2022高考化学一轮复习专练27化学反应中的能量变化基本概念及图像含解析

专练27　化学反应中的能量变化基本概念及图像

一、单项选择题

1．[2021·湖北部分重点中学考试]一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．氢能属于二次能源

B．图中能量转化的方式至少有6种

C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同

D．太阳能、风能、氢能都属于新能源

2．中国学者在水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH]中突破了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题，该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如下：

下列说法正确的是(　　)

A．过程Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程

B．过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2

C．使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH

D．图示过程中的H2O均参与了反应过程

3．[2021·河南开封高三定位考试]已知H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)，该反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法错误的是(　　)

A．反应①为放热反应

B．反应②是同种元素间发生的氧化还原反应

C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关

D．H2(g)＋2ICl(g)===I2(g)＋2HCl(g)ΔH＝－218kJ·mol－1

4．[2021·安徽合肥一检]反应X＋Y―→Z(ΔH>0)分两步进行：①X＋Y―→W(ΔH<0)，②W―→Z(ΔH>0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)

5．[2021·浙江五校联考]单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化如图，下列说法正确的是(　　)

A．S(s，单斜)===S(s，正交)　ΔH＝－0.33kJ·mol－1

B．①式表示断裂1molO2中的共价键所吸收的能量比形成1molSO2中的共价键所放出的能量少297.16kJ

C．②式表示一个正交硫和分子1个O2分子反应生成一个SO2分子放出296.83kJ的能量

D．单斜硫比正交硫稳定

6．[2021·江苏东海学分认定考试]2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应过程中能量变化如图所示(图中E表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能。下列有关叙述正确的是(　　)

A．该反应的逆反应为放热反应，升高温度可提高活化分子的百分数

B．ΔH＝E1－E2，使用催化剂改变活化能，但不改变反应热

C．该反应中，反应物的总键能大于生成物的总键能

D．500℃、101kPa下，将1molSO2(g)和0.5molO2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热akJ，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－2akJ·mol－1

7．[2021·全国百强校宁夏育才中学月考]298K、101kPa时，N2与H2反应过程中能量变化的曲线图，下列叙述错误的是(　　)

A．加入催化剂，不能改变该化学反应的反应热

B．b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线

C．该反应的热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92kJ/mol

D．在常温、体积一定的条件下，通入1molN2和3molH2，反应后放出的热量为92kJ

8．[2021·长春实验中学高三开学考试]已知分解1molH2O2放出热量98kJ。在含有少量I－的溶液中，H2O2分解机理为：

①H2O2＋I－===H2O＋IO－　慢

②H2O2＋IO－===H2O＋O2＋I－　快

下列说法不正确的是(　　)

A．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)

B．反应的速率与I－浓度有关

C．I－是该反应的催化剂

D．反应①的活化能大于反应②的活化能

9．[2021·河北卷]室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N===X＋Y；②M＋N===X＋Z。反应①的速率可表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(　　)

A．0～30min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10－3mol·L－1·min－1

B．反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变

C．如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为Z

D．反应①的活化能比反应②的活化能大

10．研究表明N2O与CO在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．反应总过程ΔH<0

B．Fe＋使反应的活化能减小

C．FeO＋也是该反应的催化剂

D．Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2两步反应均为放热反应

二、不定项选择题

11．[2021·长春实验中学高三开学考试]H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)

ΔH＝－akJ/mol。已知：

(a、b、c均大于零)。下列说法正确的是(　　)

A．H2、I2和HI分子中的化学键都是共价键

B．断开2molHI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ

C．相同条件下，1molH2(g)和1molI2(g)总能量小于2molHI(g)的总能量

D．向密闭容器中加入2molH2(g)和2molI2(g)，充分反应后放出的热量为2akJ

12．[2021·辽宁六校协作体上学期联考]下图是金属镁和卤素单质(X2)反应的能量变化示意图。下列说法正确的是(　　)

A．由图可知此温度下MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为：MgBr2(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)＋Br2(g)　ΔH＝＋117kJ·mol－1

B．热稳定性：MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2

C．工业上可由电解MgCl2溶液冶炼金属Mg，该过程需吸收热量

D．金属镁和卤素单质(X2)的反应能自发进行是因为ΔH均小于零

13．[2021·浙江嘉兴高三月考]几种物质的能量关系如下图所示。下列说法正确的是(　　)

A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－965.1kJ·mol－1

B．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－221.2kJ·mol－1

C．由图可知，甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol－1

D．通常由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的反应热称为该化合物的标准生成焓，由图可知，CH4(g)的标准生成焓为＋74.8kJ·mol－1

14．[2021·全国百强校宁夏育才中学月考]依据如图判断，下列说法正确的是(　　)

A．氢气的燃烧热ΔH＝－241.8　kJ·mol－1

B．2molH2(g)与1molO2(g)所具有的总能量比2molH2O(g)所具有的总能量低

C．液态水分解的热化学方程式为2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6kJ·mol－1

D．H2O(g)生成H2O(l)时，断键吸收的能量小于成键放出的能量

15．如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法不正确的是(　　)

A．过程Ⅰ中断裂极性键C—Cl键

B．过程Ⅱ可表示为O3＋Cl===ClO＋O2

C．过程Ⅲ中O＋O===O2是吸热过程

D．上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏O3的催化剂

三、非选择题

16．[设题创新](1)甲醇与O2的反应体系中存在以下反应：2CH3OH＋O2===2HCHO＋2H2O、CH3OH＋O2===CO＋2H2O、2CO＋O2===2CO2。工业生产中常用催化剂来选择反应进行的方向。如图所示为一定条件下1molCH3OH与O2发生反应时，分别生成CO、CO2或HCHO的能量变化图[反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。

①在催化剂作用下，反应初始阶段CH3OH与O2反应主要生成________(填“CO”“CO2”或“HCHO”)。

②2HCHO(g)＋O2(g)===2CO(g)＋2H2O(g)ΔH＝________。

(2)查阅文献，化学键的键能数据如表所示：

已知氨分解反应NH3(g)H2(g)＋N2(g)的活化能Eal＝300kJ·mol－1，则反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)的活化能Ea2＝________。

专练27　化学反应中的能量变化基本概念及图像

1．C　氢能是一种高效且没有污染的二次能源，A项正确；图中能量转化方式有太阳能转化为电能、风能转化为机械能、水能转化为机械能、机械能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为光能等，B项正确；太阳能电池是用半导体将光能转化为电能，燃料电池是将化学能转化为电能，二者供电原理不同，C项错误；太阳能、风能、氢能都是人类开发利用的新型能源，D项正确。

2．D　根据反应过程示意图，过程Ⅰ是水分子中化学键的断裂过程，为吸热过程，A错误；H2中的化学键是非极性键，B错误；催化剂不能改变反应的ΔH，C错误；根据反应过程示意图，过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂，过程Ⅱ也是水分子中的化学键断裂过程，过程Ⅲ中形成了水分子，所以H2O均参与了反应过程，D正确。

3．C　根据图像可知，反应①中反应物总能量大于生成物总能量，则反应①为放热反应，故A正确；反应②中HI中的碘元素化合价升高，氯化碘中的碘元素化合价降低，故B正确；由题图知，反应①的正反应活化能大于反应②的，故反应①比反应②的速率慢，C错误；由题图知，D正确。

4．A　总反应的ΔH>0，则生成物Z的总能量比反应物X、Y的总能量高，排除C项和D项；反应①的ΔH<0，则W的总能量比反应物X、Y的总能量低，反应②的ΔH>0，则生成物Z的总能量比反应物W的总能量高，A项正确。

5．A　由能量图可知，单斜硫的能量比正交硫的能量高，因此S(s，单斜) ===S(s，正交)为放热反应，ΔH＝－0.33kJ·mol－1，A正确；①式反应断裂1mol单斜硫(s)中的共价键和1molO2(g)中的共价键吸收的能量比形成1molSO2(g)中的共价键所放出的能量少297.16kJ，B错误；热化学方程式中各物质前的化学计量数不再表示粒子的数目，只表示物质的“物质的量”，C错误；S(s，单斜)===S(s，正交)为放热反应，正交硫能量更低更稳定，D错误。

6．B　根据图中信息可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应的正反应为放热反应，则逆反应为吸热反应，A错误；该反应放热，ΔH<0，所以ΔH＝E1－E2，使用催化剂改变活化能，但不改变反应热，B正确；该反应中，反应物的总键能小于生成物的总键能，C错误；反应是可逆反应，将1molSO2(g)和0.5molO2(g)置于密闭容器中充分反应，生成的SO3(g)小于1mol，放热akJ，则2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<－2akJ·mol－1，D错误。

7．D　催化剂能改变反应的路径，降低反应的活化能，但不能改变化学反应的反应热，A项正确；加入催化剂，降低反应的活化能，但不改变ΔH，反应速率加快，b曲线符合要求，B项正确；根据图像可知，1molN2和3molH2完全反应生成2molNH3时放出的热量为92kJ，C项正确；因为该反应为可逆反应，反应不能进行到底，所以通入1molN2和3molH2，反应后放出的热量小于92kJ，D项错误。

8．A　由于水是纯液体，不能用来表示反应速率，且根据总反应的计量关系，c(H2O2)＝2v(O2)，A错误；I－是反应的催化剂，但I－参与的第一步反应是慢反应，因此第一步为控速步骤，反应物I－的浓度影响反应速率，B正确；I－是反应的催化剂，C正确；反应①速率慢，反应②速率快，所以反应①活化能大于反应②的活化能，D正确。

9．A　0～30min时间段内，Δc(Z)＝0.125mol·L－1，Δc(M)＝0.500mol·L－1－0.300mol·L－1＝0.200mol·L－1，反应①中Δc(M)＝0.200mol·L－1－0.125mol·L－1＝0.075mol·L－1，则Δc(Y)＝0.075mol·L－1，v(Y)＝＝＝2.5×10－3mol·L－1·min－1，A说法错误；反应①、②速率之比为＝＝，为定值，则Y、Z的浓度变化量之比也为定值，故反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变，B说法正确；由上述分析可知，＝＝＝，如果反应能进行到底，反应结束时①、②的转化率之比为3:5，因此有(即62.5%)的M转化为Z，C说法正确；结合C选项，反应①的速率小于反应②的速率，所以反应①的活化能比反应②的活化能大，D说法正确。

10．C　总反应的化学方程式为N2O＋CO===N2＋CO2，根据图示可知，反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH<0，A项正确；根据反应历程，Fe＋为催化剂，能够降低反应的活化能，B项正确；FeO＋为中间产物，而不是催化剂，C项错误；根据图示，Fe＋＋N2O―→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO―→Fe＋＋CO2，两反应中反应物总能量均高于生成物总能量，均为放热反应，D项正确。

11．AB　H2、I2分子中的化学键都是非极性共价键，HI中存在H－I极性键，A正确；ΔH＝反应物断裂化学键需要的能量－生成物形成化学键放出的能量＝bkJ/mol＋ckJ/mol－2H－I＝－akJ/mol，得到断开2molH—I键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，即相同条件下，1molH2(g)和1molI2(g)总能量大于2molHI(g)的总能量，C错误；反应是可逆反应不能进行彻底，根据焓变意义分析，向密闭容器中加入2molH2和2molI2，充分反应后放出的热量小于2akJ，D错误。

12．D　依据图像可知①Mg(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)　ΔH＝－641kJ·mol－1，②Mg(s)＋Br2(g)===MgBr2(s)　ΔH＝－524kJ·mol－1，①－②得MgBr2(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)＋Br2(g)　ΔH＝－117kJ·mol－1，A错误；物质能量越低越稳定，根据图像数据分析，热稳定性：MgI2<MgBr2<MgCl2<MgF2，B错误；工业上冶炼金属Mg是电解熔融MgCl2，C错误；金属镁和卤素单质(X2)的反应能自发进行是因为ΔH均小于零，D正确。

13．BC　根据能量关系，无法计算出C和O2生成CO2的焓变，故A错误；根据能量关系，CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH＝(854.5－965.1)kJ·mol－1＝－110.6kJ·mol－1，故B正确；根据图可知，甲烷的燃烧热为890.3kJ·mol－1，故C正确；该反应为化合反应，属于放热反应，即CH4(g)的标准生成焓为(890.3－965.1) kJ·mol－1＝－74.8kJ·mol－1，故D错误。

14．C　氢气的燃烧热是指1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，故氢气的燃烧热为(483.6＋88)/2＝285.8kJ·mol－1, A错误；2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)，放出热量483.6kJ，所以2molH2(g)与1molO2(g)所具有的总能量比2molH2O(g)所具有的总能量高，B错误；液态水分解的热化学方程式为：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)，ΔH＝＋(483.6＋88)＝＋571.6kJ·mol－1，C正确；H2O(g)生成H2O(l)时，为物理变化，不存在化学键的断裂和生成，D错误；正确选项为C。

15．C　过程Ⅰ中CFCl3转化为CFCl2和氯原子，断裂极性键C—Cl键，选项A正确；根据图中信息可知，过程Ⅱ可表示为O3＋Cl===ClO＋O2，选项B正确；原子结合成分子的过程是放热的，选项C错误；上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏O3的催化剂，选项D正确。

16．(1)①HCHO　②－470kJ·mol－1　(2)508kJ·mol－1

解析：(1)①活化能越低，普通分子越容易转化成活化分子，反应越容易发生，反应速率越快，单位时间内生成的产物越多，由题图可知在催化剂作用下，CH3OH与O2反应生成HCHO的活化能较低，故反应初始阶段主要生成HCHO。②根据图示可知2HCHO(g)＋O2(g)===2CO(g)＋2H2O(g)中反应物能量高，生成物能量低，故该反应为放热反应，然后依据图中给出数据可得ΔH＝－[(676－158－283)×2]kJ·mol－1＝－470kJ·mol－1。(2)根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，可知反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)的ΔH＝3×436＋946－2×3×391＝－92(kJ·mol－1)，再结合ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝Ea2－2Ea1，可知Ea2＝508kJ·mol－1。