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2022届高考化学二轮专题复习学案练习专题六 考点一 化学能与热能
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这是一份2022届高考化学二轮专题复习学案练习专题六 考点一 化学能与热能，共11页。
考点一 化学能与热能
1．从两种角度理解化学反应热
2．“五步”法书写热化学方程式
提醒 对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。
如：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·ml－1
②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·ml－1
③S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3＝－0.33 kJ·ml－1
3．燃烧热和中和热应用中的注意事项
(1)均为放热反应，ΔH<0，单位为kJ·ml－1。
(2)燃烧热概念理解的三要点：①外界条件是25 ℃、101 kPa；②反应的可燃物是1 ml；③生成物是稳定的氧化物(包括状态)，如碳元素生成的是CO2，而不是CO，氢元素生成的是液态水，而不是水蒸气。
(3)中和热概念理解三要点：①反应物的酸、碱是强酸、强碱；②溶液是稀溶液，不存在稀释过程的热效应；③生成产物水是1 ml。
角度一 反应热的概念及计算
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)如图表示燃料燃烧反应的能量变化(×)(2016·江苏，10A)
(2)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能(×)(2015·江苏，4D)
(3)催化剂能改变反应的焓变(×)(2012·江苏，4B)
(4)催化剂能降低反应的活化能(√)(2012·江苏，4C)
(5)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(6)500 ℃、30 MPa下，将0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up7(500 ℃、30 MPa),\s\d5(催化剂))2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ·ml－1(×)
2．(2020·天津，10)理论研究表明，在101 kPa和298 K下，HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A．HCN比HNC稳定
B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3 kJ·ml－1
C．正反应的活化能大于逆反应的活化能
D．使用催化剂，可以改变反应的反应热
答案 D
解析 A对，HCN的能量低于HNC的能量，能量越低越稳定；B对，根据题图可知反应为吸热反应，该反应的ΔH＝＋59.3 kJ·ml－1；C对，正反应的活化能为186.5 kJ·ml－1，逆反应的活化能为186.5 kJ·ml－1－59.3 kJ·ml－1＝127.2 kJ·ml－1，故正反应的活化能大于逆反应的活化能；D错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。
3．(2019·海南，5)根据下图中的能量关系，可求得C—H的键能为( )
A．414 kJ·ml－1
B．377 kJ·ml－1
C．235 kJ·ml－1
D．197 kJ·ml－1
答案 A
解析 C(s)===C(g) ΔH1＝717 kJ·ml－1
2H2(g)===4H(g) ΔH2＝864 kJ·ml－1
C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH3＝－75 kJ·ml－1
根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能
－75 kJ·ml－1＝717 kJ·ml－1＋864 kJ·ml－1－4 E(C—H)，解得E(C—H)＝414 kJ·ml－1。
4．(1)[2015·浙江理综，28(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
eq \(,\s\up7(催化剂))＋H2(g)
已知：
计算上述反应的ΔH＝________kJ·ml－1。
答案 ＋124
解析 设“”部分的化学键键能为a kJ·ml－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5) kJ·ml－1－(a＋612＋412×3＋436) kJ·ml－1＝＋124 kJ·ml－1。
(2)[2015·全国卷Ⅰ，28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·ml－1，1 ml H2(g)、1 ml 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 ml HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。
答案 299
解析 形成1 ml H2(g)和1 ml I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 ml HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·ml－1＋436 kJ·ml－1＋151 kJ·ml－1＝598 kJ·ml－1，则E(H—I)＝299 kJ·ml－1。]
5．(1)[2017·天津，7(3)]0.1 ml Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为____________。
(2)[2015·安徽理综，27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(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______________。
答案 (1)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 kJ·ml－1
(2)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·ml－1
热化学方程式书写易出现的错误
(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。
(3)漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为kJ，从而造成错误。
(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
(5)对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1 ml 可燃物或生成1 ml H2O(l)而造成错误。
角度二 “机理”图像的分析与应用
6．(2020·全国卷Ⅰ，10)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。
下列叙述错误的是( )
A．CH3COI是反应中间体
B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO===CH3CO2H
C．反应过程中Rh的成键数目保持不变
D．存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O
答案 C
解析 由反应过程可知，CH3COI在反应过程中生成，后又参与后续反应而消耗，属于反应中间体，A项正确；观察反应过程图示可得甲醇羰基化反应的化学方程式为CH3OH＋CO===CH3CO2H，B项正确；观察反应过程图示可看出Rh的成键数目有4、5、6，C项错误；观察反应过程图示可知存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O，D项正确。
7．(2020·全国卷Ⅱ，11)据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．OH－参与了该催化循环B．该反应可产生清洁燃料H2
C．该反应可消耗温室气体CO2D．该催化循环中Fe的成键数目发生变化
答案 C
解析 根据题图中信息可知，OH－参与了该催化循环过程，A正确；由题图中箭头方向可知有H2生成，所以该反应可以产生清洁燃料H2，B正确；由题图中箭头方向可知，在催化反应过程中释放出CO2，CO2是生成物，C错误；根据题图中信息可知，转化为和H2的过程中，铁的成键数目发生了变化，D正确。
8．[2019·全国卷Ⅰ，28(3)]我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式________________________________。
答案 小于 2.02 COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
解析 观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
题组一 能量图像的分析与应用
1．由合成气制备二甲醚，涉及如下反应：
(ⅰ)2CH3OH(g)C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH1
(ⅱ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2
能量变化如图所示：
下列说法正确的是( )
A．ΔH1＜ΔH2
B．反应(ⅱ)为吸热反应
C．C2H4(g)＋H2O(g)CH3OCH3(g) ΔH＝－5.2 kJ·ml－1
D．若在容器中加入催化剂，则E2－E1将变小
答案 A
解析 根据图像数据可知，ΔH1＝－29.1 kJ·ml－1，ΔH2＝－23.9 kJ·ml－1，则ΔH1＜ΔH2，故A项正确；从图像数据可看出，ΔH2＜0，即反应(ⅱ)为放热反应，故B项错误；根据盖斯定律可知，反应(ⅱ)－反应(ⅰ)可得反应C2H4(g)＋H2O(g)CH3OCH3(g)，则ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－23.9 kJ·ml－1－(－29.1 kJ·ml－1)＝＋5.2 kJ·ml－1，故C项错误；若在容器中加入催化剂，降低了反应的活化能，但不会改变反应焓变，则E2－E1的差值不变，故D项错误。
2．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·ml－1，在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A．ΔH＝E4－E3＋E2－E1
B．加入V2O5后反应经过两步完成，其中第一步决定反应速率
C．加入V2O5，ΔH不变，但反应速率改变
D．向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应达平衡时，反应放热198 kJ
答案 C
解析 根据图示可知：反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值，ΔH＝E1－E2＋E3－E4，A错误；多步反应的反应速率由慢反应决定，由图可知：加入V2O5后第二步反应发生需要的能量高，反应速率慢，所以反应速率由第二步反应决定，B错误；催化剂不能改变反应物、生成物的能量，所以ΔH不变，但催化剂能改变反应途径，所以使用催化剂后反应速率改变，C正确；该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应达平衡时，反应放热小于198 kJ，D错误。
题组二 “机理”图像的分析与应用
3．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。该历程示意图如下。
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
答案 D
解析 根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4＋CO2eq \(――――→,\s\up7(催化剂))CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；CH4选择性活化变为①过程中，有1个C—H键发生断裂，B项正确；根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C键，C项正确；催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。
4．(2020·广东省东莞市高三模拟)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A．由图可以判断合成氨反应属于放热反应
B．氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快
C．整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*＋3H2―→2N*＋6H*
D．从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率
答案 C
解析 据图可知，始态*N2＋3H2的相对能量为0 eV，生成物*＋2NH3的相对能量约为－1.8 eV，反应物的总能量高于生成物的，所以为放热反应，故A正确；图中实线标示出的位点A最大能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点B最大能垒(活化能)，活化能越低，有效碰撞几率越大，化学反应速率越大，故B正确；由图像可知，整个反应历程中2N*＋3H2―→2N*＋6H*活化能几乎为零，为最小，故C错误；由图像可知氮气活化在位点A上活化能较低，速率较快，故D正确。
5．(2020·广东省揭阳市高三测试)研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是( )
A．CO的催化氧化反应为2CO＋O2===2CO2
B．反应路径1的催化效果更好
C．路径1和路径2第一步能量变化都为3.22 eV
D．路径1中最大能垒(活化能)E正＝1.77 eV
答案 B
解析 由图可知CO在Pd2催化作用下与氧气反应产生CO2，反应方程式为2CO＋O2===2CO2，A正确；由图可知：反应路径2所需总的活化能比反应路径1低，反应路径2的催化效果更好，B错误；反应路径1和反应路径2的第一步能量变化都为3.22 eV，C正确；路径1的最大能垒(活化能)E正＝－3.96 eV－(－5.73 eV)＝1.77 eV，D正确。
题组三 键能、焓变、活化能的综合应用
6．(1)用CO2催化加氢可制取乙烯：CO2(g)＋3H2(g)eq \f(1,2)C2H4(g)＋2H2O(g)。若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH＝________(用含a、b的式子表示)。
已知：几种化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152 kJ·ml－1，则表中的x＝________。
(2)甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统中同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下表，则在初始阶段，蒸汽重整的反应速率________(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。
(3)CO2在Cu-ZnO催化下，可同时发生如下的反应Ⅰ、Ⅱ，其可作为解决温室效应及能源短缺问题的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.8 kJ·ml－1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·ml－1
某温度时，若反应Ⅰ的速率v1大于反应Ⅱ的速率v2，则下列反应过程的能量变化正确的是________(填字母)。
答案 (1)－(b－a)kJ·ml－1 764 (2)小于 (3)D
解析 (1)由图知1 ml CO2(g)和3 ml H2(g)具有的总能量大于eq \f(1,2) ml C2H4(g)和2 ml H2O(g)具有的总能量，该反应为放热反应，反应的ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量＝－(b－a)kJ·ml－1。ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝2E(C==O)＋3E(H—H)－[eq \f(1,2)E(C==C)＋2E(C—H)＋4E(H—O)]＝2×803 kJ·ml－1＋3×436 kJ·ml－1－(eq \f(1,2)×x kJ·ml－1＋2×414 kJ·ml－1＋4×464 kJ·ml－1)＝－152 kJ·ml－1，解得x＝764。
(2)从表中活化能数据可以看出，在初始阶段，蒸汽重整反应活化能较大，而甲烷氧化的反应活化能均较小，所以甲烷氧化的反应速率快。
(3)反应Ⅰ是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应Ⅱ是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，因为反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ，因此反应Ⅰ的活化能低于反应Ⅱ，D正确。
催化剂能加快反应速率的原理是降低了反应的活化能，由此可推知反应的活化能越低，反应速率越快，相对来说反应就越易进行。反应热图示
图像
分析
微观
宏观
a表示断裂旧化学键吸收的能量；
b表示生成新化学键放出的能量；
c表示反应热
a表示反应物的活化能；
b表示活化分子形成生成物释放的能量；
c表示反应热
ΔH的计算
ΔH＝H(生成物)－H(反应物)
ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)
化学键
C—H
C—C
C==C
H—H
键能/kJ·ml－1
412
348
612
436
化学键
C==O
H—H
C==C
C—H
H—O
键能/(kJ·ml－1)
803
436
x
414
464
反应过程
化学方程式
焓变ΔH/(kJ·ml－1)
活化能Ea/(kJ·ml－1)
甲烷氧化
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
－802.6
125.6
CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
－322.0
172.5
蒸汽重整
CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
＋206.2
240.1
CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)
＋158.6
243.9
考点一 化学能与热能
1．从两种角度理解化学反应热
2．“五步”法书写热化学方程式
提醒 对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。
如：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·ml－1
②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·ml－1
③S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3＝－0.33 kJ·ml－1
3．燃烧热和中和热应用中的注意事项
(1)均为放热反应，ΔH<0，单位为kJ·ml－1。
(2)燃烧热概念理解的三要点：①外界条件是25 ℃、101 kPa；②反应的可燃物是1 ml；③生成物是稳定的氧化物(包括状态)，如碳元素生成的是CO2，而不是CO，氢元素生成的是液态水，而不是水蒸气。
(3)中和热概念理解三要点：①反应物的酸、碱是强酸、强碱；②溶液是稀溶液，不存在稀释过程的热效应；③生成产物水是1 ml。
角度一 反应热的概念及计算
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)如图表示燃料燃烧反应的能量变化(×)(2016·江苏，10A)
(2)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能(×)(2015·江苏，4D)
(3)催化剂能改变反应的焓变(×)(2012·江苏，4B)
(4)催化剂能降低反应的活化能(√)(2012·江苏，4C)
(5)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)
(6)500 ℃、30 MPa下，将0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up7(500 ℃、30 MPa),\s\d5(催化剂))2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ·ml－1(×)
2．(2020·天津，10)理论研究表明，在101 kPa和298 K下，HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是( )
A．HCN比HNC稳定
B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3 kJ·ml－1
C．正反应的活化能大于逆反应的活化能
D．使用催化剂，可以改变反应的反应热
答案 D
解析 A对，HCN的能量低于HNC的能量，能量越低越稳定；B对，根据题图可知反应为吸热反应，该反应的ΔH＝＋59.3 kJ·ml－1；C对，正反应的活化能为186.5 kJ·ml－1，逆反应的活化能为186.5 kJ·ml－1－59.3 kJ·ml－1＝127.2 kJ·ml－1，故正反应的活化能大于逆反应的活化能；D错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。
3．(2019·海南，5)根据下图中的能量关系，可求得C—H的键能为( )
A．414 kJ·ml－1
B．377 kJ·ml－1
C．235 kJ·ml－1
D．197 kJ·ml－1
答案 A
解析 C(s)===C(g) ΔH1＝717 kJ·ml－1
2H2(g)===4H(g) ΔH2＝864 kJ·ml－1
C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH3＝－75 kJ·ml－1
根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能
－75 kJ·ml－1＝717 kJ·ml－1＋864 kJ·ml－1－4 E(C—H)，解得E(C—H)＝414 kJ·ml－1。
4．(1)[2015·浙江理综，28(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
eq \(,\s\up7(催化剂))＋H2(g)
已知：
计算上述反应的ΔH＝________kJ·ml－1。
答案 ＋124
解析 设“”部分的化学键键能为a kJ·ml－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5) kJ·ml－1－(a＋612＋412×3＋436) kJ·ml－1＝＋124 kJ·ml－1。
(2)[2015·全国卷Ⅰ，28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·ml－1，1 ml H2(g)、1 ml 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 ml HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。
答案 299
解析 形成1 ml H2(g)和1 ml I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 ml HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·ml－1＋436 kJ·ml－1＋151 kJ·ml－1＝598 kJ·ml－1，则E(H—I)＝299 kJ·ml－1。]
5．(1)[2017·天津，7(3)]0.1 ml Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为____________。
(2)[2015·安徽理综，27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(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______________。
答案 (1)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－85.6 kJ·ml－1
(2)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·ml－1
热化学方程式书写易出现的错误
(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。
(2)反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出“＋”号，放热反应未标出“－”号，从而导致错误。
(3)漏写ΔH的单位，或者将ΔH的单位写为kJ，从而造成错误。
(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。
(5)对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是1 ml 可燃物或生成1 ml H2O(l)而造成错误。
角度二 “机理”图像的分析与应用
6．(2020·全国卷Ⅰ，10)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。
下列叙述错误的是( )
A．CH3COI是反应中间体
B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO===CH3CO2H
C．反应过程中Rh的成键数目保持不变
D．存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O
答案 C
解析 由反应过程可知，CH3COI在反应过程中生成，后又参与后续反应而消耗，属于反应中间体，A项正确；观察反应过程图示可得甲醇羰基化反应的化学方程式为CH3OH＋CO===CH3CO2H，B项正确；观察反应过程图示可看出Rh的成键数目有4、5、6，C项错误；观察反应过程图示可知存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O，D项正确。
7．(2020·全国卷Ⅱ，11)据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．OH－参与了该催化循环B．该反应可产生清洁燃料H2
C．该反应可消耗温室气体CO2D．该催化循环中Fe的成键数目发生变化
答案 C
解析 根据题图中信息可知，OH－参与了该催化循环过程，A正确；由题图中箭头方向可知有H2生成，所以该反应可以产生清洁燃料H2，B正确；由题图中箭头方向可知，在催化反应过程中释放出CO2，CO2是生成物，C错误；根据题图中信息可知，转化为和H2的过程中，铁的成键数目发生了变化，D正确。
8．[2019·全国卷Ⅰ，28(3)]我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式________________________________。
答案 小于 2.02 COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
解析 观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。过渡态物质相对能量与始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。
题组一 能量图像的分析与应用
1．由合成气制备二甲醚，涉及如下反应：
(ⅰ)2CH3OH(g)C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH1
(ⅱ)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2
能量变化如图所示：
下列说法正确的是( )
A．ΔH1＜ΔH2
B．反应(ⅱ)为吸热反应
C．C2H4(g)＋H2O(g)CH3OCH3(g) ΔH＝－5.2 kJ·ml－1
D．若在容器中加入催化剂，则E2－E1将变小
答案 A
解析 根据图像数据可知，ΔH1＝－29.1 kJ·ml－1，ΔH2＝－23.9 kJ·ml－1，则ΔH1＜ΔH2，故A项正确；从图像数据可看出，ΔH2＜0，即反应(ⅱ)为放热反应，故B项错误；根据盖斯定律可知，反应(ⅱ)－反应(ⅰ)可得反应C2H4(g)＋H2O(g)CH3OCH3(g)，则ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－23.9 kJ·ml－1－(－29.1 kJ·ml－1)＝＋5.2 kJ·ml－1，故C项错误；若在容器中加入催化剂，降低了反应的活化能，但不会改变反应焓变，则E2－E1的差值不变，故D项错误。
2．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·ml－1，在V2O5存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A．ΔH＝E4－E3＋E2－E1
B．加入V2O5后反应经过两步完成，其中第一步决定反应速率
C．加入V2O5，ΔH不变，但反应速率改变
D．向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应达平衡时，反应放热198 kJ
答案 C
解析 根据图示可知：反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值，ΔH＝E1－E2＋E3－E4，A错误；多步反应的反应速率由慢反应决定，由图可知：加入V2O5后第二步反应发生需要的能量高，反应速率慢，所以反应速率由第二步反应决定，B错误；催化剂不能改变反应物、生成物的能量，所以ΔH不变，但催化剂能改变反应途径，所以使用催化剂后反应速率改变，C正确；该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以向密闭容器中充入2 ml SO2和1 ml O2，发生上述反应达平衡时，反应放热小于198 kJ，D错误。
题组二 “机理”图像的分析与应用
3．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。该历程示意图如下。
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
答案 D
解析 根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4＋CO2eq \(――――→,\s\up7(催化剂))CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；CH4选择性活化变为①过程中，有1个C—H键发生断裂，B项正确；根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C键，C项正确；催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。
4．(2020·广东省东莞市高三模拟)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A．由图可以判断合成氨反应属于放热反应
B．氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快
C．整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*＋3H2―→2N*＋6H*
D．从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率
答案 C
解析 据图可知，始态*N2＋3H2的相对能量为0 eV，生成物*＋2NH3的相对能量约为－1.8 eV，反应物的总能量高于生成物的，所以为放热反应，故A正确；图中实线标示出的位点A最大能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点B最大能垒(活化能)，活化能越低，有效碰撞几率越大，化学反应速率越大，故B正确；由图像可知，整个反应历程中2N*＋3H2―→2N*＋6H*活化能几乎为零，为最小，故C错误；由图像可知氮气活化在位点A上活化能较低，速率较快，故D正确。
5．(2020·广东省揭阳市高三测试)研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化，在催化过程中路径不同可能生成不同的过渡态和中间产物(过渡态已标出)，下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是( )
A．CO的催化氧化反应为2CO＋O2===2CO2
B．反应路径1的催化效果更好
C．路径1和路径2第一步能量变化都为3.22 eV
D．路径1中最大能垒(活化能)E正＝1.77 eV
答案 B
解析 由图可知CO在Pd2催化作用下与氧气反应产生CO2，反应方程式为2CO＋O2===2CO2，A正确；由图可知：反应路径2所需总的活化能比反应路径1低，反应路径2的催化效果更好，B错误；反应路径1和反应路径2的第一步能量变化都为3.22 eV，C正确；路径1的最大能垒(活化能)E正＝－3.96 eV－(－5.73 eV)＝1.77 eV，D正确。
题组三 键能、焓变、活化能的综合应用
6．(1)用CO2催化加氢可制取乙烯：CO2(g)＋3H2(g)eq \f(1,2)C2H4(g)＋2H2O(g)。若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH＝________(用含a、b的式子表示)。
已知：几种化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的ΔH＝－152 kJ·ml－1，则表中的x＝________。
(2)甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统中同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下表，则在初始阶段，蒸汽重整的反应速率________(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。
(3)CO2在Cu-ZnO催化下，可同时发生如下的反应Ⅰ、Ⅱ，其可作为解决温室效应及能源短缺问题的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.8 kJ·ml－1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·ml－1
某温度时，若反应Ⅰ的速率v1大于反应Ⅱ的速率v2，则下列反应过程的能量变化正确的是________(填字母)。
答案 (1)－(b－a)kJ·ml－1 764 (2)小于 (3)D
解析 (1)由图知1 ml CO2(g)和3 ml H2(g)具有的总能量大于eq \f(1,2) ml C2H4(g)和2 ml H2O(g)具有的总能量，该反应为放热反应，反应的ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量＝－(b－a)kJ·ml－1。ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝2E(C==O)＋3E(H—H)－[eq \f(1,2)E(C==C)＋2E(C—H)＋4E(H—O)]＝2×803 kJ·ml－1＋3×436 kJ·ml－1－(eq \f(1,2)×x kJ·ml－1＋2×414 kJ·ml－1＋4×464 kJ·ml－1)＝－152 kJ·ml－1，解得x＝764。
(2)从表中活化能数据可以看出，在初始阶段，蒸汽重整反应活化能较大，而甲烷氧化的反应活化能均较小，所以甲烷氧化的反应速率快。
(3)反应Ⅰ是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应Ⅱ是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，因为反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ，因此反应Ⅰ的活化能低于反应Ⅱ，D正确。
催化剂能加快反应速率的原理是降低了反应的活化能，由此可推知反应的活化能越低，反应速率越快，相对来说反应就越易进行。反应热图示
图像
分析
微观
宏观
a表示断裂旧化学键吸收的能量；
b表示生成新化学键放出的能量；
c表示反应热
a表示反应物的活化能；
b表示活化分子形成生成物释放的能量；
c表示反应热
ΔH的计算
ΔH＝H(生成物)－H(反应物)
ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)
化学键
C—H
C—C
C==C
H—H
键能/kJ·ml－1
412
348
612
436
化学键
C==O
H—H
C==C
C—H
H—O
键能/(kJ·ml－1)
803
436
x
414
464
反应过程
化学方程式
焓变ΔH/(kJ·ml－1)
活化能Ea/(kJ·ml－1)
甲烷氧化
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
－802.6
125.6
CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
－322.0
172.5
蒸汽重整
CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
＋206.2
240.1
CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)
＋158.6
243.9
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