ,28(2),2分]SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=48 kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·mol-1。
(2)[2017全国卷Ⅱ,27(1)节选,2分]正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知:②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。
(3)[2016全国卷Ⅲ,27(4)②,2分]已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH= 。
(1)将已知热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①×3+②可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g) ΔH=3×48 kJ·mol-1 -30 kJ·mol-1=114 kJ·mol-1。(2)根据盖斯定律,
可得①=②-③,则ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·mol-1+242 kJ·mol-1=123 kJ·mol-1。(3)将三个反应依次记为①②③,根据盖斯定律,由①+②-③得SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq) ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
(1)114 (2)123 (3)ΔH1+ΔH2-ΔH3
考点扫描
1.[2017江苏,8改编]已知:①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=a kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=b kJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=d kJ·mol-1
(1)反应CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1( )
(2)反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d) kJ·mol-1( )
2.[2016全国卷Ⅱ,26(3),3分]①2O2(g)+N2(g)N2O4(l) ΔH1
②N2(g)+2H2(g)N2H4(l) ΔH2
③O2(g)+2H2(g)2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH4=-1 048.9 kJ·mol-1
上述反应热效应之间的关系式为ΔH4= ,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。
提示:1.(1)✕ (2)√ 2.2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反应放热量大、产生大量气体
命题角度3 根据反应图像计算反应热
7 [2018山东潍坊统一考试]已知:1 g C(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2 kJ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)]的燃烧热为110.4 kJ·mol-1
B.1 mol CuO分解生成Cu2O放出73 kJ的热量
C.反应2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)的活化能为292 kJ·mol-1
D.足量碳与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+35.6 kJ·mol-1
本题考查化学反应中的能量变化,涉及图像分析、燃烧热的概念及盖斯定律的应用。根据题意,C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-9.2×12 kJ·mol-1=-110.4 kJ·mol-1,而C(s)
的燃烧热是指1 mol C(s)完全燃烧生成CO2时所放出的热量,A项错误;根据图示,2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s) ΔH=(348-640)kJ·mol-1=-292 kJ·mol-1,则1 mol CuO分解生成Cu2O吸收的热量为 kJ=73 kJ,B项错误;2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s) 的反应热为-292 kJ·mol-1,活化能为348 kJ·mol-1,C项错误;①C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-110.4 kJ·mol-1,②2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s) ΔH=-292 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由①-②×,可得:C(s)+2CuO(s)Cu2O(s)+CO(g) ΔH=-110.4 kJ·mol-1-(-292 kJ·mol-1)×=+35.6 kJ·mol-1,D项正确。
D
4.[2020贵州贵阳摸底考试]2 mol金属钠和1 mol 氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.相同条件下,K(s)的(ΔH'2+ΔH'3)
ΔH5
D.ΔH7<0,且该过程形成了分子间作用力
考法4 反应热的大小比较
1.根据反应物量的大小关系比较反应焓变大小
①H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2。
2.根据反应进行程度的大小比较反应焓变大小
③C(s)+O2(g)CO(g) ΔH3
④C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH4
反应④,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3>ΔH4。
3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变大小
⑤S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH5
⑥S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH6
方法一:图像法
由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
注意 使用图像法时需要知道已知反应的吸热、放热情况。
方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式
由⑤-⑥可得S(g)S(s) ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。
4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变大小
⑦2Al(s)+O2(g)Al2O3(s) ΔH7
⑧2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s) ΔH8
由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+Al2O3(s) ΔH=ΔH7-ΔH8。已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,ΔH7<ΔH8。
注意 试题中可能出现比较ΔH、|ΔH|、Q的情况,其中只有ΔH需要带“+”“-”进行比较。
命题角度 反应热的大小比较
8 [2014新课标全国卷Ⅱ,13,6分]室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
基础解法 根据题意,可写出热化学方程式:
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l) ΔH1>0;
CuSO4(s)CuSO4(aq) ΔH2<0。
故CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3=ΔH1-ΔH2>0(吸热)。从而推出ΔH2(小于0)<ΔH3(大于0),A项错误;由ΔH3=ΔH1-ΔH2>0(其中ΔH2小于0)知,ΔH1<ΔH3,B项正确,C、D项错误。
能力解法:图示法。如图,由图中关系确定各选项。
B
5. 下列各组热化学方程式的ΔH前者大于后者的是 ( )
①C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1
C(s)+ O2(g) CO(g) ΔH2
②S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH3
S(g)+O2(g) SO2(g) ΔH4
③H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH5
2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH7
CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(aq) ΔH8
A.①③④ B.②④ C.②③④ D.①②③
参考答案
讲义部分
1.D CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2+CH4CH3COOH,反应中没有副产物生成,所以总反应的原子利用率为100%,A项正确;CH4分子中含有4个C—H键,而
CH3COOH分子中含有3个C—H键,显然CH4CH3COOH过程中必有C—H键发生断裂,B项正确;观察反应的示意图可知,①→②过程中放出能量,且在此过程中形成了新化学键,即乙酸分子中的C—C键,C项正确;催化剂只能改变化学反应速率,而不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误。
2.CD 根据题图可知,每活化一个氧分子放出0.29 eV能量,A项错误;水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,B项错误;根据题图可知,氧分子的活化是O—O键的断裂和C—O键的生成过程,C项正确;大气中二氧化硫转化为三氧化硫,炭黑颗粒不参与总反应,为该反应的催化剂,D项正确。
3.C 使用催化剂可降低反应的活化能,结合题图知,b曲线表示使用了催化剂,A项正确;该反应的反应物总能量比生成物总能量高,属于放热反应,而氢气的燃烧反应也是放热反应,B项正确;催化剂对正反应速率和逆反应速率均能起到增大的作用,C项错误;由能量变化曲线可知,该反应的热化学方程式为H2O2(l)H2O(l)+O2(g) ΔH=(E1-E2) kJ·mol-1,D项正确。
4.H2O(l)H2(g)+O2(g) ΔH=286 kJ·mol-1(2分) H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20 kJ·mol-1(2分) 系统(Ⅱ)(1分)
【解析】 整理热化学方程式如下:①H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+O2(g) ΔH1=327 kJ·mol-1;②SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq) ΔH2=-151 kJ·mol-1;③2HI(aq)H2(g)+I2(s) ΔH3=110 kJ·mol-1;④H2S(g)+H2SO4(aq)S(s)+SO2(g)+2H2O(l) ΔH4=61 kJ·mol-1。根据盖斯定律知,①+②+③得系统(Ⅰ)的热化学方程式:H2O(l)H2(g)+O2(g) ΔH=286 kJ·mol-1。②+③+④得系统(Ⅱ)的热化学方程式:H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20 kJ·mol-1。系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)都是吸热反应,从热化学方程式可以看出,系统(Ⅱ)制备1 mol H2需要消耗20 kJ能量,而系统(Ⅰ)制备1 mol H2需要消耗286 kJ能量,故系统(Ⅱ)消耗能量较少。(注意:比较消耗能量只比较数值;比较反应热要考虑正、负号)
5.C 根据已知信息,离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。由于r(Mg2+)ΔH1(CaCO3)>0,A项正确;由于ΔH2只与C相关,故ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B项正确;根据能量关系图可知ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3,由于ΔH (MgCO3)≠ΔH(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)-ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)+ΔH2(CaCO3)-ΔH3(CaO),而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)-ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)-ΔH3(CaO),ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO),C项错误;由于ΔH+ΔH3=ΔH1+ΔH2,而ΔH>0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,D项正确,故选C。
6.(1)-116 (2)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3(2分)
【解析】 (1)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由(①+②+③)×2得4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-116 kJ·mol-1。(2)
将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由①×2-②×3-③可得As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s) ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。
1.(1)-111.8 (2)小于 (3)Ⅰ 曲线Ⅰ的峰中出现的小波谷对应的能量是生成的中间产物具有的能量,该催化反应包括反应物与催化剂生成中间产物、中间产物再生成产物两个反应过程,都有断键吸热和成键放热的过程 -134 (4)放出 3 013
【解析】 (1)根据H2的燃烧热和H2O的汽化热可写出热化学方程式:⑥H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH6=-285.8 kJ·mol-1;⑦H2O(l)H2O(g) ΔH7=+44 kJ·mol-1。根据盖斯定律知①=②+⑥+⑦,则ΔH1=ΔH2+ΔH6+ΔH7=+130 kJ·mol-1-285.8 kJ·mol-1+44 kJ·mol-1=-111.8 kJ·mol-1。(2)反应③是放热反应,反应物的能量高,生成物的能量低,故反应物分子达到活化分子吸收的能量少,即正反应活化能小。(3)使用催化剂可降低反应的活化能,故使用催化剂的曲线是Ⅰ;曲线Ⅰ的峰中出现的小波谷对应的能量是生成的中间产物具有的能量,该催化反应包括反应物与催化剂生成中间产物、中间产物再生成产物两个反应过程,都有断键吸热和成键放热的过程。由题图可知,ΔH4=(152-286) kJ·mol-1=-134 kJ·mol-1。(4)根据盖斯定律,由③×3+⑤得3CO(g)+6H2(g)CH3CHCH2(g)+3H2O(g) ΔH=-90.1 kJ·mol-1×3-31.0 kJ·mol-1=-301.3 kJ·mol-1,故生成420 g(即10 mol)CH3CHCH2(g)放出的热量是301.3 kJ·mol-1×10 mol=3 013 kJ。
2.(1)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l) ΔH=-687 kJ·mol-1 (2)NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216.0 kJ·mol-1(3分) (3)AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8 kJ·mol-1(2分)
【解析】 (1)生成物是四氯化硅,书写热化学方程式的关键是判断常温下四氯化硅的状态,根据其熔点和沸点数据,可推断出四氯化硅在常温下呈液态,据此可写出该反应的热化学方程式。(2)根据题中“每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ”,可得此反应的热化学方程式为NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216.0 kJ·mol-1。(3)由题目信息可知,常温时AX3为液体,AX5为固体,从而可写出该反应的热化学方程式:AX3(l)+X2(g)AX5(s) ΔH=-123.8 kJ·mol-1。
3.(1)299(2分) (2)-99(2分) +41(2分)
【解析】 (1)设1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为a kJ,则ΔH=(2a-436-151) kJ·mol-1=+11 kJ·mol-1,解得a=299。(2)反应①中,生成1 mol CH3OH(g)时需要形成3 mol C—H键、1 mol C—O键和1 mol O—H键,则放出的热量为(413×3+343+465) kJ=2 047 kJ,同时需要断裂1 mol C←O键和2 mol H—H键,吸收的热量为(1 076+436×2) kJ=1 948 kJ,则该反应为放热反应,ΔH1=(1 948-2 047) kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1;根据盖斯定律,ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-58+99) kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
4.D K比Na活泼,相同条件下K更易失去电子,则K(s)的(ΔH2'+ΔH3')Br,故相同条件下,2Br(g)的ΔH5'>ΔH5,C项正确;NaCl为离子化合物,不能形成分子间作用力,D项错误。
5.C ΔH有正、负之分,比较时要连同“+”“-”在内一起比较,类似数学中的正、负数大小的比较。①中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=ΔH1-ΔH2,该反应为放热反应,即ΔH1-ΔH2<0,所以ΔH1<ΔH2;②等量的固态硫变为硫蒸气时吸收热量,故在与O2反应产生同样状态的SO2时,气态硫放出的热量多,即ΔH3>ΔH4;③发生同样的燃烧反应,物质的量越多,放出的热量越多,故ΔH5>ΔH6;④碳酸钙分解吸收热量,ΔH7>0,CaO与H2O反应放出热量,ΔH8<0,显然ΔH7>ΔH8。
1.C 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能,由题图可知,E2表示反应C(g)X(g)的活化能,A项错误。X是反应A(g)+B(g)C(g)的中间产物,B项错误。由题图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,故该反应是放热反应,ΔH<0,C项正确。催化剂只改变反应速率,不改变反应的焓变,D项错误。
2.D ①→②之间的能量差是化学键断裂要吸收的能量,即反应的活化能,增大压强,反应的活化能不变,A项错误。由题图知,合成氨的正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,焓变不相同,B项错误。合成氨的过程为放热过程,C项错误。使用催化剂能够加快反应速率,D项正确。
3.D 反应①为CO(g)的燃烧反应,一定为放热反应,ΔH1<0,A错误。反应②中的水为气态,而选项B中水为液态,故无法计算选项B中反应的焓变,B错误。CO2与H2合成C2H5OH的反应为2CO2(g)+6H2(g)3H2O(g)+C2H5OH(l),原子利用率小于100%,C错误。根据盖斯定律由①×2+②×4-③可得2CO(g)+4H2(g)H2O(g)+C2H5OH(l) ΔH=(2a+4b-c) kJ/mol,D正确。
4.(1)283.0 kJ· mol-1(2分) 632.0(2分) (2)2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH=-1 195.5 kJ·mol-1(2分)
【解析】 (1)由①2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1可知, 2 mol CO完全燃烧放出566.0 kJ的热量,所以1 mol CO完全燃烧放出283.0 kJ的热量,则CO的燃烧热为283.0 kJ·mol-1。若1 mol N2(g)、1 mol O2(g) 分子中化学键断裂时分别需要吸收946 kJ、498 kJ的能量,设NO(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为x kJ·mol-1,由②N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=(946+498-2x)kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1,解得x=632.0,所以1 mol NO(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为632.0 kJ。(2)根据盖斯定律由①×2-②-③可得2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g) ΔH=-1 195.5 kJ·mol-1。
5.D 本题考查化学平衡移动、盖斯定律等知识,意在考查考生的分析能力和应用能力。根据题意,无法得知乙醇的燃烧热,A项错误;升高反应a的反应温度,平衡正向移动,乙醇的转化率增大,B项错误;根据盖斯定律,由反应b-反应a×2得2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-485.6 kJ·mol-1,C项错误;制取等量的氢气,反应b吸收的能量低于反应a,D项正确。
6.(1)N2(1分) +180 kJ·mol-1(1分) (2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-116 kJ·mol-1(2分) (3)放热(1分) (4)AB(2分)
【解析】 (1)由题表中的化学键键能数据可知,N2的键能最大,即要断裂键消耗的能量最多,故其最稳定。结合表格中的键能数据可知,N2(g)+O2(g)2NO(g)的ΔH=946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1- 2×632 kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1。(2)根据盖斯定律,由①+2×②-③可得CO与H2转化为CH3OH(g)的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-116 kJ·mol-1。(3)反应Ⅰ为熵减反应,根据ΔH-TΔS<0反应自发进行知,该反应在常温下可以自发进行,则ΔH<0。(4)开发新能源,可以减少化石燃料的使用,从而减少汽车尾气污染,A项正确。高效催化剂可降低反应的活化能,在平常条件下污染物就能转化为无毒物质,B项正确。移居郊外、戴呼吸面具只是个人防止毒害的方法,汽车尾气污染一直存在,C、D项错误。
1.A 由题图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,为放热反应,ΔH=E生-E反,E3为生成物的总能量,E2为反应物的总能量,红磷燃烧的热化学方程式是4P(s,红磷)+5O2(g)P4O10(s) ΔH=-(E2-E3) kJ·mol-1, A项正确。由题图可知,白磷的能量高于红磷的能量,反应P4(s,白磷)4P(s,红磷)为放热反应,ΔH<0, B项错误。能量越低越稳定,由题图可知,白磷的能量高于红磷的能量,则红磷比白磷稳定, C项错误。白磷和红磷的分子结构不同,化学键的连接方式不同,由稳定分子变为活化分子需要的能量也不同,则二者需要的活化能不相等, D项错误。
2.B 根据题图可知CH4与CO2生成CH3COOH的总反应为CH4+CO2CH3COOH,该反应为加成反应,A正确。CH3COOH中羧基中的C采取sp2杂化,又O—H键可以旋转,所以—COOH中的4个原子可以共面,结合CH4为正四面体结构知,与羧基相连的甲基中最多有1个C和1个H与其共面,因此CH3COOH中最多有6个原子共平面,B错误。根据题图知,①的总能量高于②的总能量,①②放出热量,对比①和②,可知①②形成了C—C键,C正确。结合题图知,CH4→CH3COOH过程中,C—H键、键均发生断裂,D正确。
3.D 由题图可得①Mg(s)+F2(g)MgF2(s) ΔH=-1 124 kJ·mol-1,②Mg(s)+Br2(l)MgBr2(s) ΔH=-524 kJ·mol-1,③Mg(s)+I2(s)MgI2(s) ΔH=-364 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由②-①得MgF2(s)+Br2(l)MgBr2(s)+F2(g) ΔH=+600 kJ·mo,A项正确。根据盖斯定律,由②-③得MgI2(s)+Br2(l)MgBr2(s)+I2(s) ΔH=-160 kJ·mol-1,ΔH<0,B项正确。由题图可知Mg和Br2反应生成MgBr2为放热反应,故电解MgBr2制Mg是吸热反应,C项正确。MgI2、MgBr2、MgCl2、MgF2均为离子晶体,离子半径F-0,C项错误。放热反应,焓变是负值,则放出的热量越多,焓变越小,所以若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,则ΔH1<0,D项错误。
6.D 根据甲醛的燃烧反应可知甲醛与氧气生成CO2和H2O的反应为放热反应,则反应物的键能之和小于生成物的键能之和,A项错误;催化剂能够改变反应的历程,但是不能改变反应的焓变,B项错误;从题图可知,反应结束后18O在H2O中,C项错误;甲醛分子中碳原子为sp2杂化,产物CO2分子中碳原子是sp杂化,D项正确。
7.A 从题图2可以看出,总反应的反应物的总能量比生成物的总能量高,因此总反应为放热反应,A项正确。由题图1可知,Pt2O+参与反应后又生成,不需要补充,Pt2O+是总反应的催化剂,Pt2是反应的中间产物,也不需要补充,催化剂只能改变反应的活化能,不能改变反应的焓变,B、C、D项错误。
8.B A项,由题给表格中的数据可知,NO(g)的相对能量最高,化学性质最活泼,最不稳定,推断正确。B项,反应热等于生成物的总能量与反应物的总能量之差,该反应的ΔH=66 kJ·mol-1-(-20 kJ·mol-1)=+86 kJ·mol-1,推断错误。C项,该反应的ΔH=66 kJ·mol-1+0-11 kJ·mol-1=+55 kJ·mol-1,推断正确。D项,N2O(g)N2(g)+O2(g) 该反应的ΔH=(0+0-82) kJ·mol-1=-82 kJ·mol-1,推断正确。
9.B 将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由3×①-②-2×③得6FeO(s)+6CO(g)6Fe(s)+6CO2(g) ΔH=-66 kJ·mol-1,则FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·mol-1,B项正确。
10.(1)无污染、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高(任写其中2个)(2分) H2+2OH--2e-2H2O(2分) (2)<(2分) (3)ac(2分) (4)光能转化为化学能(1分)
【解析】 (1)氢气的来源广且可再生,燃烧生成水,无污染,且单位质量的氢气燃烧放出的热量比汽油的多。碱性氢氧燃料电池的负极发生氧化反应,在碱性条件下氢气放电生成H2O。(2)题中的两个反应都是熵减的反应,由于两个反应均能自发进行,所以两个反应都是放热反应,即ΔH1<0、ΔH2<0。根据盖斯定律,将题中两个热化学方程式相加得H2(g)+O2(g)H2O2(l) ΔH=ΔH1+ΔH2<0。(3)达到化学平衡时,气体的物质的量不变,所以容器内气体压强保持不变,a项正确。由于该反应是可逆反应,所以吸收y mol H2所需的MHx的物质的量大于1 mol,b项错误。该反应的平衡常数表达式为K=,由于该反应是放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,c(H2)减小,故K增大,c项正确。向容器内通入少量氢气,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆),即v(吸氢)>v(放氢),d项错误。(4)太阳能分解水制氢,是光能转化为化学能的过程。
11.(1)N2H4(g)+NO2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-567.85 kJ·mol-1(2分) 产物为N2和H2O,对环境无污染(2分) (2)N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 126 kJ·mol-1(2分) (3)N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O(2分) 17∶24(2分)
【解析】 (1)根据盖斯定律,由②-×①即得到N2H4(g)+NO2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534 kJ·mol-1-67.7 kJ·mol-1×=-567.85 kJ·mol-1。根据方程式可知,生成物是N2和H2O,对环境无污染。(2)根据盖斯定律,由③×4-④×2+②即得到N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 126 kJ·mol-1。(3)由题意知,肼—空气碱性燃料电池的总反应为N2H4+O2N2+2H2O,负极电极反应式为N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O。氨气—空气碱性燃料电池总反应为4NH3+3O22N2+6H2O,负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,电流效率之比为∶=17∶24。
12.(1)增大(2分) (2)200(2分) (3)①<(2分) ②0.1(2分) ③2(2分) (4)A(2分) D(2分)
【解析】 (1)该反应于恒容密闭容器中达到平衡,继续通入Cl2,平衡正向移动,c(NOCl)增大,逆反应速率增大,直至正、逆反应速率相等时反应再次达到平衡。(2)由ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(2×630+243)kJ·mol-1-(2a+2×607)kJ·mol-1=(289-2a) kJ·mol-1=-111 kJ·mol-1,解得a=200。(3)①根据题图1可知,T2下反应先达到平衡,则T2>T1。T2→T1,降低温度,c(NOCl)增大,说明平衡向正反应方向移动,则正反应是放热反应,ΔH<0。②反应至10 min时,c(NOCl)=1 mol·L-1,则v(NOCl)==0.1 mol·L-1·min-1,则NO的平均反应速率v(NO)=v(NOCl)=0.1 mol·L-1·min-1。③起始时c(NO)=2 mol·L-1,c(Cl2)=1 mol·L-1,T2下,反应达到平衡时c(NOCl)=1 mol·L-1,根据2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g),则平衡时c(NO)=1 mol·L-1,c(Cl2)=0.5 mol·L-1,T2时该反应的平衡常数K===2。(4)的值越小,NO的转化率越大,故A、B、C三状态中NO的转化率最大的是A点,=2时,反应达到平衡状态时NOCl的体积分数最大,结合题图2中曲线的变化趋势,当=1.5时,反应达到平衡状态时NOCl的体积分数可能是D点。