2024届人教版高考化学一轮复习专题九化学反应的热效应十年高考题作业含答案

这是一份2024届人教版高考化学一轮复习专题九化学反应的热效应十年高考题作业含答案，共24页。试卷主要包含了氢卤酸的能量关系如图所示，下列说法正确的是，最新报道等内容，欢迎下载使用。

1.(2022湖南,12,4分)(双选)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如下图所示:
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是 ( )
A.进程Ⅰ是放热反应
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
答案 AD A项,由题图可知,进程Ⅰ反应物的总能量比生成物的总能量高,为放热反应,正确;B项,从Ⅱ中可看出S+X→P+X,X为催化剂,只改变反应的速率,对产率没有影响,错误;C项,从Ⅱ和Ⅲ可看出,进程Ⅱ的活化能比进程Ⅲ的小,所以生成P的速率:Ⅱ>Ⅲ,错误;D项,由题图可知,反应所得产物为P·Z,Z参与反应,没有催化作用,正确。
2.(2022浙江1月选考,18,2分)相关有机物分别与氢气发生加成反应生成1 ml环己烷()的能量变化如图所示:
下列推理不正确的是( )
A.2ΔH1≈ΔH2,说明碳碳双键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目成正比
B.ΔH2<ΔH3,说明单双键交替的两个碳碳双键间存在相互作用,有利于物质稳定
C.3ΔH1<ΔH4,说明苯分子中不存在三个完全独立的碳碳双键
D.ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,说明苯分子具有特殊稳定性
答案 A A项,中也含有2个碳碳双键,而2ΔH1<ΔH3,说明碳碳双键加氢放出的热量与碳碳双键数目不一定成正比,错误;B项,与加氢分别生成时,ΔH2<ΔH3,说明稳定性较强,对比二者结构知,单双键交替的两个碳碳双键之间存在有利于物质稳定的相互作用,正确;C项,若是苯分子中存在三个完全独立的碳碳双键,则存在3ΔH1=ΔH4,正确;D项,→→,能量先升高后又略降低,说明苯分子具有特殊稳定性,正确。
3.(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·ml-1B.377kJ·ml-1
C.235kJ·ml-1D.197kJ·ml-1
答案 A 从图中信息可知C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-75kJ·ml-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·ml-1,则(717+864)kJ·ml-1-4xkJ·ml-1=-75kJ·ml-1,解得x=414,A正确。
4.(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。
5.(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1mlH—X键放出akJ能量,则该条件下ΔH2=akJ·ml-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·ml-1,则ΔH2=
akJ·ml-1,故D正确。
6.(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.3mlH2与1mlN2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3mlH2与1mlN2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。
7.(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·ml-1B.-3.8×104kJ·ml-1
C.3.4×104kJ·ml-1D.-3.4×104kJ·ml-1
答案 D 燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ,则1ml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×8841 000≈3.4×104kJ,所以ΔH=-3.4×104kJ·ml-1。
8.(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。
9.(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+)10.(2015北京理综,9,6分)最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
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。
11.(2015海南单科,4,2分)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·ml-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.55kJB.220kJC.550kJD.1108kJ
答案 A 由丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·ml-1,可写出其燃烧的热化学方程式:C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215kJ·ml-1,丙烷完全燃烧产生1.8g水放出的热量为(2215kJ·ml-1÷4)×
0.1ml≈55kJ。
12.(2022浙江6月选考,27,4分)联合生产是化学综合利用资源的有效方法。煅烧石灰石反应:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH=1.8×102 kJ·ml-1,石灰石分解需要的能量由焦炭燃烧提供。将石灰石与焦炭按一定比例混合于石灰窑中,连续鼓入空气,使焦炭完全燃烧生成CO2,其热量有效利用率为50%。石灰窑中产生的富含CO2的窑气通入氨的氯化钠饱和溶液中,40%的CO2最终转化为纯碱。已知:焦炭的热值为30 kJ·g-1(假设焦炭不含杂质)。
请回答:
(1)每完全分解100 kg石灰石(含CaCO3 90%,杂质不参与反应),需要投料 kg焦炭。
(2)每生产106 kg纯碱,同时可获得 kg CaO(列式计算)。
答案 (1)10.8
(2)70
由(1)计算可知参与反应的CaCO3和焦炭的物质的量之比为1∶1,因此
m(CaO)=106 kg×56 g·ml-1106 g·ml-1×40%×2=70 kg
解析 (1)分解100 kg石灰石需要的热量为100×103×90% g100 g·ml-1×1.8×102 kJ·ml-1=1.62×105 kJ;焦炭燃烧产生的热量有效利用率为50%,则需要焦炭的质量为1.62×105kJ30 kJ·g-1×50%=10 800 g=10.8 kg。
13.[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
1.(2022江苏,6,3分)周期表中ⅣA族元素及其化合物应用广泛。甲烷具有较大的燃烧热(890.3 kJ·ml-1),是常见燃料;Si、Ge是重要的半导体材料,硅晶体表面SiO2能与氢氟酸(HF,弱酸)反应生成H2SiF6(H2SiF6在水中完全电离为H+和SiF62-);1885年德国化学家将硫化锗(GeS2)与H2共热制得了门捷列夫预言的类硅—锗。我国古代就掌握了青铜(铜—锡合金)的冶炼、加工技术,制造出许多精美的青铜器;Pb、PbO2是铅蓄电池的电极材料,不同铅化合物一般具有不同颜色,历史上曾广泛用作颜料。下列化学反应表示正确的是( )
A.SiO2与HF溶液反应:SiO2+6HF 2H++SiF62-+2H2O
B.高温下H2还原GeS2:GeS2+H2 Ge+2H2S
C.铅蓄电池放电时的正极反应:Pb-2e-+SO42- PbSO4
D.甲烷的燃烧:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) ΔH=890.3 kJ·ml-1
答案 A H2SiF6为二元强酸,A正确;氢原子数不守恒,B错误;Pb-2e-+SO42- PbSO4为铅蓄电池放电时的负极反应,正极反应为PbO2+SO42-+4H++2e- PbSO4+2H2O,C错误;甲烷燃烧为放热反应,ΔH<0,且表示燃烧热时,H2O为液态,D错误。
解题技巧 电极反应式正误判断,主要从以下几个角度分析:一看得电子还是失电子,二看电荷是否守恒,三看电解质溶液的酸碱性是否符合要求。
2.(2022浙江6月选考,18,2分)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
可根据HO(g)+HO(g) H2O2(g)计算出H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml-1。下列说法不正确的是( )
A.H2的键能为436 kJ·ml-1
B.O2的键能大于H2O2中氧氧单键的键能的两倍
C.解离氧氧单键所需能量:HOOD.H2O(g)+O(g) H2O2(g) ΔH=-143 kJ·ml-1
答案 C H(g)+H(g) H2(g) ΔH=(0-218×2)kJ·ml-1=-436 kJ·ml-1,故H2的键能为436 kJ·ml-1,A正确;同理,O2的键能为498 kJ·ml-1,H2O2中氧氧单键的键能为214 kJ·ml-1,B正确;根据题中计算H2O2中氧氧单键的键能的计算方法可得,HOO中氧氧单键的键能为278 kJ·ml-1,C不正确;H2O(g)+O(g) H2O2(g) ΔH=[-136-(-242+249)]kJ·ml-1=-143 kJ·ml-1,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·ml-1
②焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=131.3kJ·ml-1
③甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=206.1kJ·ml-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·ml-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·
ml-1,故正确。
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·ml-1
已知:碳的燃烧热ΔH1=akJ·ml-1
S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·ml-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s)ΔH3=ckJ·ml-1
则x为( )
A.3a+b-cB.c-3a-bC.a+b-cD.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·ml-1
②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=bkJ·ml-1
③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=ckJ·ml-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·ml-1=(3a+b-c)kJ·ml-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<0B.ΔH2>0,ΔH4>0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.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·ml-1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220kJ·ml-1
H—H、OO和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·ml-1,则a为( )
A.-332B.-118C.+350D.+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·ml-1,代入相关数据得:(2×436+496)-4×462=-(220+2a),解得a=+130,D项正确。
7.(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:1mlS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1mlF—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/mlB.-1220kJ/mlC.-450kJ/mlD.+430kJ/ml
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/ml=
-1220kJ/ml。
8.(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·ml-1
Ⅱ C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH2=177kJ·ml-1
Ⅲ C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH4=41kJ·ml-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·ml-1-(-242kJ·ml-1)=-44kJ·ml-1。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算ΔH3= kJ·ml-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·ml-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·ml-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:
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·ml-1×4+0kJ·ml-1×3)-[-84kJ·ml-1+(-393kJ·ml-1×2)]=430kJ·ml-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·ml-1,故第一步反应的生成物总能量为-341kJ·ml-1,且活化能小于210kJ·ml-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·ml-1,再结合反应Ⅳ的ΔH4=41kJ·ml-1,可知生成物总能量为-300kJ·
ml-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。
9.(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:
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·ml-1
2AlCl3(g)2Al(s)+3Cl2(g) ΔH2=+1169.2kJ·ml-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·ml-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·ml-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。
10.(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/ml
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/ml
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/ml
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/ml
(5)FeS2+4Li++4e-Fe+2Li2S或FeS2+4e-Fe+2S2-
(6)0.0118ab-0.646c或29ab2 450-1 131c1 750
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/ml ①,C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393kJ/ml ②,2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ/ml 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/ml。
(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%×10356ml=6cml;浸取烧渣中Fe2O3时消耗n(H2SO4)=32n(Fe3+)=32×6cml=
9cml;浸取液中加入活化硫铁矿还原Fe3+过程中生成n(H2SO4)=814n(Fe3+)=814×6cml=3.43cml;加入FeCO3调pH时,发生反应:FeCO3+H2SO4FeSO4+H2O+CO2↑,故n(FeCO3)=n(H2SO4)=a·b%×1 00098ml-
9cml+3.43cml=(0.102ab-5.57c)ml,即m(FeCO3)=(0.102ab-5.57c)ml×116g·ml-1=(11.8ab-646c)g=
(0.0118ab-0.646c)kg。
11.(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·ml-1、
-283.0kJ·ml-1和-726.5kJ·ml-1。请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10ml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)=nAtAml·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1mlCO2和3mlH2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1ml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·ml-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10ml水消耗的能量在数值上等于10mlH2(g)完全燃烧时所放出的热量:10ml×285.8kJ·
ml-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/ml1300
变化量/mlα3ααα
平衡量/ml1-α3-3ααα
可得反应后与反应前压强比为1-α+3-3α+α+α1+3=1-α2。
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。
12.(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·ml-1
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=247.4kJ·ml-1
2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=169.8kJ·ml-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·ml-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。
物质(g)
O
H
HO
HOO
H2
O2
H2O2
H2O
能量/kJ·
ml-1
249
218
39
10
0
0
-136
-242
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
FeCl2
沸点/℃
57.6
180(升华)
300(升华)
1023