全国通用版2022版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量1化学能与热能课时作业含解析

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一、选择题(本题包括9小题,每题6分,共54分)
1.根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是( )
A.CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量
B.该反应的焓变大于零
C.该反应中有离子键断裂也有共价键断裂,化学键断裂吸收能量,化学键生成放出能量
D.由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应
【解析】选D。因为碳酸钙受热分解是吸热反应,CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量,焓变大于零,A、B正确;在CaCO3中,Ca2+和C之间存在离子键,C中C与O之间存在共价键,故反应中有离子键断裂也有共价键断裂,断键吸收能量,成键放出能量,C正确;需要加热才发生的反应不一定为吸热反应,如碳的燃烧反应就是放热反应,D错误。
2.H2与ICl的反应分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、反应②均为放热反应
B.反应①、反应②均为氧化还原反应
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.反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·ml-1
【解析】选C。根据图象可知,反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物,则反应①、②均为放热反应,A正确;反应①、②中都存在元素化合价变化,所以反应①、②都是氧化还原反应,B正确;反应①比反应②的速率慢,说明反应①中正反应的活化能较大,反应②中正反应的活化能较小,C错误;反应①、反应②总的能量变化为218 kJ,根据盖斯定律可知,反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·ml-1,D正确。
3.利用CO2和CH4重整可制合成气(主要成分为CO、H2)。下列有关说法正确的是( )
①CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH1 =+75.0 kJ·ml-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+ 41.0 kJ·ml-1
③CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)ΔH3=-131.0 kJ·ml-1
A.反应②为放热反应
B.反应①中化学能转化为热能
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH4=+247 kJ·ml-1
【解析】选D。反应①②ΔH>0,都是吸热反应,吸收的热量转变成物质的内能,即热能转变成化学能,A、B均错误;催化剂不能改变反应的焓变,C错误;利用盖斯定律,D选项可以将已知三个反应 ①+②-③,则ΔH4=ΔH1+ΔH2-ΔH3
=75.0+41.0-(-131.0)=+247 (kJ·ml-1),D正确。
4.已知X、Y、Z、W有如图所示的转化关系,已知焓变:ΔH=ΔH1+ΔH2,则X、Y不可能是( )
A.C、CO B.AlCl3、Al(OH)3
C.Fe、Fe(NO3)2D.Na2O、Na2O2
【解析】选D。根据ΔH=ΔH1+ΔH2分析X、Y、Z之间的转化符合图示即可。
,A正确;
,B正确;
,C正确;Na2O、Na2O2不符合上述转化关系,D错误。
5.已知热化学方程式:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-Q kJ·ml-1(Q>0)。下列说法正确的是( )
A.相同条件下,2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)所具有的能量小于2 ml SO3(g)所具有的能量
B.将2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)置于一密闭容器中充分反应后,放出的热量为
Q kJ
C.若使用催化剂,该反应的|ΔH|减小
D.如将一定量SO2(g)和O2(g)置于某密闭容器中充分反应后放热Q kJ,则此过程中有2 ml SO2(g)被氧化
【解析】选D。由于SO2和O2反应放热,所以相同条件下,2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)所具有的能量大于2 ml SO3(g)所具有的能量,A项错误;SO2和O2的反应是可逆反应,将2 ml SO2(g)和1 ml O2(g)置于一密闭容器中充分反应后,转化掉的SO2小于2 ml ,放出的热量小于Q kJ,B项错误;催化剂只改变活化能不改变ΔH,C项错误。
6.硫酸是基础化学工业的重要产品,下列为接触法制硫酸的反应:
①4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)
ΔH=-3 412 kJ·ml-1
②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
ΔH=-196.6 kJ·ml-1
③SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)
ΔH=-130.3 kJ·ml-1
下列说法正确的是( )
A.反应②中使用催化剂越多释放出的热量越大
B.反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为3 412 kJ
C.64 g SO2与1 ml O2在密闭容器中发生反应释放出98.3 kJ热量
D.FeS2生成H2SO4的热化学方程式可表示为2FeS2(s)+O2(g)+4H2O(l)
Fe2O3(s)+4H2SO4(l) ΔH=-2 620.4 kJ·ml-1
【解析】选D。催化剂不影响反应热大小,A错误;反应①中1 ml FeS2(s)参与反应放出的热量为 kJ=853 kJ,B错误;由于反应②属于可逆反应,故1 ml SO2不能完全转化为SO3,释放出的热量小于98.3 kJ,C错误;根据盖斯定律,由×①+2×②+4×③可得:2FeS2(s)+O2(g)+4H2O(l)Fe2O3(s)+4H2SO4(l)
ΔH=-2 620.4 kJ·ml-1,D正确。
7.已知:NaHCO3在水溶液中水解的热化学方程式为NaHCO3(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)+NaOH(aq) ΔH=a kJ·ml-1;稀盐酸和稀NaOH的中和热为b kJ·ml-1。则等物质的量的NaHCO3(aq)与稀盐酸(aq)反应的ΔH等于( )
A.(a+b) kJ·ml-1
B.(a-b) kJ·ml-1
C.-(a-b) kJ·ml-1
D.-(a+b) kJ·ml-1
【解析】选B。理解中和热的特点,抓住盖斯定律的原理。根据中和热的定义,可以写出:H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-b kJ·ml-1……①;NaHCO3水解的离子方程式为HC(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)+OH-(aq) ΔH=a kJ·ml-1…………②。由盖斯定律可知,所求反应可通过①+②得HC(aq)+H+(aq)H2CO3(aq)
ΔH=(a-b) kJ·ml-1,B项正确。
【加固训练】
燃煤烟气脱硫可用生物质热解气(主要成分:CO、CH4、H2)将SO2在一定条件下还原为单质硫。已知:
①C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH1=-393.5 kJ·ml-1
②CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH2=+172.5 kJ·ml-1
③S(s)+O2(g)SO2(g)ΔH3=-296.0 kJ·ml-1
则反应2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g)的ΔH为( )
A.+270 kJ·ml-1 B.+862 kJ·ml-1
C.-270 kJ·ml-1D.-862 kJ·ml-1
【解析】选C。根据盖斯定律,由①-②-③可得,2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g)
ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-393.5 kJ·ml-1-172.5 kJ·ml-1-(-296.0 kJ·ml-1)
=-270 kJ·ml-1,本题选C。
8.火箭燃料肼(H2N—NH2)在燃烧过程中的能量变化如图所示。
已知:
下列判断错误的是( )
A.表中的a=389
B.图示中的ΔH3=2 249 kJ·ml-1
C.N2比O2稳定
D.N2H4在氧气中燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-534 kJ·ml-1
【解析】选A。ΔH3=(498+159+4a)kJ·ml-1=(2 783-534)kJ·ml-1=2 249 kJ·ml-1,解得a=398,A错误、B正确;N2中键能大,因此比O2稳定,C正确;根据图象可知N2H4在氧气中燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=
-534 kJ·ml-1,D正确。
9.(能力挑战题)已知:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ·ml-1
②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·ml-1
下列说法正确的是( )
A.由反应①②可计算CH3OH的燃烧热
B.反应①中的能量变化可以如图表示,且ΔH=E1-E2
C.可推知2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.8 kJ·ml-1
D.可推知CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH<-192.9 kJ·ml-1
【解析】选C。CH3OH的燃烧热是1 ml甲醇完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量,故由反应①②不能计算CH3OH的燃烧热,A错误;反应①是吸热反应,生成物的总能量高于反应物的总能量,图象不符,B错误;根据盖斯定律,由(②-①)×2可推知2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.8 kJ·ml-1,C正确;由于CH3OH(l)CH3OH(g) ΔH>0,可推知CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH>-192.9 kJ·ml-1,D错误。
二、非选择题(本题包括3小题,共46分)
10.(14分)催化剂是化工技术的核心,绝大多数的化工生产均需采用催化工艺。
(1)①人们常用催化剂来选择反应进行的方向。图1所示为一定条件下1 ml CH3OH与O2发生反应时,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。在催化剂作用下,CH3OH与O2反应主要生成________(填“CO”“CO2”或“HCHO”)。
②2HCHO(g)+O2(g)2CO(g)+2H2O(g) ΔH=________。
(2)反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如图2所示,回答下列问题:
①该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
②在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:E1________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),E2________。
③反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?___________,原因是_______
________________________。
【解析】(1)①使用催化剂可以降低反应的活化能,活化能越低,普通分子越容易转化成活化分子,反应越容易,反应速率越快,生成HCHO的活化能最低。
②根据图可知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·ml-1=-470 kJ·ml-1。
(2)①反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应。
②③反应体系中加入催化剂,降低反应所需的活化能,所以E1、E2均减小,
但ΔH不变。
答案:(1)①HCHO ②-470 kJ·ml-1
(2)①放热 ②减小 减小 ③否 反应物和生成物的能量差是不变的
11.(15分)(2018·大连模拟)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究特点。
Ⅰ.已知:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·ml-1
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184 kJ·ml-1
(1)H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是 __。
(2)断开1 ml H—O键所需能量为______ kJ。
Ⅱ.已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·ml-1 ①
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·ml-1 ②
又知CH4的燃烧热为890.3 kJ·ml-1。
(1)利用上述已知条件写出甲烷完全燃烧的热化学方程式:_______________。
(2)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法,CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为_________________________。
(3)高温下H2O可分解生成分子或原子。高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图所示。图中A、B表示的物质依次是________,等物质的量的A、H2化学能较低的物质是__________________________。
【解析】Ⅰ.(1)根据盖斯定律,由第一个热化学方程式+第二个热化学方程式×2可得2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·ml-1-184 kJ·ml-1×2=
-483.6 kJ·ml-1。(2)反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)发生过程中断裂2 ml H—H键和1 ml OO键,形成4 ml H—O键,则2E(H—H)+E(OO)-4E(H—O)=
-483.6 kJ·ml-1,E(H—O)= kJ·ml-1=462.9 kJ·ml-1,即断开1 ml H—O键所需能量为462.9 kJ。
Ⅱ.(1)由CH4的燃烧热为890.3 kJ·ml-1可得甲烷完全燃烧的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·ml-1。(2)根据盖斯定律,由①×2-②即可得到CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0 kJ·ml-1。(3)观察图象信息知,高温时水先分解生成H2、O2,然后两种单质分子可继续分解成氢原子、氧原子,由于氢原子比氧原子多,故A是氢原子,B是氧原子。氢气分子分解成氢原子时需要吸收能量,故化学能较低的物质是氢气分子。
答案:Ⅰ.(1)2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·ml-1(合理即可)
(2)462.9
Ⅱ.(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·ml-1
(2)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.0 kJ·ml-1
(3)H、O(或氢原子、氧原子) H2
12.(17分)(能力挑战题)人类研究氢能源从未间断过,而热化学循环分解水制 H2是在水反应体系中加入一种中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为H2和O2,这是一种节约能源、节省反应物料的技术,图1是热化学循环制氢气的流程:
(1)实验测得,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为______________________。
(2)整个流程参与循环的物质是________和________(填化学式),最难进行的反应是__ _____________(填序号)。
(3)汞虽然有毒,但用途广泛。用汞和溴化钙作催化剂,可以在较低温度下经过下列反应使水分解制氢气和氧气:
①CaBr2+2H2O Ca(OH)2+2HBr↑;
②……
③HgBr2+Ca(OH)2 CaBr2+HgO+H2O;
④2HgO 2Hg+O2↑。
反应②的化学方程式为________________________。
(4)合成氨用的H2可以甲烷为原料制得。有关化学反应的能量变化如图2所示,则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为___________。
【解析】(1)1 g氢气燃烧生成液态水放出142.9 kJ热量,则2 g氢气即1 ml 氢气燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1。
(2)反应①为二氧化硫和碘单质、水的反应:SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI,反应②为硫酸分解生成二氧化硫、水、氧气:2H2SO42SO2↑+O2↑+2H2O,反应③为碘化氢分解:2HIH2+I2,整个流程参与循环的物质是SO2、I2,最难进行的反应是②。
(3)根据反应③知反应②有HgBr2生成,根据HgBr2知反应①的产物HBr参与反应②,所以反应②为Hg+2HBrHgBr2+H2↑。
(4)由题图可写出相应的热化学方程式:
CO(g)+O2 (g)CO2(g)
ΔH=-282 kJ·ml-1①,
H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-241.8 kJ·ml-1②,
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-846.3 kJ·ml-1③,
由盖斯定律③-(①+②×3)得所求反应的ΔH=+161.1 kJ·ml-1,则热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=+161.1 kJ·ml-1。
答案:(1)H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1
(2)SO2 I2 ②
(3)Hg+2HBrHgBr2+H2↑
(4)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=+161.1 kJ·ml-1化学键
N—N
OO
N≡N
O—H
N—H
断开1 ml共价键所
需的能量/kJ
159
498
943
460
a