【23版一轮练习系列】(十七)　化学能与热能

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23一轮练测—01老高考化学(十七)　化学能与热能

一、选择题(本题包括8个小题，每小题只有一个选项符合题意)
1．(2021·无锡模拟)以太阳能为热源分解Fe3O4，经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A.过程Ⅰ中的能量转化形式是太阳能→化学能
B.过程Ⅰ中每消耗116 g Fe3O4转移2 mol电子
C.过程Ⅱ的化学方程式为3FeO＋H2OFe3O4＋H2↑
D.铁氧化合物循环制H2具有节约能源、产物易分离等优点
【详解】B　过程Ⅰ中Fe3O4转化为O2和FeO，每消耗 116 g Fe3O4(即0.5 mol)，铁元素的化合价由＋3价→＋2价，故转移1 mol电子，B错误。
2．根据下图所得判断正确的是(　　)

已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ·mol－1
A.图1反应为吸热反应
B.图1反应使用催化剂时，会改变其ΔH
C.图2中若H2O的状态为液态，则能量变化曲线可能为①
D.图2中反应为CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1
【详解】D　由图1曲线变化可知，反应物的总能量比生成物的总能量高，故该反应为放热反应，A项错误；催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应的焓变，B项错误；结合图1和图2可得出热化学方程式：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1，D项正确；由已知信息及D项分析中的热化学方程式，结合盖斯定律可得：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(l)　ΔH＝－3 kJ·mol－1，该反应为放热反应，而图2中的曲线①表示的是吸热反应，C项错误。
3．25 ℃、101 kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ·mol－1，辛烷的燃烧热为5 518 kJ·mol－1。下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A.2H＋(aq)＋SO(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
B.KOH(aq)＋H2SO4(aq)===K2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
C.C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
D.2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1
【详解】B　A项，所列热化学方程式中有两个错误，一是中和热是指反应生成1 mol H2O(l)时的反应热，二是当有BaSO4沉淀生成时，反应放出的热量会增加，生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ，错误；C项，燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，产物中的水应为液态，错误；D项，当2 mol辛烷完全燃烧时，产生的热量为11 036 kJ，且辛烷应为液态，错误。
4．(2020·北京高考)依据图示关系，下列说法不正确的是(　　)

A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧，全部转化为CO2，前者放热多
C.C(石墨)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2
D.化学反应的ΔH，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关
【详解】C　所有的燃烧都是放热反应，根据图示，C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，ΔH1<0，则石墨燃烧是放热反应，故A正确；根据图示，C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，根据反应可知都是放热反应，1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧，全部转化为CO2，1 mol C(石墨)放热多，故B正确；根据B项分析，①C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1，②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，根据盖斯定律，①－②×2可得：C(石墨)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝ΔH1－2ΔH2，故C错误；根据盖斯定律可知，化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，故D正确。
5．已知：
H2O(g)===H2O(l)　ΔH1
C6H12O6(g)===C6H12O6(s)　ΔH2
C6H12O6(s)＋6O2(g)===6H2O(g)＋6CO2(g)　ΔH3
C6H12O6(g)＋6O2(g)===6H2O(l)＋6CO2(g)　ΔH4
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<ΔH4
B.6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
C.－6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
D.－6ΔH1＋ΔH2－ΔH3＋ΔH4＝0
【详解】B　把题给热化学方程式依次编号为①、②、③、④，由气体转化为液体或固体时释放能量知，ΔH1<0，ΔH2<0，由③－④得：C6H12O6(s)＋6H2O(l)===C6H12O6(g)＋6H2O(g)　ΔH＝ΔH3－ΔH4＝－ΔH2－6ΔH1，因ΔH1<0，ΔH2<0，则ΔH>0，可得ΔH3>ΔH4，A项错误；由ΔH3－ΔH4＝－ΔH2－6ΔH1可知，6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0，B项正确，C、D项错误。
6．下列描述中，正确的是(　　)
A.由CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1，可知乙醇的燃烧热为1 366.8 kJ·mol－1
B.已知：C(金刚石，s)===C(石墨，s)　ΔH<0，则金刚石比石墨稳定
C.已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　
ΔH＝＋180 kJ·mol－1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　
ΔH＝－566 kJ·mol－1
则2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　
ΔH＝－746 kJ·mol－1
D.OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，故1 mol HNO3与1 mol NH3·H2O完全反应，放出的热量一定为57.3 kJ·mol－1
【详解】C　表示燃烧热时燃烧产物应该是稳定氧化物，水应为液态，故A错误；能量越低越稳定，石墨比金刚石稳定，故B错误；①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJ·mol－1　②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1，依据盖斯定律计算②－①得到2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746 kJ·mol－1，故C正确；NH3·H2O是弱电解质，电离时要吸热，反应中放出的热量小于57.3 kJ，故D错误。
7．用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：
Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)
ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)
ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　
ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中，Cu与H2O2反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于(　　)
A.－319.68 kJ·mol－1 B．－417.91 kJ·mol－1
C.－448.46 kJ·mol－1 D．＋546.69 kJ·mol－1
【详解】A　①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)
ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)
ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
根据盖斯定律，将①＋×②＋③，整理可得：Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol－1，故合理选项是A。
8．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·mol－1
反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g)
ΔH2＝－41.8 kJ·mol－1

下列说法不正确的是(　　)
A.图1所示过程①是放热反应、②是吸热反应
B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图2所示
C.断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量大于形成1 mol N2(g)和4 mol 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·mol－1
【详解】C　图1所示过程①发生的反应是Ⅰ，为放热反应，过程②是NH3(g)的分解反应，是吸热反应，A正确；反应Ⅱ是放热反应，图2所示的能量过程示意图正确，B正确；由于反应Ⅰ为放热反应，因此，断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量，C错误；根据盖斯定律，Ⅰ－2×Ⅱ得，N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1，D正确。
二、非选择题(本题包括3个小题)
9．(2021·河北高考·节选)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，因此，研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
(1)大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时，相关物质的燃烧热数据如下表：

物质
H2(g)
C(石墨，s)
C6H6(l)
燃烧热
ΔH/(kJ·mol－1)
－285.8
－393.5
－3 267.5

则25 ℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为______________________
__________________________________________________。
(2)在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H＋电还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图。由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为____________(用a、b、c字母排序)。


【详解】(1)由题给燃烧热数据可得，①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1，②C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1，③C6H6(l)＋O2(g)===6CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－3 267.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，目标方程式可由3×①＋6×②－③得到，其ΔH＝(－285.8 kJ·mol－1)×3＋(－393.5 kJ·mol－1)×6－(－3 267.5 kJ·mol－1)＝＋49.1 kJ·mol－1，故H2(g)与C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1。(2)最大能垒越小，反应越容易发生，结合题图(a)知CO2电还原为CO从易到难的顺序为cab。
【答案】(1)3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1　(2)cab
10．(1)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH>0，则稳定性：金刚石________(填“>”或“<”)石墨。
(2)已知：2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)　ΔH1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2
则ΔH1________(填“>”或“<”)ΔH2。
(3)火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，二者反应生成氮气和气态水。已知：
①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g)
ΔH＝＋10.7 kJ·mol－1
②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－543 kJ·mol－1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式：_________________________________
________________________________________________________________________。
(4)25 ℃、101 kPa时，14 g CO在足量的O2中充分燃烧，放出141.3 kJ热量，则CO的燃烧热为ΔH＝________。
(5)0.50 L 2.00 mol·L－1H2SO4溶液与2.10 L 1.00 mol·L－1 KOH溶液完全反应，放出114.6 kJ热量，该反应的中和热ΔH＝________。
(6)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N 键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式是___________________________
________________________________________________________________________。
【详解】(1)已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH>0，说明该反应是吸热反应，因此石墨的总能量低于金刚石的总能量，而能量越低，物质越稳定，故稳定性：金刚石<石墨。
(2)ΔH1表示碳完全燃烧的反应热，ΔH2表示碳不完全燃烧的反应热，碳完全燃烧放热多，且放热越多ΔH越小。因此，ΔH1<ΔH2。
(3)根据盖斯定律，由2×②－①得：
2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝2×(－543 kJ·mol－1)－(＋10.7 kJ·mol－1)＝－1 096.7 kJ·mol－1。
(4)25 ℃、101 kPa时，14 g CO在足量的O2中充分燃烧，放出141.3 kJ的热量，则1 mol CO(即28 g CO)完全燃烧放出的热量是141.3 kJ×2＝282.6 kJ，即CO的燃烧热ΔH＝－282.6 kJ·mol－1。
(6)N2与H2反应生成NH3的热化学方程式可表示为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝E(N≡N)＋3E(H—H)－2×3E(N—H)＝946 kJ·mol－1＋3×436 kJ·mol－1－6×391 kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1。
【答案】(1)<　(2)<
(3)2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1
(4)－282.6 kJ·mol－1
(5)－57.3 kJ·mol－1
(6)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　
ΔH＝－92 kJ·mol－1
11．(2022·三明模拟)(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1
反应Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)
ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1
总反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－86.98 kJ·mol－1
则反应Ⅰ的ΔH1＝________ kJ·mol－1。
(2)氢气可将CO2还原为甲烷，反应为CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)。ShyamKattel等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 催化剂表面用“·”标注，Ts表示过渡态。物质吸附在催化剂表面，形成过渡态的过程会________(填“放出热量”或“吸收热量”)；反应历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为_______________________________。

(3)已知CO(g)、CH4(g)、CH3CHO(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol－1、890.31 kJ·mol－1、1 167.9 kJ·mol－1，则乙醛的分解反应CH3CHO(l)CH4(g)＋CO(g)的ΔH＝________。
【详解】(1)根据盖斯定律，Ⅰ＋Ⅱ得总反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－86.98 kJ·mol－1，所以ΔH1＝－86.98 kJ·mol－1－72.49 kJ·mol－1＝－159.47 kJ·mol－1。(2)根据图像可知，吸附态的能量小于过渡态，所以物质吸附在催化剂表面，形成过渡态的过程会吸收热量；活化能最小的过程是·CO＋·OH＋·H＋3H2(g)生成·CO＋3H2(g)＋H2O(g)，反应方程式是·OH＋·H===H2O(g)。(3)已知CO(g)、CH4(g)、CH3CHO(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol－1、890.31 kJ·mol－1、1 167.9 kJ·mol－1，分别写出燃烧热的热化学方程式，再用第3个的热化学方程式减去第1个和第2个的热化学方程式，则乙醛的分解反应CH3CHO(l)CH4(g)＋CO(g)的ΔH＝－1 167.9 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)－(－890.31 kJ·mol－1)＝＋5.41 kJ·mol－1。
【答案】(1)－159.47　(2)吸收热量　·OH＋·H===H2O(g)　(3)＋5.41 kJ·mol－1