2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第15讲　化学反应与能量变化 Word版含解析

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第15讲 化学反应与能量变化
A组 基础必做题(40分)
一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)
1．(2021·河北保定高三检测)工业合成三氧化硫的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·ml－1，反应过程可用下图模拟(代表O2分子，代表SO2分子，代表催化剂)。下列说法正确的是( D )
A．过程Ⅰ和过程Ⅳ决定了整个反应进行的程度
B．过程Ⅱ为放热反应，过程Ⅲ为吸热反应
C．催化剂可降低整个反应的活化能，且可使ΔH减小
D．1 ml SO2和1 ml O2反应，放出的热量小于99 kJ
[解析] 本题考查化学反应与能量，考查的化学核心素养是证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想。由题图可知过程Ⅱ是旧键的断裂，过程Ⅲ是新键的生成，则过程Ⅱ和过程Ⅲ决定了整个反应进行的程度，A项错误；过程Ⅱ是旧键的断裂，是吸热过程，过程Ⅲ是新键的生成，是放热过程，B项错误；催化剂可降低反应的活化能，但不影响ΔH，C项错误；该反应为可逆反应，1 ml SO2和1 ml O2不能完全反应，故放出的热量小于99 kJ，D项正确。
[点拨] 本题题干中－198 kJ·ml－1是指2 ml二氧化硫与1 ml氧气完全反应生成2 ml SO3放出198 kJ的热量，而实际反应中，该反应可逆，不能完全转化。
2．(2021·安徽合肥质量检测)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，其反应过程中的能量变化如图1所示。在以Fe2O3为催化剂的条件下可能发生的反应过程如图2所示(铁元素以离子的形式表示)。下列说法正确的是( C )
A．上述脱硝的总反应为4NH3(g)＋6NO(g)eq \(=====,\s\up7(催化剂))5N2(g)＋6H2O(g)
B．催化剂的存在，使该脱硝的总反应成为放热反应
C．过程2中NO被还原
D．O2的作用主要是吸收产生的H＋生成水
[解析] 本题考查化学反应过程与能量变化，主要考查考生分析问题和解决问题的能力。由题图2可知，脱硝的反应中有NH3、NO和O2三种反应物，脱硝的总反应的化学方程式为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)eq \(=====,\s\up7(催化剂))4N2(g)＋6H2O(g)，A项错误；由题图1可知，生成物能量低于反应物能量，该脱硝的总反应为放热反应，但是催化剂不能改变反应的热效应，B项错误；过程2中，NO转化为N2，N的化合价由＋2降低为0，NO被还原，C项正确；O2的主要作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，实现Fe3＋的循环利用，D项错误。
3．(2021·湖北武汉模拟)下列热化学方程式正确的是( D )
A．CH4的燃烧热为890 kJ·ml－1：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890 kJ·ml－1
B．中和热ΔH＝－57.3 kJ·ml－1：CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)===H2O(l)＋CH3COONa(aq) ΔH＝－57.3 kJ·ml－1
C．一定条件下，0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－71 kJ·ml－1
D．96 g O2的能量比96 g O3的能量低b kJ：3O2(g)2O3(g) ΔH＝＋b kJ·ml－1
[解析] 表示燃烧热时，生成的水必须为液态，A错误；强酸强碱的稀溶液反应生成1 ml液态水时放出的热量叫中和热，醋酸为弱酸，B错误；可逆反应不能彻底，0.5 ml N2与1.5 ml H2充分反应后放出35.5 kJ的热量，则1 ml N2与3 ml H2充分反应后生成2 ml NH3，放出的热量比71 kJ要大，C错误；反应热与化学计量数成正比关系，反应物总能量比生成物低则为吸热反应，3O2(g)2O3(g) ΔH＝＋b kJ·ml－1，D正确。
4．(2021·湖北黄冈模拟)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同，200 ℃时在Cu表面分解的机理如图1。已知200 ℃时：
反应Ⅰ：3N2H4(g)===N2(g)＋4NH3(g)
ΔH1＝－32.9 kJ·ml－1
反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g)
ΔH2＝－41.8 kJ·ml－1
下列说法不正确的是( A )
A．图1所示过程①、②都是放热反应
B．反应Ⅱ的能量过程示意图如图2所示
C．断开3 ml N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的能量
D．200 ℃时，肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋50.7 kJ· ml－1
[解析] 过程①是N2H4分解生成N2和NH3，已知热化学方程式Ⅰ中ΔH为负值，所以图示过程①为放热反应，过程②由盖斯定律可知(Ⅰ)－2×(Ⅱ)得N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH＝－32.9 kJ·ml－1－2×(－41.8 kJ· ml－1)＝＋50.7 kJ·ml－1，为吸热反应，A错误；反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g) ΔH2＝－41.8 kJ·ml－1，反应为放热反应，图中反应物能量高于生成物，二者一致，B正确；反应Ⅰ中ΔH1＝－32.9 kJ·ml－1，反应为放热反应，断开3 ml N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)中的化学键释放的能量，C正确；根据盖斯定律：(Ⅰ)－2×(Ⅱ)得N2H4(g)＝N2(g)＋2H2(g) ΔH＝－32.9 kJ·m－1－2×(－41.8 kJ·ml－1)＝＋50.7 kJ·ml－1，D正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共24分)
5．(2021·广东广州一模)乙烯是重要的化工原料。用CO2催化加氢可制取乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH<0。
(1)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＝ －2(b－a) kJ·ml－1(用含a、b的式子表示)
(2)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＝ 620 。
[解析] (1)ΔH等于正反应的活化能与逆反应的活化能的差。由题图可知反应2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)为放热反应，ΔH＝－2(b－a)kJ·ml－1。
(2)ΔH＝(4×803＋6×436－4×414－x－8×463)kJ·ml－1＝－152 kJ·ml－1，解得x＝620。
6．(2021·山东滨州高三检测)(1)室温下，2 g苯(C6H6)完全燃烧生成液态水和CO2，放出83.6 kJ的热量，写出1 ml C6H6燃烧的热化学方程式： C6H6(l)＋eq \f(15,2)O2(g)===
3H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－3 260.4 kJ·ml－1 。
若1 g水蒸气转化成液态水时放出2.44 kJ的热量，则室温下1 ml C6H6完全燃烧生成水蒸气时的ΔH为 －3 128.64 kJ·ml－1 。
(2)已知：Fe2O3(s)＋eq \f(3,2)C(s)===eq \f(3,2)CO2(g)＋2Fe(s)
ΔH＝＋234.1 kJ·ml－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1
则2Fe(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH为 －824.35 kJ·ml－1 。
(3)已知下列两个热化学方程式：
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·ml－1
C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－2 220.0 kJ·ml－1
①实验测得H2和C3H8的混合气体共5 ml，完全燃烧生成液态水时放热6 262.5 kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积之比约为 1︰1 。
②已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1，求丙烷燃烧生成CO2和气态水的ΔH为－2_044.0_kJ·ml－1。
[解析] (1)C6H6(l)＋eq \f(15,2)O2(g)===3H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－83.6 kJ÷eq \f(2 g,78 g·ml－1)＝－3 260.4 kJ·ml－1。若1 g水蒸气转化成液态水时放出2.44 kJ的热量，则H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋2.44 kJ÷eq \f(1 g,18 g·ml－1)＝43.92 kJ·ml－1，故1 ml C6H6完全燃烧生成水蒸气时的ΔH＝－3 260.4 kJ·ml－1＋3×43.92 kJ·ml－1＝－3 128.64 kJ·ml－1。
(2)由第二个热化学方程式×eq \f(3,2)－第一个热化学方程式得2Fe(s)＋eq \f(3,2)O2(g)===Fe2O3(g) ΔH＝eq \f(3,2)×(－393.5 kJ·ml－1)－(＋234.1 kJ·ml－1)＝－824.35 kJ·ml－1。
(3)①设氢气和丙烷的物质的量分别为x ml和y ml，则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＋y＝5,285.8x＋2 220.0y＝6 262.5))，解得x≈2.5，y≈2.5，故x︰y≈1︰1。
②H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·ml－1，C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2 220.0 kJ·ml－1，根据盖斯定律，由上面第一个热化学方程式×4＋上面第二个热化学方程式可得出丙烷燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－2 044.0 kJ·ml－1。
B组 能力提升题(60分)
一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)
1.(2021·广深珠三校第一次联考)多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现T ℃时，甲醇(CH3OH)在铜基催化剂上的反应机理如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)===CO(g)＋2H2(g)
ΔH1＝a kJ·ml－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
ΔH2＝－b kJ·ml－1(b>0)
总反应：CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH3＝c kJ·ml－1
反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法正确的是( C )
A．反应Ⅰ是放热反应
B．1 ml CH3OH(g)和1 ml H2O(g)的总能量大于1 ml CO2(g)和3 ml H2(g)的总能量
C．c>0
D．优良的催化剂可降低反应的活化能，并减少ΔH3，节约能源
[解析] 本题考查化学反应与能量，考查的核心素养是变化观念与平衡思想。根据题图可知反应Ⅰ中生成物总能量大于反应物总能量，因此反应Ⅰ为吸热反应，A项错误；根据题图可知1 ml CH3OH(g)和1 ml H2O(g)的总能量小于1 ml CO2(g)和3 ml H2(g)的总能量，B项错误；由题图知，总反应是吸热反应，因此c>0，C项正确；优良的催化剂降低了反应的活化能，但焓变不变，焓变由反应物和生成物的总能量决定，D项错误。
2．(2021·重庆南川中学月考)肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同，T ℃时在Cu表面分解的机理如图。已知200 ℃时：
反应Ⅰ：3N2H4(g)===N2(g)＋4NH3(g)
ΔH1＝－a kJ·ml－1(a>0)
反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g)
ΔH2＝b kJ·ml－1
总反应为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH3
下列说法不正确的是( D )
A．图示过程①是放热反应
B．b<0
C．3 ml N2H4(g)的总能量大于1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)的总能量
D．ΔH3＝(a＋2b) kJ·ml－1
[解析] 本题考查化学反应的机理、吸热反应和放热反应、盖斯定律的应用等。图示过程①中N2H4分解生成N2和NH3，已知a>0，故该反应是放热反应，A正确；由图可知，反应Ⅱ中反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，该反应是放热反应，则b<0，B正确；反应Ⅰ是放热反应，则3 ml N2H4(g)的总能量高于1 ml N2(g)和4 ml NH3(g)的总能量，C正确；根据盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ×2可得：N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g) ΔH3＝(－a kJ·ml－1)－2×b kJ·ml－1＝－(a＋2b)kJ·ml－1，D错误。
3.
(2020·浙江1月选考)在一定温度下，某反应达到了化学平衡，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法正确的是( D )
A．Ea为逆反应活化能，E′a为正反应活化能
B．该反应为放热反应，ΔH＝E′a－Ea
C．所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量
D．温度升高，逆反应速率加快幅度大于正反应加快幅度，使平衡逆移
[解析] 观察题给能量变化图知，Ea为正反应活化能，E′a为逆反应活化能，A错误；该反应为放热反应，ΔH＝Ea－E′a，B错误；所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量，C错误；温度升高，逆反应速率加快幅度大于正反应加快幅度，使平衡逆向移动，D正确。
4．(2021·浙江高三检测)关于下列ΔH的判断正确的是( B )
COeq \\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)===HCOeq \\al(－,3)(aq) ΔH1
COeq \\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq \\al(－,3)(aq)＋OH－(aq) ΔH2
OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l) ΔH3
OH－(aq)＋CH3COOH(aq)===CH3COO－(aq)＋H2O(l) ΔH4
A．ΔH1<0 ΔH2<0 B．ΔH1<ΔH2
C．ΔH3<0 ΔH4>0 D．ΔH3>ΔH4
[解析] ①：HCOeq \\al(－,3)(aq)COeq \\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)为HCOeq \\al(－,3)的电离，电离吸热，可得ΔH1<0，②：COeq \\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq \\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)属于水解过程，水解一般吸热，故ΔH2>0，A项错误，B项正确；④：OH－(aq)＋CH3COOH(aq)===CH3COO－(aq)＋H2O(l)属于中和反应，故ΔH4<0，C项错误；④－③可得⑤：CH3COOH(aq)CH3COO－(aq)＋H＋(aq) ΔH5，电离吸热，故ΔH5>0，ΔH4－ΔH3＝ΔH5>0，故ΔH4>ΔH3，D项错误。
二、非选择题(本题包括2小题，共36分)
5．(2021·河北石家庄模拟)碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光照射可转化成N，转化过程如下：
该反应的ΔH＝＋88.6 kJ·ml－1。则M、N相比，较稳定的是 M 。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·ml－1，CH3OH(l)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－a kJ·ml－1，则a < (填“>”“<”或“＝”)726.5。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 ml Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，写出该反应的热化学方程式： 2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g) ΔH＝－290 kJ·ml－1 。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s) ΔH＝－1 176 kJ·ml－1，反应过程中，每转移1 ml电子放出的热量为 98 kJ 。
[解析] (1)有机物M经过太阳光照射可转化成N，该反应的ΔH＝＋88.6 kJ·ml－1，是吸热反应，N在暗处转化为M，是放热反应，物质的能量越低越稳定，说明M较稳定。
(2)燃烧热是指1 ml纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧，放出的热量小于燃烧热。
(3)已知有1 ml Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，则2 ml氯气参与反应放热290 kJ，故Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层发生反应的热化学方程式为2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g) ΔH＝－290 kJ·ml－1。
(4)由4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s) ΔH＝－1 176 kJ·ml－1，可知转移12 ml电子放热1 176 kJ，则反应过程中，每转移1 ml电子放热98 kJ。
6．(2021·江西九江模拟)已知E1＝134 kJ·ml－1、E2＝368 kJ·ml－1，请参考题中图表，按要求填空：
(1)图甲是1 ml NO2(g)和1 ml CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率加快，E1的变化是 减小 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是 不变 。请写出NO2和CO反应的热化学方程式： NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g) ΔH＝－234 kJ·ml－1 。
(2)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：
反应Ⅰ：
2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1
反应Ⅱ：
NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2
反应Ⅲ：
(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3
则ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是ΔH3＝ 2ΔH2－ΔH1 。
(3)下表所示是部分化学键的键能参数。
已知P4(g)＋5O2(g)===P4O10(g) ΔH＝－d kJ·ml－1，P4及P4O10的结构如图乙所示，表中x＝ eq \f(1,4)(d＋6a＋5c－12b) kJ·ml－1。(用含a、b、c、d的代数式表示)
[解析] (1)加入催化剂，降低反应的活化能，即E1减小，反应的焓变不变。由图示知，1 ml NO2(g)与1 ml CO(g)反应的焓变ΔH＝E1－E2＝－234 kJ·ml－1，由此可写出反应的热化学方程式。
(2)由盖斯定律知，反应Ⅲ＝2×反应Ⅱ－反应Ⅰ，故ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。
(3)P4(g)＋5O2(g)===P4O10(g) ΔH＝－d kJ·ml－1，由“反应焓变＝反应物键能之和－生成物键能之和”可得－d＝6a＋5c－(12b＋4x)，解得x＝eq \f(1,4)(d＋6a＋5c－12b)。
化学键
C===O
H—H
C===C
C—H
O—H
键能/
(kJ·ml－1)
803
436
x
414
463
化学键
P—P
P—O
O===O
P===O
键能/
(kJ·ml－1)
a
b
c
x