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山东专用高考化学一轮复习专题十化学能与热能_模拟集训含解析
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这是一份山东专用高考化学一轮复习专题十化学能与热能_模拟集训含解析，共44页。
专题十 化学能与热能
【5年高考】
考点一 反应热与焓变
1.(2021浙江1月选考,24,2分)在298.15K、100kPa条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,N2(g)、H2(g)和NH3(g)的比热容分别为29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定压强下,1mol反应中,反应物[N2(g)+3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量随温度T的变化示意图合理的是 ( )
答案 B
2.(2020浙江7月选考,22,2分)关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(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
答案 B
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
3.(2020浙江1月选考,22,2分)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 ( )
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
答案 D
4.(2019海南单科,5,2分)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414kJ·mol-1 B.377kJ·mol-1
C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1
答案 A
5.(2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确···的是 ( )
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的ΔH=d2kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1
答案 C
6.(2016江苏单科,8,2分)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是 ( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8kJ·mol-1
答案 D
7.(2019浙江4月选考,23,2分)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32-(g)M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)
↑ΔH1 ↑ΔH3
MCO3(s) MO(s)+CO2(g)
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
答案 C
8.(2017课标Ⅰ,28,14分)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:
(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。
A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以
B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸
C.0.10mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1
D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率α1= %,反应平衡常数K= 。
②在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2 α1,该反应的ΔH 0。(填“>”“<”或“=”)
③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
答案 (1)D
(2)H2O(l)H2(g)+12O2(g) ΔH=286kJ·mol-1 H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20kJ·mol-1 系统(Ⅱ)
(3)①2.5 2.8×10-3
②> >
③B
9.(2019天津理综,10,14分)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2,放出225kJ热量,该反应的热化学方程式为 。SiHCl3的电子式为 。
Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)3SiHCl3(g) ΔH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称 (填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为 。
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是 ;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是 (填序号)。
a.B点:v正>v逆
b.v正:A点>E点
c.反应适宜温度:480~520℃
(4)反应③的ΔH3= (用ΔH1,ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有 (填分子式)。
答案 Ⅰ.Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)
ΔH=-225kJ·mol-1
··Cl······Si······Cl······H··Cl····
Ⅱ.(1)阴极 2H2O+2e-H2↑+2OH-或2H++2e-H2↑
(2)1000℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)a、c
(4)ΔH2-ΔH1 减小
(5)HCl、H2
[教师专用题组]
【5年高考】
考点一 反应热与焓变
1.(2020天津,10,3分)理论研究表明,在101kPa和298K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=+59.3kJ·mol-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 由题图可知,1molHCN的能量比HNC的能量低59.3kJ,则HCN更稳定,则该异构化反应是吸热反应,反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1,A、B项正确;由题图可知,正反应的活化能是186.5kJ·mol-1,逆反应的活化能为127.2kJ·mol-1,C项正确;催化剂不改变反应热,D项错误。
2.(2020浙江7月选考,22,2分)关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(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
答案 B ①:HCO3-(aq)CO32-(aq)+H+(aq)为HCO3-的电离,电离吸热,可得DH1<0,②:CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(aq)+OH-(aq)属于水解过程,水解一般吸热,故DH2>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DH4<0,C项错误;④-③可得⑤:CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H+(aq) DH5,电离吸热,故DH5>0,DH4-DH3=DH5>0,故DH4>DH3,D项错误。
3.(2020江苏单科,8,2分)反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是 ( )
A.该反应ΔH>0、ΔS<0
B.该反应的平衡常数K=c4(HCl)c(SiCl4)×c2(H2)
C.高温下反应每生成1molSi需消耗2×22.4LH2
D.用E表示键能,该反应ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
答案 B 由反应方程式可知ΔS>0,A项不正确。Si是固体,故该反应的平衡常数K=c4(HCl)c(SiCl4)×c2(H2),B项正确;C项未指明是否为标准状况,气体摩尔体积不确定,故消耗氢气的体积无法计算,C项不正确;ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)-2E(Si—Si),D项不正确。
4.(2019海南单科,5,2分)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414kJ·mol-1 B.377kJ·mol-1
C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1
答案 A 从图中信息可知C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1。ΔH=旧键断裂吸收的总能量-新键形成放出的总能量,设C—H键键能为xkJ·mol-1,则(717+864)kJ·mol-1-4xkJ·mol-1=-75kJ·mol-1,解得x=414,A正确。
5.(2018海南单科,12,4分)(双选)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是 ( )
A.每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
答案 CD 由图可知,每活化一个氧分子要放出0.29eV的能量,A不正确。活化能是指反应过程中的最大能垒,图中在无水情况下,活化能为0.75eV;有水情况下,活化能为0.57eV,两者之间的差值为0.18eV,B错误;从图中小球的变化来看,起始氧原子是相连的,最终氧原子是分开的,且氧原子与碳原子相连,即经历了O—O键的断裂和C—O键的生成过程,C正确;炭黑与氧气生成活化氧,活化氧与二氧化硫反应会转化为三氧化硫和炭黑,故炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,D正确。
6.(2018北京理综,7,6分)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 催化剂只影响化学反应速率,不会使化学平衡发生移动,故不会提高反应物的平衡转化率,D不正确。
方法技巧 认真观察示意图,分清反应物、中间产物和生成物,该题就不难作答。
7.(2018浙江4月选考,21,2分)氢卤酸的能量关系如图所示:
下列说法正确的是 ( )
A.已知HF气体溶于水放热,则HF的ΔH1<0
B.相同条件下,HCl的ΔH2比HBr的小
C.相同条件下,HCl的(ΔH3+ΔH4)比HI的大
D.一定条件下,气态原子生成1molH—X键放出akJ能量,则该条件下ΔH2=akJ·mol-1
答案 D HF气体溶于水放热,则由HF(aq)→HF(g)需要吸收热量,因此ΔH1>0,故A错误;HCl比HBr稳定,则HCl的ΔH2比HBr的大,故B错误;ΔH3是H(g)→H+(g)的热效应,ΔH4是H+(g)→H+(aq)的热效应,所以,HCl和HI的(ΔH3+ΔH4)相等,故C错误;由题图可知,H(g)+X(g)HX(g) ΔH7=-ΔH2=-akJ·mol-1,则ΔH2=akJ·mol-1,故D正确。
8.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是 ( )
A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应
C.3molH2与1molN2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023
D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快
答案 C 氢氧燃料电池放电过程中,化学能除转化为电能外,还有热能的产生,A错误;4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)是一个熵减反应,而该反应常温下能自发进行,则该反应必为放热反应,B错误;N2与H2合成NH3的反应为可逆反应,故3molH2与1molN2不能完全转化为NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023,C正确;酶的活性与温度有关,温度过高,使酶失去生理活性,D错误。
9.(2016海南单科,6,2分)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:
C57H104O6(s)+80O2(g)57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为 ( )
A.3.8×104kJ·mol-1 B.-3.8×104kJ·mol-1
C.3.4×104kJ·mol-1 D.-3.4×104kJ·mol-1
答案 D 燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ,则1mol油酸甘油酯完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量为3.8×104kJ×8841000≈3.4×104kJ,所以ΔH=-3.4×104kJ·mol-1。
10.(2016海南单科,11,4分)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
答案 BC A项,根据化学反应的实质可知2X(g)3Y(g) ΔH=E3-E2,故A错误;B项,由图像可知,X→Z的反应中反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即反应的ΔH<0,故B正确;C项,根据化学反应2X(g)3Y(g),可知正反应是气体分子数增加的反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,故C正确;D项,X→Z的反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,故D错误。
11.(2015江苏单科,4,2分)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是 ( )
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)
C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性
D.该反应中化学能全部转化为热能
答案 C A项,C的单质还有C60、C70等多种同素异形体;B项,Mg2+、Mg质子数相同,而电子数不同,电子数越多,半径越大,故r(Mg2+)
下列说法正确的是 ( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C A项,CO和O生成CO2是放热反应;B项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO中的化学键没有断裂形成C和O;C项,CO和O生成的CO2分子中含有极性共价键;D项,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程。
审题技巧 认真观察题给示意图,注意其表示CO和O在催化剂表面形成化学键的过程。
解题关键 明确从能量高的状态到能量低的状态,要释放能量,并能根据图示分析物质变化情况。
13.(2015海南单科,4,2分)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1。若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为( )
A.55kJ B.220kJ C.550kJ D.1108kJ
答案 A 由丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1,可写出其燃烧的热化学方程式:C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215kJ·mol-1,丙烷完全燃烧产生1.8g水放出的热量为(2215kJ·mol-1÷4)×0.1mol≈55kJ。
14.(2012江苏单科,4,2分)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1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.该反应为放热反应
B.催化剂能改变该反应的焓变
C.催化剂能降低该反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
答案 C 由题图可知,生成物的总能量高于反应物的总能量,故该反应为吸热反应;催化剂能降低该反应的活化能,但不能改变该反应的焓变;E1>E2,说明正反应的活化能大于逆反应的活化能。
15.[2014北京理综,26(3)]NH3经一系列反应可以得到HNO3和NH4NO3,如下图所示。
(3)Ⅲ中,降低温度,将NO2(g)转化为N2O4(l),再制备浓硝酸。
①已知:2NO2(g)N2O4(g) ΔH1
2NO2(g)N2O4(l) ΔH2
下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母) 。
②N2O4与O2、H2O化合的化学方程式是 。
答案 (3)①A ②2N2O4+O2+2H2O4HNO3
解析 (3)①降低温度,NO2转化成N2O4,所以ΔH1<0,ΔH2<0,再根据物质(N2O4)的状态可判断出NO2转化成液态N2O4放热更多。故选A。
②N2O4与O2、H2O发生化合反应,产物应为HNO3,所以反应的化学方程式为:2N2O4+O2+2H2O4HNO3。
考点二 热化学方程式、盖斯定律及其应用
1.(2019浙江4月选考,23,2分)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32-(g)M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)
↑ΔH1 ↑ΔH3
MCO3(s) MO(s)+CO2(g)
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
答案 C ΔH1为破坏MCO3中离子键所需吸收的能量,ΔH1>0,因Mg2+半径比Ca2+小,故MgCO3中离子键比CaCO3强,A正确;CO32-分解为CO2和O2-为吸热过程,ΔH2>0,因ΔH2(MgCO3)和ΔH2(CaCO3)均表示CO32-分解所吸收的热量,则ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),故B正确;根据题给能量关系及盖斯定律可知:ΔH1(CaCO3)+ΔH2(CaCO3)=ΔH(CaCO3)+ΔH3(CaO)…①,ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)=ΔH(MgCO3)+ΔH3(MgO)…②,①式-②式结合ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),得:ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)+ΔH(CaCO3)-ΔH(MgCO3),因ΔH(CaCO3)≠ΔH(MgCO3),故C错误;MCO3(s)分解为MO(s)和CO2(g)为吸热过程,ΔH>0,考虑到ΔH1+ΔH2=ΔH+ΔH3,故有ΔH1+ΔH2>ΔH3,故D正确。
疑难突破 解答本题的关键点有二,一是判断ΔH1、ΔH2、ΔH3及ΔH的正负,四个过程均为吸热过程,焓变均为为正值;二是根据盖斯定律找出ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH的相互关系:ΔH1+ΔH2=ΔH+ΔH3。
2.(2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确···的是 ( )
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的ΔH=d2kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1
答案 C 本题考查盖斯定律的应用等知识。结合题给信息可知反应①、②产生的H2和CO2可以作为反应③的原料,故A正确;反应③产生了甲醇,是CO2资源化利用的一种方法,故B正确;根据反应④可知CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(g)的ΔH=d2kJ·mol-1,但选项反应中水呈液态,故ΔH不等于d2kJ·mol-1,C错误;根据盖斯定律,②×2+③×2+④可得2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1,故D正确。
3.(2016江苏单科,8,2分,★)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是 ( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8kJ·mol-1
答案 D A项,反应①中太阳能转化为化学能,故错误;B项,反应②为吸热反应,故错误;C项,使用催化剂不能改变反应的反应热(ΔH),故错误;D项,根据盖斯定律,③-②可得CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH=74.8kJ·mol-1,故正确。
知识拓展 放热反应的ΔH<0,吸热反应的ΔH>0。
技巧点拨 盖斯定律的运用:找出目标反应的物质在所给反应中是反应物还是生成物,然后可像数学运算一样采取加、减、乘、除的方法求解目标反应的ΔH。
评析 本题以热化学方程式为基础考查四个相关的问题,涉及能量转化形式识别、热效应判断、催化剂与ΔH的关系以及应用盖斯定律进行计算等,难度中等。
4.(2015重庆理综,6,6分)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)
ΔH=xkJ·mol-1
已知:碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s)
ΔH3=ckJ·mol-1
则x为 ( )
A.3a+b-c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b
答案 A 本题已知的三个热化学方程式为:
①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=ckJ·mol-1
由盖斯定律可推出,3×①+②-③可得热化学方程式S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ·mol-1=(3a+b-c)kJ·mol-1,A项正确。
5.(2014江苏单科,10,2分)已知:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是 ( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0 B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案 C 根据反应的热效应可知:ΔH1<0、ΔH2>0、ΔH3<0、ΔH4<0,故A、B不正确;根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH2+ΔH3,ΔH3=13ΔH4+23ΔH5,C项正确,D项错误。
6.(2014重庆理综,6,6分,★★☆)已知:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H—H、OO和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·mol-1,则a为 ( )
A.-332 B.-118 C.+350 D.+130
答案 D 按顺序将题中两个热化学方程式编号为①和②,依据盖斯定律,②-①×2得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-(220+2a)kJ·mol-1,代入相关数据得:(2×436+496)-4×462=-(220+2a),解得a=+130,D项正确。
7.(2013课标Ⅱ,12,6分,0.73)在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)+32O2(g)SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)32S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+12O2(g)S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为 ( )
A.ΔH4=23(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=23(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=32(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=32(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案 A 将前三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,①×23+②×23-③×2得2S(g)S2(g) ΔH4=23ΔH1+23ΔH2-2ΔH3,即A项正确。
思路分析 根据盖斯定律导出ΔH4与ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系,即可对各选项作出判断。
知识拓展 硫蒸气中存在S8、S6、S4、S2等多种分子,1000℃左右时,主要以S2形式存在。
8.(2013重庆理综,6,6分,★★☆)已知:
P4(g)+6Cl2(g)4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1,
P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1,
P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol-1。
下列叙述正确的是 ( )
A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B.可求Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(s)的反应热ΔH
C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4kJ·mol-1
D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8kJ·mol-1
答案 C P原子半径大于Cl原子半径,P—P键键长大于P—Cl键,故P—P键键能小于P—Cl键键能,A项错误;设P4(g)+6Cl2(g)4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1……①,P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1……②,利用盖斯定律14(②-①)可得Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g)的ΔH,B项错误;Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g) ΔH=14(b-a)kJ·mol-1,根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,设Cl—Cl键键能为xkJ·mol-1,则:x+3×1.2c-5c=14(b-a),x=14(b-a+5.6c),C正确;①×5-②×3得2P4(g)+12PCl5(g)20PCl3(g) ΔH=(5a-3b)kJ·mol-1,设P—P键键能为ykJ·mol-1,则:12y+60c-72c=5a-3b,y=112(5a-3b+12c),D项错误。
9.(2011重庆,13,6分)SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF—F、S—F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。则S(s)+3F2(g)SF6(g)的反应热ΔH为 ( )
A.-1780kJ/mol B.-1220kJ/mol
C.-450kJ/mol D.+430kJ/mol
答案 B ΔH=-(生成物成键释放的总能量-反应物断键吸收的总能量)=-(6×330-3×160-1×280)kJ/mol=-1220kJ/mol。
10.(2020浙江7月选考,29,10分)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有:
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1=136kJ·mol-1
Ⅱ C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
ΔH2=177kJ·mol-1
Ⅲ C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH4=41kJ·mol-1
已知:298K时,相关物质的相对能量(如下图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。
例如:H2O(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3= kJ·mol-1。
②下列描述正确的是 。
A.升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B.加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C.反应Ⅲ有助于乙烷脱氢,有利于乙烯生成
D.恒温恒压下通水蒸气,反应Ⅳ的平衡逆向移动
③有研究表明,在催化剂存在下,反应Ⅱ分两步进行,过程如下:【C2H6(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)】,且第二步速率较慢(反应活化能为210kJ·mol-1)。根据相关物质的相对能量,画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”,起点从【C2H6(g)+CO2(g)】的能量-477kJ·mol-1开始(如下图)。
(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料,在923K和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表:
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析,在催化剂X作用下,CO2氧化C2H6的主要产物是 ,判断依据是 。
②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773K,乙烷平衡转化率为9.1%,保持温度和其他实验条件不变,采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是 。
答案 (1)①430 ②AD
③
(2)①CO C2H4的产率低,说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率
②选择性膜吸附C2H4,促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析 (1)①ΔH3=生成物总能量-反应物总能量=(-110kJ·mol-1×4+0kJ·mol-1×3)-[-84kJ·mol-1+(-393kJ·mol-1×2)]=430kJ·mol-1。
②A项,反应Ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大,正确;B项,反应Ⅰ、Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应,加压平衡逆向移动,不正确;C项,反应Ⅲ生成CO和H2,可抑制反应Ⅰ、Ⅱ的发生,不利于乙烯的生成,不正确;D项,恒温恒压下通入水蒸气,容器体积变大,反应物浓度减小,平衡逆向移动,正确。③第一步反应中C2H6(g)C2H4(g)+H2(g),第二步反应中H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g),由反应Ⅰ、Ⅳ可知两步反应均为吸热反应,生成物总能量高于反应物总能量。反应Ⅰ的ΔH1=136kJ·mol-1,故第一步反应的生成物总能量为-341kJ·mol-1,且活化能小于210kJ·mol-1(因第二步速率较慢,故第一步反应的活化能小于第二步的);第二步反应的活化能为210kJ·mol-1,再结合反应Ⅳ的ΔH4=41kJ·mol-1,可知生成物总能量为-300kJ·mol-1。
(2)①CO2转化率较高,C2H4的产率较低,说明反应Ⅲ的反应速率较快,相同时间内,CO产量较高,则催化剂X有利于提高反应Ⅲ的速率。②采用选择性膜技术,使C2H4离开反应体系,相当于减小生成物的浓度,可使反应Ⅱ平衡正向移动,提高C2H6的转化率。
易错警示 作图时一定要注意两步反应能量变化的起点和终点以及两步反应活化能的大小。
11.(2015福建理综,24,15分)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为 。
(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
已知:
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
FeCl2
沸点/℃
57.6
180(升华)
300(升华)
1023
①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是
(只要求写出一种)。
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是 。
③已知:Al2O3(s)+3C(s)2Al(s)+3CO(g)
ΔH1=+1344.1kJ·mol-1
2AlCl3(g)2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1169.2kJ·mol-1
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为
。
④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化学式分别为 。
⑤结合流程及相关数据分析,步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是 。
答案 (1)Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
(2)①防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积,加快反应速率
②铁或Fe ③Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·mol-1
④NaCl、NaClO、Na2CO3 ⑤除去FeCl3,提高AlCl3纯度
解析 (2)①通过焙烧使固体水分挥发,可以有效防止后续步骤生成的AlCl3水解;同时气孔数目增多,使固体的表面积增大,反应物的接触面积增大,反应速率加快。②步骤Ⅱ中若不通入Cl2和O2,则发生下列反应:Fe2O3+3C2Fe+3CO↑,SiO2+2CSi+2CO↑,显然生成的相对原子质量比硅大的单质是铁。③将题中的两个热化学方程式依次标记为a和b,根据盖斯定律,a-b得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·mol-1。④分析可知,步骤Ⅱ中得到的气态混合物主要含有反应生成的SiCl4、AlCl3、FeCl3、CO2以及过量的Cl2和O2,冷却至100℃时所得尾气成分为SiCl4、CO2、Cl2、O2,再冷却至室温后,气体中仅剩CO2、Cl2和O2三种气体,用足量的NaOH冷溶液吸收该尾气时,发生反应:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O、CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,生成的三种盐的化学式分别为NaCl、NaClO、Na2CO3。⑤分析流程和已知物质的沸点可知,粗品氯化铝中还含有FeCl3,步骤Ⅴ中加入的铝粉可与FeCl3反应生成Fe和AlCl3,再通过升华将AlCl3提取出来,这样就除去了FeCl3杂质,提高了AlCl3的纯度。
12.(2015四川理综,11,16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
稀H2SO4 活化硫铁矿 FeCO3 空气
硫铁矿烧渣滤液滤液滤液FeSO4晶体
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择 (填字母编号)。
A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2Fe+2Li2S,正极反应式是 。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3 kg。
答案 (1)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
(2)C
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
(4)4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ/mol
(5)FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S或FeS2+4e-Fe+2S2-
(6)0.0118ab-0.646c或29ab2450-1131c1750
解析 (1)稀硫酸与Fe2O3发生复分解反应,离子方程式为Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O。(2)检验Fe3+是否完全还原,只需要检验溶液中是否有Fe3+即可,常选择试剂KSCN溶液,滴入KSCN溶液后若无现象,证明Fe3+已完全还原;若溶液变红,说明Fe3+未完全还原。(3)通入空气后,空气中的O2将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+易发生水解产生H+,使溶液的pH降低。(4)由反应:4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol ①,C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/mol ②,2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol ③,根据盖斯定律可知,①+②×4-③×2可得:4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ/mol。(5)由电池放电时的总反应4Li+FeS2Fe+2Li2S可知,Li作负极,FeS2在正极得到电子,正极反应式是FeS2+4e-Fe+2S2-或FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S。(6)依据题意知,硫铁矿烧渣中加H2SO4浸取后滤液中含有n(Fe3+)=c×50%×96%×70%×10356mol=6cmol;浸取烧渣中Fe2O3时消耗n(H2SO4)=32n(Fe3+)=32×6cmol=9cmol;浸取液中加入活化硫铁矿还原Fe3+过程中生成n(H2SO4)=814n(Fe3+)=814×6cmol=3.43cmol;加入FeCO3调pH时,发生反应:FeCO3+H2SO4FeSO4+H2O+CO2↑,故n(FeCO3)=n(H2SO4)=a·b%×100098mol-9cmol+3.43cmol=(0.102ab-5.57c)mol,即m(FeCO3)=(0.102ab-5.57c)mol×116g·mol-1=(11.8ab-646c)g=(0.0118ab-0.646c)kg。
13.(2011课标,27,14分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是 kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 ;
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300℃):
下列说法正确的是 (填序号);
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=nAtAmol·L-1·min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)n(CH3OH)增大
(4)在T1温度时,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的转化率为α,则容器内的压强与起始压强之比为 ;
(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为 、正极的反应式为 。理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为 (燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
答案 (14分)(1)2858
(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-443.5kJ·mol-1
(3)③④
(4)1-α2
(5)CH3OH+H2OCO2+6H++6e-
32O2+6H++6e-3H2O 96.6%
解析 该题考查了盖斯定律的应用、化学平衡移动原理及平衡常数等知识点。
(1)分解10mol水消耗的能量在数值上等于10molH2(g)完全燃烧时所放出的热量:10mol×285.8kJ·mol-1=2858kJ。
(2)根据CO(g)、CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式,再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式。
(3)生成甲醇的平均速率是单位时间内甲醇物质的量浓度的变化,①错误;由图像知T2>T1,温度升高时平衡向逆反应方向移动,知T2时平衡常数比T1时小,正反应为放热反应,②错误,③正确;升高温度,平衡向逆反应方向移动,n(H2)n(CH3OH)增大,④正确。
(4)由 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
起始量/mol 1 3 0 0
变化量/mol α 3α α α
平衡量/mol 1-α 3-3α α α
可得反应后与反应前压强比为1-α+3-3α+α+α1+3=1-α2。
(5)书写电极反应式时要注意:酸性电解质时,负极产物为CO2,正极产物为H2O。
14.(2011江苏单科,20,14分)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热点。
已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=206.2kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
ΔH=247.4kJ·mol-1
2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=169.8kJ·mol-1
(1)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 。
(2)H2S热分解制氢时,常向反应器中通入一定比例空气,使部分H2S燃烧,其目的是 ;燃烧生成的SO2与H2S进一步反应,生成物在常温下均非气体,写出该反应的化学方程式: 。
(3)H2O的热分解也可得到H2,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甲所示。图中A、B表示的物质依次是 。
(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图乙(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。
答案 (14分)(1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=165.0kJ·mol-1
(2)为H2S热分解反应提供热量 2H2S+SO22H2O+3S↓(或4H2S+2SO24H2O+3S2↓)
(3)H、O(或氢原子、氧原子)
(4)CO(NH2)2+8OH--6e-CO32-+N2↑+6H2O
(5)2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2
解析 (1)将题给3个热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,①×2-②即可得到正确答案。
(3)温度大约在3000K时,H2O分解成氢原子、氧原子,氢原子、氧原子部分结合成H2、O2,另一部分仍以原子状态存在于混合气体中。5000K以上时,氢原子、氧原子不再结合成分子,体系中只有两种原子。
(4)CO(NH2)2在阳极上发生氧化反应,氮元素被氧化生成的N2从阳极区逸出,碳元素的化合价不变,在碱性条件下以CO32-的形式留在溶液中。
(5)根据原子守恒可确定该氢化物只能是镁的氢化物,再根据氢的质量分数可确定其化学式。
【3年模拟】
时间:20分钟 分值:40分
一、选择题(本题共3小题,每小题2分,共6分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021届夏津一中高三9月月考,7)关于化学反应热效应的叙述中,正确的是 ( )
A.放热反应在常温下一定很容易发生
B.放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量
C.化学反应过程中,化学能一定转化成热能
D.凡是需加热才能进行的反应一定是吸热反应
答案 B
2.(2021届即墨高三期中,3)化学家GethardErtl证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程,示意图如下:
下列说法错误的是 ( )
A.②→③需要吸收能量
B.使用催化剂降低了合成氨反应的ΔH
C.该过程表示化学反应中包括旧化学键的断裂和新化学键的生成
D.该过程由非极性键生成极性键
答案 B
3.(2021届夏津一中高三9月月考,8)C和H2在生产、生活、科技中是重要的燃料。
①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
②2H2(g)4H(g)
O2(g)O(g)H2O(g)
下列推断正确的是 ( )
A.C(s)的摩尔燃烧焓为110kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=+480kJ·mol-1
C.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=-220kJ·mol-1
D.分解2molH2O(l),至少需要4×462kJ的热量
答案 C
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分,每小题有一个或两个选项符合题目要求)
4.(2021届临沂高三期中,9)丙烯与HCl在催化剂作用下发生加成反应:第一步H+进攻丙烯生成碳正离子,第二步Cl-进攻碳正离子。得到两种产物的反应进程与能量关系如图。
下列说法正确的是 ( )
A.催化剂可以改变反应的焓变
B.过渡态(Ⅰ)比过渡态(Ⅱ)稳定
C.生成①的过程所需的活化能较低,速率快
D.丙烯与HCl的加成反应主要生成CH3CHCClCH3
答案 D
5.(2020历城二中高三期末,12)如图所示为CFCl3破坏臭氧层的过程,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可用方程式表示为O3
C.过程Ⅲ中O+OO2是吸热过程
D.上述过程说明CFCl3中的氯原子是破坏臭氧层的催化剂
答案 C
6.(2021届即墨高三期中,11)目前认为乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理及能量与反应进程的关系如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.总反应速率由第①步反应决定
B.第②步反应原子利用率为100%
C.第①步反应的中间体比第②步反应的中间体稳定
D.第①步反应的活化能最小,第②③步反应为放热反应
答案 CD
7.(2020聊城二模,15)科学工作者结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程,前三步历程如图所示,其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面上的物种用“· ”标注,Ts表示过渡态。
下列有关叙述正确的是 ( )
A.前三步总反应的ΔH<0
B.·HOCO转化为·CO和·OH为吸热过程
C.催化剂通过参与化学反应,能降低反应的活化能,提高反应物的转化率
D.反应历程中活化能(能垒)最小的反应方程式为·CO+·OH+·H+3H2(g)·CO+3H2(g)+H2O(g)
答案 AD
8.(2021届枣庄三检,15)热催化合成氨面临的两难问题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是 ( )
A.①为NN键的断裂过程
B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生
C.④为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程
D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
答案 BC
三、非选择题(本题包括4小题,共14分)
9.(2021届济南高三期中,15,节选)(2分)低碳经济成为人们一种新的生活理念,二氧化碳的捕捉和利用是一个重要研究方向,既可变废为宝,又可减少碳的排放。工业上可用CO2和H2制备被誉为“21世纪的清洁燃料”二甲醚(CH3OCH3)。如在500℃时,在密闭容器中将炼焦中的CO2转化为二甲醚,其相关反应为:
主反应Ⅰ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1
副反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.1kJ/mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-24.5kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=41.0kJ/mol
则主反应Ⅰ的ΔH1= 。
答案 (2分)-122.7kJ/mol
10.(2021届济南一中高三期中,16,节选)(2分)减弱温室效应的方法之一是将CO2回收利用,科学家研究利用回收的CO2制取甲醛,反应的热化学方程式为CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) ΔH。
已知:
①CH2O(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(g)
ΔH1=-480kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
相关化学键的键能数据如表所示:
化学键
OO
H—H
O—H
键能/kJ·mol-1
498
436
464
则CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) ΔH= 。
答案 (2分)-6kJ·mol-1
11.(2021届烟台高三期中,19,节选)(4分)过量排放NO会污染大气,研究其性质及转化,对降低含氮物质的污染有重大的意义。
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的活化能Ea=-akJ·mol-1,合成中有关物质的摩尔生成焓(一定温度和压强下,由稳定单质生成1mol 化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓)如下表:
物质
NO
NO2
O2
摩尔生成焓ΔH/kJ·mol-1
90
33
0
则NO2(g)NO(g)+12O2(g)的活化能Ea= kJ·mol-1(用含a的式子表示)。
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)分两步反应:
2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0快速平衡
N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2<0慢反应
在其他条件不变的情况下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率随着温度升高而减小,请解释原因 。
答案 (4分,每空2分)57+a2 第一步快速平衡,温度升高,平衡逆向移动,c(N2O2)减小,第二步为慢反应,c(N2O2)减小对反应速率的影响大于温度升高对反应速率的影响
12.(2021届山师附中高三期中,19,节选)(6分)1981年 Staley、Kappes等科学家首次发现了过渡金属离子催化消除N2O与CO的第一个催化循环反应,由此引起众多科学家开始关注利用金属离子消除大气污染物的催化反应。
回答下列问题:
(1)研究表明在无催化剂作用下N2O与CO难以反应,原因是 。
(2)过渡态理论认为N2O和CO之间的反应分为两个过程,首先N2O与CO通过碰撞生成高能量的活化配合物,然后该活化配合物进一步转化为产物,其历程为:
第一步:N—N—O+C—ON—NOC—O(慢反应) 活化配合物
第二步:N—NOC—ON—N+O—C—O(快反应) 活化配合物
第一步反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)的决速反应为 (填“第一步”或“第二步”)反应。
答案 (6分,每空2分)(1)CO中存在碳氧三键,键能较大,反应物的活化能较高,反应难以进行 (2)吸热 第一步
[教师专用题组]
【3年模拟】
时间:40分钟 分值:18分
一、选择题(每小题2分,共18分)
1.1mol白磷(P4)和4mol 红磷(P)与氧气反应过程中的能量变化如图(E表示能量)。下列说法正确的是 ( )
A.P4(s,白磷)4P(s,红磷) ΔH>0
B.以上变化中,白磷和红磷所需活化能相等
C.白磷比红磷稳定
D.红磷燃烧的热化学方程式是4P(s,红磷)+5O2(g)P4O10(s) ΔH=-(E2-E3)kJ/mol
答案 D E1>E2,故P4(s,白磷)4P(s,红磷) ΔH<0,A不正确;由图可知,白磷转化为P4O10(s)所需活化能小于红磷转化为P4O10(s)所需活化能,B不正确;物质能量越高越不稳定,白磷稳定性弱于红磷,C不正确;红磷燃烧属于放热反应,D正确。
2.甲醇质子交换膜燃料电池中,将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理有如下两种:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0kJ·mol-1
②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9kJ·mol-1
下列说法正确的是 ( )
A.CH3OH(g)的燃烧热为192.9kJ·mol-1
B.反应①中的能量变化如图所示
C.CH3OH转变成H2的过程一定要放出能量
D.根据②推知反应:CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9kJ·mol-1
答案 D 1molCH3OH(g)完全燃烧生成稳定的氧化物时的反应热为CH3OH(g)的燃烧热,而反应②中生成物为CO2(g)和H2(g),A不正确;反应①为吸热反应,生成物总能量大于反应物总能量,B不正确;由反应①可知C不正确;CH3OH(l)的能量小于CH3OH(g)的能量,故CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH>-192.9kJ·mol-1,D正确。
思路点拨 1.放热反应的ΔH<0,放出的热量越多ΔH越小。2.放热反应中反应物总能量越高,生成相同生成物时放出的热量越多。
3.下列说法正确的是 ( )
A.锂电池使用时,能量只存在由化学能到电能的转化
B.已知P4(白磷,s)4P(红磷,s) ΔH=-18.4kJ·mol-1,故白磷比红磷稳定
C.H2在Cl2中燃烧:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184.6kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=-184.6kJ·mol-1
D.测定中和反应的反应热时,其他不变,用醋酸代替盐酸测得的反应热ΔH偏大
答案 D 锂电池使用时,能量由化学能转化为电能和热能,A项错误;该反应为放热反应,说明白磷能量高,红磷能量低,故红磷比白磷稳定,B项错误;氢气的燃烧热是101kPa时,1mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量,C项错误;测定中和反应的反应热时,其他不变,若用醋酸代替盐酸,由于醋酸电离时吸收热量,则反应放出的热量减小,但反应热为负值,因此反应热ΔH偏大,D项正确。
关联知识 (1)醋酸是弱酸,弱酸的电离是吸热过程。(2)白磷(P4)的着火点低,易自燃,应保存在水中;1mol白磷(P4)分子中有6molP—P键。
4.下列四幅图示所表示的信息与对应的叙述相符的是 ( )
A.图1表示H2与O2发生反应过程中的能量变化,则H2的燃烧热为241.8kJ·mol-1
B.图2表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
C.图3表示一定条件下H2和Cl2生成HCl的反应热与途径无关,则ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.图4表示压强对可逆反应2A(g)+2B(g)3C(g)+D(s)的影响,乙的压强大
答案 C 图1所示反应生成的水呈气态,燃烧热要求可燃物为1mol,生成的水为液态,A项错误;图2所示反应中,反应物的总能量大于生成物的总能量,所给反应为放热反应,B项错误;依据盖斯定律,反应热与途径无关,只与反应的始态和终态有关,C项正确;注意物质D为固体,所以该反应的正向是气体分子数减小的反应,压强改变时平衡要发生移动,A的体积分数最终一定不相等,D项错误。
5.某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下:
mCeO2(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确···的是 ( )
A.该过程中CeO2没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.右图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O
答案 C 由题给化学方程式加和可得总反应方程式:H2O+CO2H2+CO+O2,该过程是在CeO2作催化剂、太阳提供能量的情况下完成的,故A、B正确。C项,根据盖斯定律可知,应为ΔH1=-ΔH2-ΔH3,错误。
6.下列的图示与对应的叙述相符的是 ( )
A.图1表示向100mL0.1mol·L-1的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液时n[Al(OH)3]的变化情况
B.图2表示KNO3的溶解度曲线,图中a点表示的溶液通过升温可以得到b点
C.图3表示某一放热反应,若使用催化剂,E1、E2、ΔH都会发生改变
D.图4表示向Na2CO3溶液中滴加稀盐酸时,产生n(CO2)的情况
答案 A 向100mL0.1mol·L-l的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液时,最初溶液中沉淀量逐渐增多,当滴加到30mL后,沉淀开始溶解,滴加到40mL时沉淀完全溶解,故A正确;a点表示的溶液未饱和,通过添加溶质可以变为b点所示的饱和溶液,故B错误;加催化剂改变了反应的历程,降低反应所需的活化能,但是反应热不变,故C错误;向Na2CO3溶液中滴加稀盐酸时,最初没有CO2气体生成,当全部生成NaHCO3后,再滴加稀盐酸时才有CO2气体生成,故D错误。
7.下列说法正确的是 ( )
A.反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)在一定条件下能自发进行,该反应一定为放热反应
B.可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法延缓钢铁水闸的腐蚀
C.Na2O2与水反应产生1molO2,理论上转移的电子数目约为4×6.02×1023
D.保持温度不变,向稀氨水中缓慢通入CO2,溶液中c(OH-)/c(NH3·H2O)的值增大
答案 B 反应在一定条件下能自发进行,ΔG=ΔH-TΔS<0,该反应的ΔS>0,故反应不一定是放热反应,A错误;作原电池负极或作电解池阳极的金属材料加速被腐蚀,如果采用牺牲阳极的阴极保护法保护钢闸时,钢闸作正极被保护,如果采用外加电流的阴极保护法保护钢闸时,钢闸作阴极被保护,B正确;过氧化钠和水的反应中,过氧化钠一半作氧化剂,另一半作还原剂,生成1mol 氧气时,转移电子的物质的量为1mol×2×[0-(-1)]=2mol,所以转移电子数约为2×6.02×1023,C错误;c(OH-)c(NH3·H2O)=c(OH-)·c(NH4+)c(NH3·H2O)·c(NH4+)=Kbc(NH4+),温度不变,电离平衡常数不变,向稀氨水中通入二氧化碳时,反应生成的铵盐使溶液中铵根离子浓度增大,因此该比值减小,D错误。
8.一定条件下,在水溶液中1molClOx-(x=0,1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.上述离子中结合H+能力最强的是E
B.上述离子中最稳定的是A
C.CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1
D.BA+D的反应物的键能之和小于生成物的键能之和
答案 A A项,酸根离子对应的酸越弱,结合氢离子能力越强,E对应的是ClO4-,HClO4是最强的无机酸,酸根离子结合氢离子能力最弱,错误;B项,据能量越低越稳定原理知,A最稳定,正确;C项,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(64+60-2×100)kJ·mol-1=-76kJ·mol-1,所以CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1,正确;D项,3ClO-(aq)2Cl-(aq)+ClO3-(aq)的ΔH=(0+64-3×60)kJ·mol-1=-116kJ·mol-1,所以反应物的键能之和小于生成物的键能之和,D正确。
9.N2O和CO是环境污染性气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应原理为N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH,有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.ΔH=ΔH1+ΔH2
B.ΔH=-226kJ/mol
C.该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
D.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2O2+
答案 D 根据盖斯定律可知,ΔH=ΔH1+ΔH2,A项正确;由图可知,ΔH=134kJ/mol-360kJ/mol=-226kJ/mol,B项正确;该反应为放热反应,正反应的活化能小于逆反应的活化能,C项正确;反应过程中Pt2O+和Pt2O2+参与反应后又生成,不需要补充,D项错误。
知识归纳 ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能=反应物键能之和-生成物键能之和。
专题十 化学能与热能
【5年高考】
考点一 反应热与焓变
1.(2021浙江1月选考,24,2分)在298.15K、100kPa条件下,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,N2(g)、H2(g)和NH3(g)的比热容分别为29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定压强下,1mol反应中,反应物[N2(g)+3H2(g)]、生成物[2NH3(g)]的能量随温度T的变化示意图合理的是 ( )
答案 B
2.(2020浙江7月选考,22,2分)关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(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
答案 B
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
3.(2020浙江1月选考,22,2分)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 ( )
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
答案 D
4.(2019海南单科,5,2分)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414kJ·mol-1 B.377kJ·mol-1
C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1
答案 A
5.(2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确···的是 ( )
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的ΔH=d2kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1
答案 C
6.(2016江苏单科,8,2分)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是 ( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8kJ·mol-1
答案 D
7.(2019浙江4月选考,23,2分)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32-(g)M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)
↑ΔH1 ↑ΔH3
MCO3(s) MO(s)+CO2(g)
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
答案 C
8.(2017课标Ⅰ,28,14分)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:
(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。
A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以
B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸
C.0.10mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1
D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率α1= %,反应平衡常数K= 。
②在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2 α1,该反应的ΔH 0。(填“>”“<”或“=”)
③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
答案 (1)D
(2)H2O(l)H2(g)+12O2(g) ΔH=286kJ·mol-1 H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20kJ·mol-1 系统(Ⅱ)
(3)①2.5 2.8×10-3
②> >
③B
9.(2019天津理综,10,14分)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2,放出225kJ热量,该反应的热化学方程式为 。SiHCl3的电子式为 。
Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)3SiHCl3(g) ΔH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称 (填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为 。
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是 ;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是 (填序号)。
a.B点:v正>v逆
b.v正:A点>E点
c.反应适宜温度:480~520℃
(4)反应③的ΔH3= (用ΔH1,ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有 (填分子式)。
答案 Ⅰ.Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)
ΔH=-225kJ·mol-1
··Cl······Si······Cl······H··Cl····
Ⅱ.(1)阴极 2H2O+2e-H2↑+2OH-或2H++2e-H2↑
(2)1000℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)a、c
(4)ΔH2-ΔH1 减小
(5)HCl、H2
[教师专用题组]
【5年高考】
考点一 反应热与焓变
1.(2020天津,10,3分)理论研究表明,在101kPa和298K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=+59.3kJ·mol-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 由题图可知,1molHCN的能量比HNC的能量低59.3kJ,则HCN更稳定,则该异构化反应是吸热反应,反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1,A、B项正确;由题图可知,正反应的活化能是186.5kJ·mol-1,逆反应的活化能为127.2kJ·mol-1,C项正确;催化剂不改变反应热,D项错误。
2.(2020浙江7月选考,22,2分)关于下列ΔH的判断正确的是 ( )
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq) ΔH1
CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(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
答案 B ①:HCO3-(aq)CO32-(aq)+H+(aq)为HCO3-的电离,电离吸热,可得DH1<0,②:CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(aq)+OH-(aq)属于水解过程,水解一般吸热,故DH2>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DH4<0,C项错误;④-③可得⑤:CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H+(aq) DH5,电离吸热,故DH5>0,DH4-DH3=DH5>0,故DH4>DH3,D项错误。
3.(2020江苏单科,8,2分)反应SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是 ( )
A.该反应ΔH>0、ΔS<0
B.该反应的平衡常数K=c4(HCl)c(SiCl4)×c2(H2)
C.高温下反应每生成1molSi需消耗2×22.4LH2
D.用E表示键能,该反应ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
答案 B 由反应方程式可知ΔS>0,A项不正确。Si是固体,故该反应的平衡常数K=c4(HCl)c(SiCl4)×c2(H2),B项正确;C项未指明是否为标准状况,气体摩尔体积不确定,故消耗氢气的体积无法计算,C项不正确;ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)-2E(Si—Si),D项不正确。
4.(2019海南单科,5,2分)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414kJ·mol-1 B.377kJ·mol-1
C.235kJ·mol-1 D.197kJ·mol-1
答案 A 从图中信息可知C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1。ΔH=旧键断裂吸收的总能量-新键形成放出的总能量,设C—H键键能为xkJ·mol-1,则(717+864)kJ·mol-1-4xkJ·mol-1=-75kJ·mol-1,解得x=414,A正确。
5.(2018海南单科,12,4分)(双选)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是 ( )
A.每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
答案 CD 由图可知,每活化一个氧分子要放出0.29eV的能量,A不正确。活化能是指反应过程中的最大能垒,图中在无水情况下,活化能为0.75eV;有水情况下,活化能为0.57eV,两者之间的差值为0.18eV,B错误;从图中小球的变化来看,起始氧原子是相连的,最终氧原子是分开的,且氧原子与碳原子相连,即经历了O—O键的断裂和C—O键的生成过程,C正确;炭黑与氧气生成活化氧,活化氧与二氧化硫反应会转化为三氧化硫和炭黑,故炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂,D正确。
6.(2018北京理综,7,6分)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 催化剂只影响化学反应速率,不会使化学平衡发生移动,故不会提高反应物的平衡转化率,D不正确。
方法技巧 认真观察示意图,分清反应物、中间产物和生成物,该题就不难作答。
7.(2018浙江4月选考,21,2分)氢卤酸的能量关系如图所示:
下列说法正确的是 ( )
A.已知HF气体溶于水放热,则HF的ΔH1<0
B.相同条件下,HCl的ΔH2比HBr的小
C.相同条件下,HCl的(ΔH3+ΔH4)比HI的大
D.一定条件下,气态原子生成1molH—X键放出akJ能量,则该条件下ΔH2=akJ·mol-1
答案 D HF气体溶于水放热,则由HF(aq)→HF(g)需要吸收热量,因此ΔH1>0,故A错误;HCl比HBr稳定,则HCl的ΔH2比HBr的大,故B错误;ΔH3是H(g)→H+(g)的热效应,ΔH4是H+(g)→H+(aq)的热效应,所以,HCl和HI的(ΔH3+ΔH4)相等,故C错误;由题图可知,H(g)+X(g)HX(g) ΔH7=-ΔH2=-akJ·mol-1,则ΔH2=akJ·mol-1,故D正确。
8.(2018江苏单科,10,2分)下列说法正确的是 ( )
A.氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B.反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行,该反应为吸热反应
C.3molH2与1molN2混合反应生成NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023
D.在酶催化淀粉水解反应中,温度越高淀粉水解速率越快
答案 C 氢氧燃料电池放电过程中,化学能除转化为电能外,还有热能的产生,A错误;4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)是一个熵减反应,而该反应常温下能自发进行,则该反应必为放热反应,B错误;N2与H2合成NH3的反应为可逆反应,故3molH2与1molN2不能完全转化为NH3,转移电子的数目小于6×6.02×1023,C正确;酶的活性与温度有关,温度过高,使酶失去生理活性,D错误。
9.(2016海南单科,6,2分)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:
C57H104O6(s)+80O2(g)57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为 ( )
A.3.8×104kJ·mol-1 B.-3.8×104kJ·mol-1
C.3.4×104kJ·mol-1 D.-3.4×104kJ·mol-1
答案 D 燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ,则1mol油酸甘油酯完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量为3.8×104kJ×8841000≈3.4×104kJ,所以ΔH=-3.4×104kJ·mol-1。
10.(2016海南单科,11,4分)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2
B.由X→Z反应的ΔH<0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
答案 BC A项,根据化学反应的实质可知2X(g)3Y(g) ΔH=E3-E2,故A错误;B项,由图像可知,X→Z的反应中反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即反应的ΔH<0,故B正确;C项,根据化学反应2X(g)3Y(g),可知正反应是气体分子数增加的反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,故C正确;D项,X→Z的反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产率降低,故D错误。
11.(2015江苏单科,4,2分)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是 ( )
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg2+)>r(Mg)
C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性
D.该反应中化学能全部转化为热能
答案 C A项,C的单质还有C60、C70等多种同素异形体;B项,Mg2+、Mg质子数相同,而电子数不同,电子数越多,半径越大,故r(Mg2+)
下列说法正确的是 ( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C A项,CO和O生成CO2是放热反应;B项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO中的化学键没有断裂形成C和O;C项,CO和O生成的CO2分子中含有极性共价键;D项,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程。
审题技巧 认真观察题给示意图,注意其表示CO和O在催化剂表面形成化学键的过程。
解题关键 明确从能量高的状态到能量低的状态,要释放能量,并能根据图示分析物质变化情况。
13.(2015海南单科,4,2分)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1。若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水,则放出的热量约为( )
A.55kJ B.220kJ C.550kJ D.1108kJ
答案 A 由丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1,可写出其燃烧的热化学方程式:C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215kJ·mol-1,丙烷完全燃烧产生1.8g水放出的热量为(2215kJ·mol-1÷4)×0.1mol≈55kJ。
14.(2012江苏单科,4,2分)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1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.该反应为放热反应
B.催化剂能改变该反应的焓变
C.催化剂能降低该反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
答案 C 由题图可知,生成物的总能量高于反应物的总能量,故该反应为吸热反应;催化剂能降低该反应的活化能,但不能改变该反应的焓变;E1>E2,说明正反应的活化能大于逆反应的活化能。
15.[2014北京理综,26(3)]NH3经一系列反应可以得到HNO3和NH4NO3,如下图所示。
(3)Ⅲ中,降低温度,将NO2(g)转化为N2O4(l),再制备浓硝酸。
①已知:2NO2(g)N2O4(g) ΔH1
2NO2(g)N2O4(l) ΔH2
下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母) 。
②N2O4与O2、H2O化合的化学方程式是 。
答案 (3)①A ②2N2O4+O2+2H2O4HNO3
解析 (3)①降低温度,NO2转化成N2O4,所以ΔH1<0,ΔH2<0,再根据物质(N2O4)的状态可判断出NO2转化成液态N2O4放热更多。故选A。
②N2O4与O2、H2O发生化合反应,产物应为HNO3,所以反应的化学方程式为:2N2O4+O2+2H2O4HNO3。
考点二 热化学方程式、盖斯定律及其应用
1.(2019浙江4月选考,23,2分)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):
M2+(g)+CO32-(g)M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)
↑ΔH1 ↑ΔH3
MCO3(s) MO(s)+CO2(g)
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
答案 C ΔH1为破坏MCO3中离子键所需吸收的能量,ΔH1>0,因Mg2+半径比Ca2+小,故MgCO3中离子键比CaCO3强,A正确;CO32-分解为CO2和O2-为吸热过程,ΔH2>0,因ΔH2(MgCO3)和ΔH2(CaCO3)均表示CO32-分解所吸收的热量,则ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),故B正确;根据题给能量关系及盖斯定律可知:ΔH1(CaCO3)+ΔH2(CaCO3)=ΔH(CaCO3)+ΔH3(CaO)…①,ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)=ΔH(MgCO3)+ΔH3(MgO)…②,①式-②式结合ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),得:ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)+ΔH(CaCO3)-ΔH(MgCO3),因ΔH(CaCO3)≠ΔH(MgCO3),故C错误;MCO3(s)分解为MO(s)和CO2(g)为吸热过程,ΔH>0,考虑到ΔH1+ΔH2=ΔH+ΔH3,故有ΔH1+ΔH2>ΔH3,故D正确。
疑难突破 解答本题的关键点有二,一是判断ΔH1、ΔH2、ΔH3及ΔH的正负,四个过程均为吸热过程,焓变均为为正值;二是根据盖斯定律找出ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH的相互关系:ΔH1+ΔH2=ΔH+ΔH3。
2.(2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确···的是 ( )
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的ΔH=d2kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1
答案 C 本题考查盖斯定律的应用等知识。结合题给信息可知反应①、②产生的H2和CO2可以作为反应③的原料,故A正确;反应③产生了甲醇,是CO2资源化利用的一种方法,故B正确;根据反应④可知CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(g)的ΔH=d2kJ·mol-1,但选项反应中水呈液态,故ΔH不等于d2kJ·mol-1,C错误;根据盖斯定律,②×2+③×2+④可得2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1,故D正确。
3.(2016江苏单科,8,2分,★)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是 ( )
①太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=571.6kJ·mol-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3kJ·mol-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1kJ·mol-1
A.反应①中电能转化为化学能
B.反应②为放热反应
C.反应③使用催化剂,ΔH3减小
D.反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8kJ·mol-1
答案 D A项,反应①中太阳能转化为化学能,故错误;B项,反应②为吸热反应,故错误;C项,使用催化剂不能改变反应的反应热(ΔH),故错误;D项,根据盖斯定律,③-②可得CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH=74.8kJ·mol-1,故正确。
知识拓展 放热反应的ΔH<0,吸热反应的ΔH>0。
技巧点拨 盖斯定律的运用:找出目标反应的物质在所给反应中是反应物还是生成物,然后可像数学运算一样采取加、减、乘、除的方法求解目标反应的ΔH。
评析 本题以热化学方程式为基础考查四个相关的问题,涉及能量转化形式识别、热效应判断、催化剂与ΔH的关系以及应用盖斯定律进行计算等,难度中等。
4.(2015重庆理综,6,6分)黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)
ΔH=xkJ·mol-1
已知:碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s)
ΔH3=ckJ·mol-1
则x为 ( )
A.3a+b-c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b
答案 A 本题已知的三个热化学方程式为:
①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1
②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=ckJ·mol-1
由盖斯定律可推出,3×①+②-③可得热化学方程式S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=xkJ·mol-1=(3a+b-c)kJ·mol-1,A项正确。
5.(2014江苏单科,10,2分)已知:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是 ( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0 B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
答案 C 根据反应的热效应可知:ΔH1<0、ΔH2>0、ΔH3<0、ΔH4<0,故A、B不正确;根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH2+ΔH3,ΔH3=13ΔH4+23ΔH5,C项正确,D项错误。
6.(2014重庆理综,6,6分,★★☆)已知:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H—H、OO和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·mol-1,则a为 ( )
A.-332 B.-118 C.+350 D.+130
答案 D 按顺序将题中两个热化学方程式编号为①和②,依据盖斯定律,②-①×2得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-(220+2a)kJ·mol-1,代入相关数据得:(2×436+496)-4×462=-(220+2a),解得a=+130,D项正确。
7.(2013课标Ⅱ,12,6分,0.73)在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)+32O2(g)SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)32S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+12O2(g)S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为 ( )
A.ΔH4=23(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=23(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=32(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=32(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案 A 将前三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,①×23+②×23-③×2得2S(g)S2(g) ΔH4=23ΔH1+23ΔH2-2ΔH3,即A项正确。
思路分析 根据盖斯定律导出ΔH4与ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系,即可对各选项作出判断。
知识拓展 硫蒸气中存在S8、S6、S4、S2等多种分子,1000℃左右时,主要以S2形式存在。
8.(2013重庆理综,6,6分,★★☆)已知:
P4(g)+6Cl2(g)4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1,
P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1,
P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol-1。
下列叙述正确的是 ( )
A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B.可求Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(s)的反应热ΔH
C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4kJ·mol-1
D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8kJ·mol-1
答案 C P原子半径大于Cl原子半径,P—P键键长大于P—Cl键,故P—P键键能小于P—Cl键键能,A项错误;设P4(g)+6Cl2(g)4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1……①,P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1……②,利用盖斯定律14(②-①)可得Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g)的ΔH,B项错误;Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g) ΔH=14(b-a)kJ·mol-1,根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,设Cl—Cl键键能为xkJ·mol-1,则:x+3×1.2c-5c=14(b-a),x=14(b-a+5.6c),C正确;①×5-②×3得2P4(g)+12PCl5(g)20PCl3(g) ΔH=(5a-3b)kJ·mol-1,设P—P键键能为ykJ·mol-1,则:12y+60c-72c=5a-3b,y=112(5a-3b+12c),D项错误。
9.(2011重庆,13,6分)SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF—F、S—F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。则S(s)+3F2(g)SF6(g)的反应热ΔH为 ( )
A.-1780kJ/mol B.-1220kJ/mol
C.-450kJ/mol D.+430kJ/mol
答案 B ΔH=-(生成物成键释放的总能量-反应物断键吸收的总能量)=-(6×330-3×160-1×280)kJ/mol=-1220kJ/mol。
10.(2020浙江7月选考,29,10分)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有:
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1=136kJ·mol-1
Ⅱ C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
ΔH2=177kJ·mol-1
Ⅲ C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH4=41kJ·mol-1
已知:298K时,相关物质的相对能量(如下图)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH(ΔH随温度变化可忽略)。
例如:H2O(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1-(-242kJ·mol-1)=-44kJ·mol-1。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3= kJ·mol-1。
②下列描述正确的是 。
A.升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B.加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C.反应Ⅲ有助于乙烷脱氢,有利于乙烯生成
D.恒温恒压下通水蒸气,反应Ⅳ的平衡逆向移动
③有研究表明,在催化剂存在下,反应Ⅱ分两步进行,过程如下:【C2H6(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)】→【C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)】,且第二步速率较慢(反应活化能为210kJ·mol-1)。根据相关物质的相对能量,画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”,起点从【C2H6(g)+CO2(g)】的能量-477kJ·mol-1开始(如下图)。
(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料,在923K和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表:
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析,在催化剂X作用下,CO2氧化C2H6的主要产物是 ,判断依据是 。
②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773K,乙烷平衡转化率为9.1%,保持温度和其他实验条件不变,采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是 。
答案 (1)①430 ②AD
③
(2)①CO C2H4的产率低,说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率
②选择性膜吸附C2H4,促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析 (1)①ΔH3=生成物总能量-反应物总能量=(-110kJ·mol-1×4+0kJ·mol-1×3)-[-84kJ·mol-1+(-393kJ·mol-1×2)]=430kJ·mol-1。
②A项,反应Ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数增大,正确;B项,反应Ⅰ、Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应,加压平衡逆向移动,不正确;C项,反应Ⅲ生成CO和H2,可抑制反应Ⅰ、Ⅱ的发生,不利于乙烯的生成,不正确;D项,恒温恒压下通入水蒸气,容器体积变大,反应物浓度减小,平衡逆向移动,正确。③第一步反应中C2H6(g)C2H4(g)+H2(g),第二步反应中H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g),由反应Ⅰ、Ⅳ可知两步反应均为吸热反应,生成物总能量高于反应物总能量。反应Ⅰ的ΔH1=136kJ·mol-1,故第一步反应的生成物总能量为-341kJ·mol-1,且活化能小于210kJ·mol-1(因第二步速率较慢,故第一步反应的活化能小于第二步的);第二步反应的活化能为210kJ·mol-1,再结合反应Ⅳ的ΔH4=41kJ·mol-1,可知生成物总能量为-300kJ·mol-1。
(2)①CO2转化率较高,C2H4的产率较低,说明反应Ⅲ的反应速率较快,相同时间内,CO产量较高,则催化剂X有利于提高反应Ⅲ的速率。②采用选择性膜技术,使C2H4离开反应体系,相当于减小生成物的浓度,可使反应Ⅱ平衡正向移动,提高C2H6的转化率。
易错警示 作图时一定要注意两步反应能量变化的起点和终点以及两步反应活化能的大小。
11.(2015福建理综,24,15分)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为 。
(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
已知:
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
FeCl2
沸点/℃
57.6
180(升华)
300(升华)
1023
①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是
(只要求写出一种)。
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是 。
③已知:Al2O3(s)+3C(s)2Al(s)+3CO(g)
ΔH1=+1344.1kJ·mol-1
2AlCl3(g)2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1169.2kJ·mol-1
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为
。
④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化学式分别为 。
⑤结合流程及相关数据分析,步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是 。
答案 (1)Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
(2)①防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积,加快反应速率
②铁或Fe ③Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·mol-1
④NaCl、NaClO、Na2CO3 ⑤除去FeCl3,提高AlCl3纯度
解析 (2)①通过焙烧使固体水分挥发,可以有效防止后续步骤生成的AlCl3水解;同时气孔数目增多,使固体的表面积增大,反应物的接触面积增大,反应速率加快。②步骤Ⅱ中若不通入Cl2和O2,则发生下列反应:Fe2O3+3C2Fe+3CO↑,SiO2+2CSi+2CO↑,显然生成的相对原子质量比硅大的单质是铁。③将题中的两个热化学方程式依次标记为a和b,根据盖斯定律,a-b得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9kJ·mol-1。④分析可知,步骤Ⅱ中得到的气态混合物主要含有反应生成的SiCl4、AlCl3、FeCl3、CO2以及过量的Cl2和O2,冷却至100℃时所得尾气成分为SiCl4、CO2、Cl2、O2,再冷却至室温后,气体中仅剩CO2、Cl2和O2三种气体,用足量的NaOH冷溶液吸收该尾气时,发生反应:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O、CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,生成的三种盐的化学式分别为NaCl、NaClO、Na2CO3。⑤分析流程和已知物质的沸点可知,粗品氯化铝中还含有FeCl3,步骤Ⅴ中加入的铝粉可与FeCl3反应生成Fe和AlCl3,再通过升华将AlCl3提取出来,这样就除去了FeCl3杂质,提高了AlCl3的纯度。
12.(2015四川理综,11,16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
稀H2SO4 活化硫铁矿 FeCO3 空气
硫铁矿烧渣滤液滤液滤液FeSO4晶体
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择 (填字母编号)。
A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2Fe+2Li2S,正极反应式是 。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3 kg。
答案 (1)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
(2)C
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
(4)4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ/mol
(5)FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S或FeS2+4e-Fe+2S2-
(6)0.0118ab-0.646c或29ab2450-1131c1750
解析 (1)稀硫酸与Fe2O3发生复分解反应,离子方程式为Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O。(2)检验Fe3+是否完全还原,只需要检验溶液中是否有Fe3+即可,常选择试剂KSCN溶液,滴入KSCN溶液后若无现象,证明Fe3+已完全还原;若溶液变红,说明Fe3+未完全还原。(3)通入空气后,空气中的O2将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+易发生水解产生H+,使溶液的pH降低。(4)由反应:4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ/mol ①,C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/mol ②,2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/mol ③,根据盖斯定律可知,①+②×4-③×2可得:4FeCO3(s)+O2(g)2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ/mol。(5)由电池放电时的总反应4Li+FeS2Fe+2Li2S可知,Li作负极,FeS2在正极得到电子,正极反应式是FeS2+4e-Fe+2S2-或FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S。(6)依据题意知,硫铁矿烧渣中加H2SO4浸取后滤液中含有n(Fe3+)=c×50%×96%×70%×10356mol=6cmol;浸取烧渣中Fe2O3时消耗n(H2SO4)=32n(Fe3+)=32×6cmol=9cmol;浸取液中加入活化硫铁矿还原Fe3+过程中生成n(H2SO4)=814n(Fe3+)=814×6cmol=3.43cmol;加入FeCO3调pH时,发生反应:FeCO3+H2SO4FeSO4+H2O+CO2↑,故n(FeCO3)=n(H2SO4)=a·b%×100098mol-9cmol+3.43cmol=(0.102ab-5.57c)mol,即m(FeCO3)=(0.102ab-5.57c)mol×116g·mol-1=(11.8ab-646c)g=(0.0118ab-0.646c)kg。
13.(2011课标,27,14分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是 kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 ;
(3)在容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如下图所示(注:T1、T2均大于300℃):
下列说法正确的是 (填序号);
①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=nAtAmol·L-1·min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)n(CH3OH)增大
(4)在T1温度时,将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的转化率为α,则容器内的压强与起始压强之比为 ;
(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为 、正极的反应式为 。理想状态下,该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ,则该燃料电池的理论效率为 (燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。
答案 (14分)(1)2858
(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-443.5kJ·mol-1
(3)③④
(4)1-α2
(5)CH3OH+H2OCO2+6H++6e-
32O2+6H++6e-3H2O 96.6%
解析 该题考查了盖斯定律的应用、化学平衡移动原理及平衡常数等知识点。
(1)分解10mol水消耗的能量在数值上等于10molH2(g)完全燃烧时所放出的热量:10mol×285.8kJ·mol-1=2858kJ。
(2)根据CO(g)、CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式,再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式。
(3)生成甲醇的平均速率是单位时间内甲醇物质的量浓度的变化,①错误;由图像知T2>T1,温度升高时平衡向逆反应方向移动,知T2时平衡常数比T1时小,正反应为放热反应,②错误,③正确;升高温度,平衡向逆反应方向移动,n(H2)n(CH3OH)增大,④正确。
(4)由 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)
起始量/mol 1 3 0 0
变化量/mol α 3α α α
平衡量/mol 1-α 3-3α α α
可得反应后与反应前压强比为1-α+3-3α+α+α1+3=1-α2。
(5)书写电极反应式时要注意:酸性电解质时,负极产物为CO2,正极产物为H2O。
14.(2011江苏单科,20,14分)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热点。
已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH=206.2kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
ΔH=247.4kJ·mol-1
2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=169.8kJ·mol-1
(1)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 。
(2)H2S热分解制氢时,常向反应器中通入一定比例空气,使部分H2S燃烧,其目的是 ;燃烧生成的SO2与H2S进一步反应,生成物在常温下均非气体,写出该反应的化学方程式: 。
(3)H2O的热分解也可得到H2,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甲所示。图中A、B表示的物质依次是 。
(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图乙(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
(5)Mg2Cu是一种储氢合金。350℃时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077)。Mg2Cu与H2反应的化学方程式为 。
答案 (14分)(1)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH=165.0kJ·mol-1
(2)为H2S热分解反应提供热量 2H2S+SO22H2O+3S↓(或4H2S+2SO24H2O+3S2↓)
(3)H、O(或氢原子、氧原子)
(4)CO(NH2)2+8OH--6e-CO32-+N2↑+6H2O
(5)2Mg2Cu+3H2MgCu2+3MgH2
解析 (1)将题给3个热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,①×2-②即可得到正确答案。
(3)温度大约在3000K时,H2O分解成氢原子、氧原子,氢原子、氧原子部分结合成H2、O2,另一部分仍以原子状态存在于混合气体中。5000K以上时,氢原子、氧原子不再结合成分子,体系中只有两种原子。
(4)CO(NH2)2在阳极上发生氧化反应,氮元素被氧化生成的N2从阳极区逸出,碳元素的化合价不变,在碱性条件下以CO32-的形式留在溶液中。
(5)根据原子守恒可确定该氢化物只能是镁的氢化物,再根据氢的质量分数可确定其化学式。
【3年模拟】
时间:20分钟 分值:40分
一、选择题(本题共3小题,每小题2分,共6分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021届夏津一中高三9月月考,7)关于化学反应热效应的叙述中,正确的是 ( )
A.放热反应在常温下一定很容易发生
B.放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量
C.化学反应过程中,化学能一定转化成热能
D.凡是需加热才能进行的反应一定是吸热反应
答案 B
2.(2021届即墨高三期中,3)化学家GethardErtl证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程,示意图如下:
下列说法错误的是 ( )
A.②→③需要吸收能量
B.使用催化剂降低了合成氨反应的ΔH
C.该过程表示化学反应中包括旧化学键的断裂和新化学键的生成
D.该过程由非极性键生成极性键
答案 B
3.(2021届夏津一中高三9月月考,8)C和H2在生产、生活、科技中是重要的燃料。
①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
②2H2(g)4H(g)
O2(g)O(g)H2O(g)
下列推断正确的是 ( )
A.C(s)的摩尔燃烧焓为110kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=+480kJ·mol-1
C.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=-220kJ·mol-1
D.分解2molH2O(l),至少需要4×462kJ的热量
答案 C
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分,每小题有一个或两个选项符合题目要求)
4.(2021届临沂高三期中,9)丙烯与HCl在催化剂作用下发生加成反应:第一步H+进攻丙烯生成碳正离子,第二步Cl-进攻碳正离子。得到两种产物的反应进程与能量关系如图。
下列说法正确的是 ( )
A.催化剂可以改变反应的焓变
B.过渡态(Ⅰ)比过渡态(Ⅱ)稳定
C.生成①的过程所需的活化能较低,速率快
D.丙烯与HCl的加成反应主要生成CH3CHCClCH3
答案 D
5.(2020历城二中高三期末,12)如图所示为CFCl3破坏臭氧层的过程,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可用方程式表示为O3
C.过程Ⅲ中O+OO2是吸热过程
D.上述过程说明CFCl3中的氯原子是破坏臭氧层的催化剂
答案 C
6.(2021届即墨高三期中,11)目前认为乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理及能量与反应进程的关系如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.总反应速率由第①步反应决定
B.第②步反应原子利用率为100%
C.第①步反应的中间体比第②步反应的中间体稳定
D.第①步反应的活化能最小,第②③步反应为放热反应
答案 CD
7.(2020聊城二模,15)科学工作者结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程,前三步历程如图所示,其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面上的物种用“· ”标注,Ts表示过渡态。
下列有关叙述正确的是 ( )
A.前三步总反应的ΔH<0
B.·HOCO转化为·CO和·OH为吸热过程
C.催化剂通过参与化学反应,能降低反应的活化能,提高反应物的转化率
D.反应历程中活化能(能垒)最小的反应方程式为·CO+·OH+·H+3H2(g)·CO+3H2(g)+H2O(g)
答案 AD
8.(2021届枣庄三检,15)热催化合成氨面临的两难问题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是 ( )
A.①为NN键的断裂过程
B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生
C.④为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程
D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
答案 BC
三、非选择题(本题包括4小题,共14分)
9.(2021届济南高三期中,15,节选)(2分)低碳经济成为人们一种新的生活理念,二氧化碳的捕捉和利用是一个重要研究方向,既可变废为宝,又可减少碳的排放。工业上可用CO2和H2制备被誉为“21世纪的清洁燃料”二甲醚(CH3OCH3)。如在500℃时,在密闭容器中将炼焦中的CO2转化为二甲醚,其相关反应为:
主反应Ⅰ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1
副反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.1kJ/mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-24.5kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=41.0kJ/mol
则主反应Ⅰ的ΔH1= 。
答案 (2分)-122.7kJ/mol
10.(2021届济南一中高三期中,16,节选)(2分)减弱温室效应的方法之一是将CO2回收利用,科学家研究利用回收的CO2制取甲醛,反应的热化学方程式为CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) ΔH。
已知:
①CH2O(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(g)
ΔH1=-480kJ·mol-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH2
相关化学键的键能数据如表所示:
化学键
OO
H—H
O—H
键能/kJ·mol-1
498
436
464
则CO2(g)+2H2(g)CH2O(g)+H2O(g) ΔH= 。
答案 (2分)-6kJ·mol-1
11.(2021届烟台高三期中,19,节选)(4分)过量排放NO会污染大气,研究其性质及转化,对降低含氮物质的污染有重大的意义。
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的活化能Ea=-akJ·mol-1,合成中有关物质的摩尔生成焓(一定温度和压强下,由稳定单质生成1mol 化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓)如下表:
物质
NO
NO2
O2
摩尔生成焓ΔH/kJ·mol-1
90
33
0
则NO2(g)NO(g)+12O2(g)的活化能Ea= kJ·mol-1(用含a的式子表示)。
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)分两步反应:
2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0快速平衡
N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2<0慢反应
在其他条件不变的情况下,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应速率随着温度升高而减小,请解释原因 。
答案 (4分,每空2分)57+a2 第一步快速平衡,温度升高,平衡逆向移动,c(N2O2)减小,第二步为慢反应,c(N2O2)减小对反应速率的影响大于温度升高对反应速率的影响
12.(2021届山师附中高三期中,19,节选)(6分)1981年 Staley、Kappes等科学家首次发现了过渡金属离子催化消除N2O与CO的第一个催化循环反应,由此引起众多科学家开始关注利用金属离子消除大气污染物的催化反应。
回答下列问题:
(1)研究表明在无催化剂作用下N2O与CO难以反应,原因是 。
(2)过渡态理论认为N2O和CO之间的反应分为两个过程,首先N2O与CO通过碰撞生成高能量的活化配合物,然后该活化配合物进一步转化为产物,其历程为:
第一步:N—N—O+C—ON—NOC—O(慢反应) 活化配合物
第二步:N—NOC—ON—N+O—C—O(快反应) 活化配合物
第一步反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)的决速反应为 (填“第一步”或“第二步”)反应。
答案 (6分,每空2分)(1)CO中存在碳氧三键,键能较大,反应物的活化能较高,反应难以进行 (2)吸热 第一步
[教师专用题组]
【3年模拟】
时间:40分钟 分值:18分
一、选择题(每小题2分,共18分)
1.1mol白磷(P4)和4mol 红磷(P)与氧气反应过程中的能量变化如图(E表示能量)。下列说法正确的是 ( )
A.P4(s,白磷)4P(s,红磷) ΔH>0
B.以上变化中,白磷和红磷所需活化能相等
C.白磷比红磷稳定
D.红磷燃烧的热化学方程式是4P(s,红磷)+5O2(g)P4O10(s) ΔH=-(E2-E3)kJ/mol
答案 D E1>E2,故P4(s,白磷)4P(s,红磷) ΔH<0,A不正确;由图可知,白磷转化为P4O10(s)所需活化能小于红磷转化为P4O10(s)所需活化能,B不正确;物质能量越高越不稳定,白磷稳定性弱于红磷,C不正确;红磷燃烧属于放热反应,D正确。
2.甲醇质子交换膜燃料电池中,将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理有如下两种:
①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)
ΔH=+49.0kJ·mol-1
②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)
ΔH=-192.9kJ·mol-1
下列说法正确的是 ( )
A.CH3OH(g)的燃烧热为192.9kJ·mol-1
B.反应①中的能量变化如图所示
C.CH3OH转变成H2的过程一定要放出能量
D.根据②推知反应:CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9kJ·mol-1
答案 D 1molCH3OH(g)完全燃烧生成稳定的氧化物时的反应热为CH3OH(g)的燃烧热,而反应②中生成物为CO2(g)和H2(g),A不正确;反应①为吸热反应,生成物总能量大于反应物总能量,B不正确;由反应①可知C不正确;CH3OH(l)的能量小于CH3OH(g)的能量,故CH3OH(l)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH>-192.9kJ·mol-1,D正确。
思路点拨 1.放热反应的ΔH<0,放出的热量越多ΔH越小。2.放热反应中反应物总能量越高,生成相同生成物时放出的热量越多。
3.下列说法正确的是 ( )
A.锂电池使用时,能量只存在由化学能到电能的转化
B.已知P4(白磷,s)4P(红磷,s) ΔH=-18.4kJ·mol-1,故白磷比红磷稳定
C.H2在Cl2中燃烧:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184.6kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=-184.6kJ·mol-1
D.测定中和反应的反应热时,其他不变,用醋酸代替盐酸测得的反应热ΔH偏大
答案 D 锂电池使用时,能量由化学能转化为电能和热能,A项错误;该反应为放热反应,说明白磷能量高,红磷能量低,故红磷比白磷稳定,B项错误;氢气的燃烧热是101kPa时,1mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量,C项错误;测定中和反应的反应热时,其他不变,若用醋酸代替盐酸,由于醋酸电离时吸收热量,则反应放出的热量减小,但反应热为负值,因此反应热ΔH偏大,D项正确。
关联知识 (1)醋酸是弱酸,弱酸的电离是吸热过程。(2)白磷(P4)的着火点低,易自燃,应保存在水中;1mol白磷(P4)分子中有6molP—P键。
4.下列四幅图示所表示的信息与对应的叙述相符的是 ( )
A.图1表示H2与O2发生反应过程中的能量变化,则H2的燃烧热为241.8kJ·mol-1
B.图2表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
C.图3表示一定条件下H2和Cl2生成HCl的反应热与途径无关,则ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.图4表示压强对可逆反应2A(g)+2B(g)3C(g)+D(s)的影响,乙的压强大
答案 C 图1所示反应生成的水呈气态,燃烧热要求可燃物为1mol,生成的水为液态,A项错误;图2所示反应中,反应物的总能量大于生成物的总能量,所给反应为放热反应,B项错误;依据盖斯定律,反应热与途径无关,只与反应的始态和终态有关,C项正确;注意物质D为固体,所以该反应的正向是气体分子数减小的反应,压强改变时平衡要发生移动,A的体积分数最终一定不相等,D项错误。
5.某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下:
mCeO2(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确···的是 ( )
A.该过程中CeO2没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.右图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-CO32-+2H2O
答案 C 由题给化学方程式加和可得总反应方程式:H2O+CO2H2+CO+O2,该过程是在CeO2作催化剂、太阳提供能量的情况下完成的,故A、B正确。C项,根据盖斯定律可知,应为ΔH1=-ΔH2-ΔH3,错误。
6.下列的图示与对应的叙述相符的是 ( )
A.图1表示向100mL0.1mol·L-1的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液时n[Al(OH)3]的变化情况
B.图2表示KNO3的溶解度曲线,图中a点表示的溶液通过升温可以得到b点
C.图3表示某一放热反应,若使用催化剂,E1、E2、ΔH都会发生改变
D.图4表示向Na2CO3溶液中滴加稀盐酸时,产生n(CO2)的情况
答案 A 向100mL0.1mol·L-l的AlCl3溶液中滴加1mol·L-1的NaOH溶液时,最初溶液中沉淀量逐渐增多,当滴加到30mL后,沉淀开始溶解,滴加到40mL时沉淀完全溶解,故A正确;a点表示的溶液未饱和,通过添加溶质可以变为b点所示的饱和溶液,故B错误;加催化剂改变了反应的历程,降低反应所需的活化能,但是反应热不变,故C错误;向Na2CO3溶液中滴加稀盐酸时,最初没有CO2气体生成,当全部生成NaHCO3后,再滴加稀盐酸时才有CO2气体生成,故D错误。
7.下列说法正确的是 ( )
A.反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)在一定条件下能自发进行,该反应一定为放热反应
B.可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法延缓钢铁水闸的腐蚀
C.Na2O2与水反应产生1molO2,理论上转移的电子数目约为4×6.02×1023
D.保持温度不变,向稀氨水中缓慢通入CO2,溶液中c(OH-)/c(NH3·H2O)的值增大
答案 B 反应在一定条件下能自发进行,ΔG=ΔH-TΔS<0,该反应的ΔS>0,故反应不一定是放热反应,A错误;作原电池负极或作电解池阳极的金属材料加速被腐蚀,如果采用牺牲阳极的阴极保护法保护钢闸时,钢闸作正极被保护,如果采用外加电流的阴极保护法保护钢闸时,钢闸作阴极被保护,B正确;过氧化钠和水的反应中,过氧化钠一半作氧化剂,另一半作还原剂,生成1mol 氧气时,转移电子的物质的量为1mol×2×[0-(-1)]=2mol,所以转移电子数约为2×6.02×1023,C错误;c(OH-)c(NH3·H2O)=c(OH-)·c(NH4+)c(NH3·H2O)·c(NH4+)=Kbc(NH4+),温度不变,电离平衡常数不变,向稀氨水中通入二氧化碳时,反应生成的铵盐使溶液中铵根离子浓度增大,因此该比值减小,D错误。
8.一定条件下,在水溶液中1molClOx-(x=0,1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.上述离子中结合H+能力最强的是E
B.上述离子中最稳定的是A
C.CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1
D.BA+D的反应物的键能之和小于生成物的键能之和
答案 A A项,酸根离子对应的酸越弱,结合氢离子能力越强,E对应的是ClO4-,HClO4是最强的无机酸,酸根离子结合氢离子能力最弱,错误;B项,据能量越低越稳定原理知,A最稳定,正确;C项,ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(64+60-2×100)kJ·mol-1=-76kJ·mol-1,所以CB+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq)ClO3-(aq)+ClO-(aq) ΔH=-76kJ·mol-1,正确;D项,3ClO-(aq)2Cl-(aq)+ClO3-(aq)的ΔH=(0+64-3×60)kJ·mol-1=-116kJ·mol-1,所以反应物的键能之和小于生成物的键能之和,D正确。
9.N2O和CO是环境污染性气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应原理为N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH,有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.ΔH=ΔH1+ΔH2
B.ΔH=-226kJ/mol
C.该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
D.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2O2+
答案 D 根据盖斯定律可知,ΔH=ΔH1+ΔH2,A项正确;由图可知,ΔH=134kJ/mol-360kJ/mol=-226kJ/mol,B项正确;该反应为放热反应,正反应的活化能小于逆反应的活化能,C项正确;反应过程中Pt2O+和Pt2O2+参与反应后又生成,不需要补充,D项错误。
知识归纳 ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能=反应物键能之和-生成物键能之和。
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