高考化学一轮复习课时分层作业十九化学反应与能量的变化含解析新人教版

化学反应与能量的变化

(建议用时40分钟)

1.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是(　　)

A．H2O的分解反应是放热反应

B．氢能源已被普遍使用

C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量

D．氢气是不可再生能源

【解析】选C。2H2O2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2 mol H2O的总能量低于

2 mol H2和1 mol O2的总能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。氢气是可再生能源。

2．MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：

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

【解析】选C。根据盖斯定律，得ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，又易知Ca2＋半径大于Mg2＋半径，所以CaCO3的离子键强度弱于MgCO3，CaO的离子键强度弱于MgO。ΔH1表示断裂CO和M2＋的离子键所吸收的能量，离子键强度越大，吸收的能量越大，因而ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0，A正确；ΔH2表示断裂CO中共价键形成O2－和CO2吸收的能量，与M2＋无关，因而ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)>0，B正确；由上可知ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)<0，而ΔH3表示形成MO离子键所放出的能量，ΔH3为负值，CaO的离子键强度弱于MgO，因而ΔH3(CaO)>ΔH3(MgO)，ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)>0，C错误；由上分析可知ΔH1＋ΔH2>0，ΔH3<0，故ΔH1＋ΔH2>ΔH3，D正确。

3．Mn2＋催化H2O2分解：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1，其反应机理如下：

若反应Ⅱ的焓变为ΔH2，则反应Ⅰ的焓变ΔH为(反应Ⅰ、Ⅱ的计量数均为最简整数比)(　　)

A．ΔH1－ΔH2　　　　 B．ΔH1＋ΔH2

C．2ΔH1－ΔH2      D．ΔH1－2ΔH2

【解析】选A。由图可知反应过程为H2O2＋Mn2＋===2H＋＋MnO2(Ⅰ)、MnO2＋H2O2＋2H＋===Mn2＋＋2H2O＋O2↑(Ⅱ)，题给反应可由两个反应相加获得，有ΔH1＝ΔH＋ΔH2，ΔH＝ΔH1－ΔH2。

4.(双选)CH4与Cl2生成CH3Cl的反应过程中,中间态物质的能量关系如图所示(Ea表示活化能)。下列说法不正确的是 (　　)

A.已知Cl·是由Cl2在光照条件下化学键断裂生成的，该过程可表示为

B．相同条件下，Ea越大相应的反应速率越快

C．图中ΔH＜0，其大小与Ea1、Ea2无关

D．CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl是一步就能完成的反应

【解析】选B、D。A.氯气中只含Cl—Cl键，则Cl2在光照条件下化学键断裂生成的，该过程可表示为，故A正确；B.活化能越大、反应速率越小，则Ea越大相应的反应速率越慢，故B错误；C.焓变与活化能大小无关，与始终态有关，且焓变等于正逆反应的活化能之差，反应物总能量大于生成物总能量，则ΔH＜0，其大小与Ea1、Ea2无关，故C正确；D.由图可知，生成一氯甲烷出现两处中间态物质，不能一步完成，故D错误。

5．(2020·密云区模拟)已知：

ΔH＝－a kJ·mol－1。下列说法中正确的是(　　)

A．顺­2­丁烯比反­2­丁烯稳定

B．顺­2­丁烯分子比反­2­丁烯分子能量低

C．高温有利于生成顺­2­丁烯

D．等物质的量的顺­2­丁烯和反­2­丁烯分别与足量氢气反应，放出的热量相等

【解析】选C。A.反应是放热反应，顺­2­丁烯能量高于反­2­丁烯的能量，所以反­2­丁烯稳定，故A错误；B.反应是放热反应，顺­2­丁烯能量高于反­2­丁烯的能量，故B错误；C.温度升高平衡向吸热反应方向进行，所以平衡逆向进行，有利于生成顺­2­丁烯，故C正确；D.顺­2­丁烯能量高于反­2­丁烯的能量，等物质的量的顺­2­丁烯和反­2­丁烯分别与足量氢气反应，放出的热量不相等，故D错误。

6．(2020·浙江模拟)NH4X(X为卤素原子) 有关转化过程的能量关系如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.ΔH1＞ΔH4

B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0

C．因为NH4Cl固体溶于水吸热，所以ΔH6＜0

D．相同条件下，NH4 Br的(ΔH2＋ΔH3＋ΔH5) 比NH4 I的大

【解析】选C。A.NH4X分解为三种气体的反应是吸热反应，而X(g)变成X－(g)该过程为放热反应，则ΔH1＞ΔH4，故A正确；B.根据盖斯定律，可知ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝－ΔH6，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，故B正确；C.NH4Cl固体溶于水电离出自由移动的离子，NH4Cl(s)===NH(aq)＋Cl－(aq)，该过程吸热，而NH4Cl(s)分解为NH(g)和Cl－(g)的过程需要吸收能量以破坏离子键，是吸热过程，则逆过程为放热反应，即ΔH6＜0，NH4Cl固体溶于水吸热与ΔH6＜0两者没有因果关系，故C错误；D.相同条件下，NH4 Br和NH4 I的ΔH2不同，Br—Br键的键能大于I—I键的键能，所以使等物质的量的Br2和I2变成原子，溴需要吸收的热量多，即NH4Br的ΔH2比NH4I的大，故D正确。

【加固训练—拔高】

HBr被O2氧化依次由如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成，1 mol HBr被氧化为Br2放出12.67 kJ热量，其能量与反应过程曲线如图所示。

(Ⅰ)HBr(g)＋O2(g)===HOOBr(g)

(Ⅱ)HOOBr(g)＋HBr(g)===2HOBr(g)

(Ⅲ)HOBr(g)＋HBr(g)===H2O(g)＋Br2(g)

下列说法中正确的是(　　)

A．三步反应均为放热反应

B．步骤(Ⅰ)的反应速率最慢

C．步骤(Ⅰ)中HOOBr比HBr和O2稳定

D．热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　

ΔH＝－12.67 kJ·mol－1

【解析】选B。放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，根据题图可知，第一步反应为吸热反应，A项错误；三步反应中，步骤(Ⅰ)活化能最高，B项正确；步骤(Ⅰ)中HOOBr的能量比HBr和O2的总能量高，能量越高，物质越不稳定，C项错误；1 mol HBr被氧化为Br2放出12.67 kJ热量，则热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　ΔH＝－50.68 kJ·mol－1，D项错误。

7．(2021·温州模拟)金刚石和石墨均为碳的同素异形体，它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳，充分燃烧时生成二氧化碳，反应中放出的热量如图所示。

(1)在通常状况下，金刚石和石墨中________(填“金刚石”或“石墨”)更稳定，石墨的标准燃烧热ΔH为________。

(2)12 g石墨在一定量空气中燃烧，生成气体36 g，该过程放出的热量为________。

(3)已知：N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol－1、497 kJ·mol－1。

N2(g)＋O2(g)===2NO(g)   ΔH＝180.0 kJ·mol－1

NO分子中化学键的键能为________kJ·mol－1。

(4)综合上述有关信息，请写出CO与NO反应的热化学方程式：______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

【解析】(1)由图知石墨的能量比金刚石的小，所以石墨比金刚石稳定；石墨的标准燃烧热ΔH＝ΔH3＋ΔH2＝－110.5 kJ·mol－1＋(－283.0 kJ·mol－1)＝

－393.5 kJ·mol－1。(2)n(CO)×28 g·mol－1＋n(CO2)×44 g·mol－1＝36 g，n(CO)＋n(CO2)＝1 mol，所以n(CO)＝n(CO2)＝0.5 mol，放出的热量为110.5 kJ·mol－1×0.5 mol＋393.5 kJ·mol－1×0.5 mol＝252.0 kJ。(3)设NO分子中化学键的键能为x，则946 kJ·mol－1＋497 kJ·mol－1－2x＝180.0 kJ·mol－1，x＝631.5 kJ·mol－1。(4)由图知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566.0 kJ·mol－1，将该式减去N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝180.0 kJ·mol－1得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.0 kJ·mol－1。

答案：(1)石墨　－393.5 kJ·mol－1

(2)252.0 kJ　(3)631.5

(4)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)    ΔH＝－746.0 kJ·mol－1

8．固态或气态碘分别与氢气反应的热化学方程式如下：

①H2(g)＋I2(？) 2HI(g)   ΔH1＝－9.48 kJ·mol－1

②H2(g)＋I2(？) 2HI(g)    ΔH2＝26.48 kJ·mol－1

下列判断不正确的是(　　)

A．①中的I2为气态，②中的I2为固态

B．②的反应物总能量比①的反应物总能量低

C．反应①的产物比反应②的产物热稳定性更好

D．1 mol固态碘升华时将吸收35.96 kJ的热量

【解析】选C。根据反应热ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量，说明①中反应物的总能量大于②中反应物的总能量，由于物质在气态时的能量大于在固态时的能量，则①中的I2为气体，②中的I2为固体，故A、B都正确；由于两个反应的产物相同、状态相同，热稳定性也相同，故C错误；根据盖斯定律，由②－①得I2(s) I2(g)　ΔH＝ΔH2－ΔH1＝26.48 kJ·mol－1－

(－9.48 kJ·mol－1)＝35.96 kJ·mol－1，说明1 mol固态碘升华为碘蒸气需要吸收35.96 kJ的热量，故D正确。

9．(2021·临沂模拟)Li/Li2O体系的能量循环图如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.ΔH3<0

B．ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6

C．ΔH6>ΔH5

D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0

【解析】选C。断裂化学键吸收能量，氧气断裂化学键变为氧原子过程中吸热，ΔH3>0, A错误；由盖斯定律分析可知：反应一步完成与分步完成的热效应相同，ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6, B错误；由能量转化关系和盖斯定律的计算可知，反应一步完成与分步完成的热效应相同，ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6，因ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4>0，ΔH6>ΔH5, C正确；由盖斯定律计算得到，反应过程中的焓变关系为ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6，D错误。

10．(2020·平谷区模拟)中国科学家在合成氨(N2＋3H22NH3　ΔH＜0)反应机理研究中取得新进展，首次报道了LiH－3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理。如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A.转化过程中有非极性键断裂与形成

B．复合催化剂降低了反应的活化能

C．复合催化剂能降低合成氨反应的焓变

D．低温下合成氨，能提高原料转化率

【解析】选C。A.由图可知，转化过程中反应物和生成物中均存在单质，单质中存在非极性键，所以有非极性键断裂与形成，故A正确；B.催化剂通过降低反应活化能而加快反应速率，所以复合催化剂降低了反应的活化能，故B正确；C.催化剂不能改变反应的焓变，所以复合催化剂不能降低合成氨反应的焓变，故C错误；D.N2＋3H22NH3　ΔH＜0为放热反应，则低温促进反应正向进行，能提高原料转化率，故D正确。

11.(双选)近年来,利用电化学催化方法进行CO2转化的研究引起了世界范围内的高度关注。如图所示是以Cu作为催化剂CO2转化为甲酸的反应过程,有关说法不正确的是 (　　)

A.过程①说明在催化剂作用下,O—C—O之间形成了一种特殊的化学键

B.过程②形成O—H键的过程放出了能量

C.反应过程中微粒间的碰撞均为有效碰撞

D.每1 mol CO2完全转化为甲酸需得1 mol e-

【解析】选C、D。A.过程①中碳氧双键断裂,O—C—O之间形成了一种特殊的化学键,故A正确;B.化学键的形成要放出能量,故过程②放出能量并形成了O—H键,故B正确;C.活化分子间所发生的分子间的碰撞,只有能发生反应的碰撞才是有效碰撞,故C错误;D.二氧化碳转化为甲酸时,碳元素由+4价变为+2价,故1 mol CO2完全转化为甲酸需得2 mol e-,故D错误。

12．(1)SO2的排放主要来自煤的燃烧。为减少SO2的排放，常用石灰石脱硫。

已知：CaCO3(s)===CO2(g)＋CaO(s)   ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1

SO2(g)＋CaO(s)===CaSO3(s)   ΔH＝－402 kJ·mol－1

2CaSO3(s)＋O2(g)===2CaSO4(s)   ΔH＝－234.2 kJ·mol－1

则2CaSO3(s)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)　ΔH＝________。

(2)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知：

①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574.0 kJ·mol－1

②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1 160.0 kJ·mol－1

③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·mol－1

1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的反应热为________。

(3)“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，也正成为科学家研究的主要课题。利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应：

Ⅰ甲醇的合成　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

Ⅱ甲醇脱水　2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)

Ⅲ逆水气变换　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)

已知：相关物质变化的焓变示意图如下：

写出由CO和H2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：____________________。

(4)利用H2S代替H2O通过热化学循环可高效制取H2，原理如图a所示：

①“Bunsen反应”的离子方程式为______________________________。

②已知键能E(I—I)＝152.7 kJ·mol－1，E(H—H)＝436.0 kJ·mol－1，

E(H—I)＝298.7 kJ·mol－1，HI气体分解为碘蒸气和氢气的热化学方程式为____________________________。

③上述循环过程总反应方程式为_______________________________

_______________________________________________________________。

【解析】(1)设三个反应依次为①、②、③，根据盖斯定律可知总反应方程式可由(①＋②)×2＋③所得，因此ΔH＝2×(ΔH1＋ΔH2)＋ΔH3＝2×(178.2－402)－234.2＝－681.8(kJ·mol－1)。

(2)①CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－574.0 kJ·mol－1

②CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－1 160.0 kJ·mol－1

③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·mol－1

运用盖斯定律计算[①＋②＋4×③]×1/2得到1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的反应热为－955.0 kJ·mol－1。

(3)CO和H2直接加氢合成二甲醚的反应方程式为2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)，常规解法为可以先找出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的ΔH，再根据盖斯定律由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ进行求解。但若直接根据图象分析更为简便：该反应ΔH＝

－(41.2＋99.2－23.9)＝—116.5(kJ·mol－1)。

(4)①“Bunsen反应”是SO2、I2、H2O反应生成H2SO4和 HI，故离子方程式为SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋2I－＋SO；②反应热ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，故2HI(g) H2(g)＋I2(g)的反应热为298.7×2－436.0－152.7＝8.7(kJ·mol－1)；③上述流程图中，进入的是H2S和CO2，出来的是H2和S8以及CO2，可分析出是H2S分解成了H2和S8，故总反应方程式为8H2S8H2＋S8。

答案：(1)－681.8 kJ·mol－1

(2)－955.0 kJ·mol－1

(3)2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－116.5 kJ·mol－1

(4)①SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋2I－＋SO

②2HI(g) H2(g)＋I2(g)    ΔH＝＋8.7 kJ·mol－1

③8H2S8H2＋S8