2020届高考化学专题三第10讲化学反应与能量变化课时作业（含解析）

第10讲 化学反应与能量变化

1．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

解析：D　[A.根据反应过程示意图，过程Ⅰ中水分子中的化学键断裂的过程为吸热过程，故A错误；B.过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气，H2中的化学键为非极性键，故B错误；C.催化剂不能改变反应的ΔH，故C错误；D.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的过程，过程Ⅲ中形成了水分子，因此H2O均参与了反应过程，故D正确。]

2．N2O和CO是环境污染性气体，可在Pt2O＋表面转化为无害气体，其反应为N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH，有关化学反应的物质变化过程(图甲)及能量变化过程(图乙)如下：

下列说法正确的是(　　)

A．由图甲可知：ΔH1＝ΔH＋ΔH2

B．由图乙可知：ΔH＝－226 kJ·mol－1

C．为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O＋和Pt2O

D．由图乙可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能

解析：B　[①N2O(g)＋Pt2O＋(s)===Pt2O(s)＋N2(g)　ΔH1，②Pt2O(s)＋CO(g)===Pt2O＋(s)＋CO2(g)　ΔH2，结合盖斯定律计算①＋②得到Na2O(g)＋CO(g)===CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A错误；由图乙分析可知，反应物能量高于生成物的能量，反应为放热反应，反应焓变ΔH＝134 kJ·mol－1－360 kJ·mol－1＝－226 kJ·mol－1，B正确；反应过程中Pt2O＋和Pt2O参与反应后又生成，不需要补充，C错误；正反应的活化能(E1＝134 kJ·mol－1)小于逆反应的活化能(E2＝360 kJ·mol－1)，D错误。]

3．下列依据热化学方程式得出的结论正确的是(　　)

A．若S(单斜，s)===S(斜方，s)

ΔH＝－0.33 kJ·mol－1，则单斜硫比斜方硫稳定

B．若2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－2 687.2 kJ·mol－1，则C2H2(g)的燃烧热

ΔH＝－1 343.6 kJ·mol－1

C．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则NaOH(s)与稀盐酸完全中和生成1 mol H2O(l)时，放出57.3 kJ的热量

D．已知2H2S(g)＋O2(g)===2S(g)＋2H2O(l)　ΔH1；

2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2，则ΔH1＜ΔH2

解析：B　[单斜硫转化为斜方硫的反应为放热反应，说明等质量的斜方硫能量比单斜硫的低，能量越低的物质越稳定，A项错误；燃烧热为1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，B项正确；NaOH固体溶于水放热，C项错误；物质完全燃烧时放热更多，而比较ΔH1和ΔH2时要带上正负号比较，D项错误。]

4．利用图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置(连通的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。

下列推断正确的是(　　)

A．2H2O2(l)2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＞0

B．N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＞0

C．烧瓶A中气体颜色比烧瓶B中的深

D．2 mol NO2(g)的总能量低于1 mol N2O4(g)的总能量

解析：B　[由图(a)可知，H2O2的分解反应是放热反应，即ΔH＜0，A项错误；由图(b)知，NO2生成N2O4时放出热量。则N2O4分解时吸收热量，B项正确；对于图(c)，因为NO2呈红棕色，B对应烧杯中水的温度较高，促进平衡2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0向左移动，故烧瓶B中气体颜色加深，C项错误。根据图(b)知，2 mol NO2(g)的总能量高于1 mol N2O4(g)的总能量，D项错误。]

5．已知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1

②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2

③S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3

④S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4

⑤4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)　ΔH5

⑥4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH6

以下表述不正确的是(　　)

A．ΔH1＜ΔH2　　　　　 B．ΔH3＞ΔH4

C．ΔH5＜ΔH6  D．ΔH5＞ΔH6

解析：D　[能量：H2O(l)＜H2O(g)，燃烧为放热反应，生成H2O(l)时放热较多，故ΔH1＜ΔH2，A项正确；能量；S(s)＜S(g)，燃烧为放热反应，S(g)燃烧放出热量较多，故ΔH3＞ΔH4，B项正确；⑤－⑥可得铝与Fe2O3的铝热反应方程式，铝热反应是放热反应，即ΔH5－ΔH6＜0，故ΔH5＜ΔH6，C项正确，D项错误。]

6．三效催化剂是最为常见的汽车尾气催化剂，其催化剂表面物质转化的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．转化过程中，氮元素均被还原

B．依据图示判断催化剂不参与储存和还原过程

C．还原过程中生成0.1 mol N2，转移电子数为0.5 mol

D．三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化

解析：D　[根据图中信息可知，NOx被氧气氧化得到硝酸盐，硝酸盐还原产生氮气，A项错误；催化剂参与储存和还原过程，反应前后质量和化学性质不变，B项错误；还原过程中氮元素从＋5价降为0价，生成0.1 mol N2，转移电子数为1.0 mol，C项错误；三效催化剂能有效实现汽车尾气中CO、CxHy、NOx三种成分的净化，转化为无污染的气体再排放，D项正确。]

7．碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)

A．碳是构成有机物的主要元素

B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程

C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一

D．石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志

解析：D　[有机物中一定含有碳元素，A项正确；光合作用是利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程，B项正确；化石燃料大量燃烧生成的二氧化碳和烃类，均能产生温室效应，C项正确；乙烯的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志，D项错误。]

8．根据Ca(OH)2/CaO体系的能量循环图，下列说法正确的是(　　)

A．ΔH5＞0

B．ΔH1＋ΔH2＝0

C．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0

解析：D　[水由510 ℃的气态变为25 ℃的液态放热，ΔH5＜0，A项错误；由图可知，有关ΔH1与ΔH2的反应进行时，反应物与生成物的温度不同，ΔH1＋ΔH2≠0，B项错误；由图可知，ΔH3＞0，ΔH4＜0，ΔH5＜0，所以ΔH3≠ΔH4＋ΔH5，C项错误；根据能量守恒定律，ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝0，D项正确。]

9．CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：

①CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1；

②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1；

③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)

ΔH3＝c kJ·mol－1。

下列说法正确的是(　　)

A．ΔH1＞0

B．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝－2b kJ·mol－1

C．CO2与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%

D．2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)　ΔH＝(2a＋4b－c) kJ·mol－1

解析：D　[燃烧为放热反应，ΔH1＜0，A项错误；反应②中水的状态为气态，B项错误；原子利用率为100%是指反应物的原子全部转化到目标产物中，C项错误；根据盖斯定律①×2＋②×4－③得：2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)　ΔH＝(2a＋4b－c) kJ·mol－1，D项正确。]

10．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·mol－1，V2O5存在时，该反应机理为V2O5＋SO2―→2VO2＋SO3(快)；4VO2＋O2―→2V2O5(慢)。

下列说法正确的是(　　)

A．反应速率主要取决于V2O5的质量

B．VO2是该反应的催化剂

C．逆反应的活化能大于198 kJ·mol－1

D．升高温度，该反应的ΔH增大

解析：C　[V2O5是固体，该反应速率取决于第二步反应，A项错误；V2O5为催化剂，B项错误；反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，故逆反应的活化能大于198 kJ·mol－1，C项正确；温度不影响反应热，D项错误。]

11．(2019·河北衡水期中)已知：①CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH1；②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH2。

下列推断正确的是(　　)

A．若CO的燃烧热为ΔH3，则H2的燃烧热为ΔH3－ΔH1

B．反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝ΔH2－ΔH1

C．若反应②的反应物总能量低于生成物总能量，则ΔH2＜0

D．若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多，则ΔH1＞0

解析：B　[若CO的燃烧热为ΔH3，则③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3，根据盖斯定律，③－①得H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH4＝ΔH3－ΔH1，但生成的水不是液态，故H2的燃烧热不是ΔH3－ΔH1，A错误；根据盖斯定律，由②－①得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝ΔH2－ΔH1，B正确；若反应②的反应物总能量低于生成物总能量，则该反应为吸热反应，ΔH2＞0，C错误；若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多，则ΔH3＜ΔH4，ΔH1＝ΔH3－ΔH4＜0，D错误。]

12．已知：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－x kJ·mol－1。蒸发1 mol H2O(l)需要吸收的热量为44 kJ，其他相关数据如下表：

则表中z(用x、a、b、d表示)的大小为(　　)

A.

B.

C.

D.

解析：A　[由题给条件可得6H2O(l)===6H2O(g)　ΔH＝＋264 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将此式与题干中热化学方程式相加得4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－(x－264) kJ·mol－1，依据键能与反应热的关系可得4a＋5b－(4z＋6d)＝－(x－264)，解得z＝，A项正确。]

13．氨在工农业生产中应用广泛。在压强为30 MPa时，合成氨时平衡混合气体中NH3的体积分数与温度的关系如表所示：

请回答下列问题：

(1)根据表中数据，结合化学平衡移动原理，说明合成氨反应是放热反应的原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)据图写出合成氨反应的热化学方程式：_______________________________

________________________________________________________________________。

(3)将1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量________(填“大于”“等于”或“小于”)92.2 kJ，原因是____________

________________________________________________________________________；

若加入催化剂，ΔH＝________(填“变大”“不变”或“变小”)。

(4)已知分别破坏1 mol N≡N键、1 mol H—H键时需要吸收的能量为946 kJ、436 kJ，则破坏1 mol N—H键需要吸收的能量为________kJ。

(5)N2H4可视为NH3分子中的H被—NH2取代的产物。发射卫星时以N2H4(g)为燃料、NO2为氧化剂，二者反应生成N2和H2O(g)。

已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)

ΔH1＝＋67.7 kJ·mol－1

N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH2＝－534 kJ·mol－1

则1 mol N2H4与NO2完全反应的热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(3)合成氨的反应是可逆反应，1 mol N2(g)和3 mol H2(g)不能完全反应生成2 mol NH3(g)，故测得反应放出的热量小于92.2 kJ。

(4)设破坏1 mol N—H键需吸收的能量为x kJ，则946＋436×3－6x＝－92.2，x≈391。

(5)N2H4和NO2反应的化学方程式为N2H4(g)＋NO2(g)===N2(g)＋2H2O(g)，依据盖斯定律可得此反应的ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－567.85 kJ·mol－1。

答案：(1)温度升高，平衡向吸热反应方向移动，因氨在混合气体中的体积分数减小，故正反应是放热反应

(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.2 kJ·mol－1

(3)小于　该反应是可逆反应，反应物不能全部转化为生成物　不变

(4)391

(5)N2H4(g)＋NO2(g)===N2(g)＋2H2O(g)

ΔH＝－567.85 kJ·mol－1

14．根据已知热化学方程式写出下列变化的热化学方程式：

(1)用H2或CO催化还原NO可达到消除污染的目的。

已知：①2NO(g)===N2(g)＋O2(g)

ΔH＝－180.5 kJ·mol－1

②2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)

ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1

则用H2催化还原NO消除污染的热化学方程式是__________________________

________________________________________________________________________。

(2)将H2与CO2以4∶1的体积比混合，在适当的条件下制得CH4。已知：

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是__________________

________________________________________________________________________。

(3)已知：

①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1

②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1

③S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q3 kJ·mol－1

工业上常用CO将SO2还原为单质硫，该反应的热化学方程式是________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据盖斯定律，由①－②即得2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－752.1 kJ·mol－1。

(2)利用盖斯定律，由4×②－①得CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。

(3)SO2与CO反应的化学方程式为SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)，运用盖斯定律，由2×②－③－①即得该反应的ΔH＝(Q1－2Q2＋Q3) kJ·mol－1。

答案：(1)2H2(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－752.1 kJ·mol－1

(2)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－252.9 kJ·mol－1

(3)SO2(g)＋2CO(g)===S(s)＋2CO2(g)

ΔH＝(Q1－2Q2＋Q3) kJ·mol－1