还剩7页未读，
继续阅读
2021版高考化学一轮复习课时分层提升练十八化学能与热能（含解析）新人教版
展开
化学能与热能
一、选择题
1.2019年6月5日是第48个世界环境日,下列有关环境和能源的说法不正确的是 ( )
A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”
B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料
C.如图,甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想
D.让煤变成合成气,把煤“吃干榨尽”,实现了煤的清洁、高效利用
【解析】选B。太阳能、地热能、生物质能和核聚变能是“新能源”,A项正确;“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量,B项错误;从题图分析,HCl循环利用,排出的水无污染,符合“节能减排”思想,C项正确;让煤变成合成气,能提高能源利用率,节能减排,D项正确。
2.(2019·浙江省学业水平考试)反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的能量变化如图所示。已知:断开1 mol N2(g)中化学键需吸收946 kJ能量,断开1 mol O2(g)中化学键需吸收498 kJ能量。
下列说法正确的是 ( )
A.N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=-180 kJ·mol-1
B.NO(g)N2(g)+O2(g)
ΔH=+90 kJ·mol-1
C.断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量
D.形成1 mol NO(g)中化学键可释放90 kJ能量
【解析】选C。A项该反应为吸热反应,N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1,故A错误;B项正反应为吸热反应,逆反应则为放热反应,则NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-90 kJ·mol-1,故B错误;C项反应热等于反应物键能之和减去生成物的键能之和,ΔH=[(946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1)-2×E(N-O)]= +180 kJ·mol-1,E(N- O)=632 kJ·mol-1,则断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量,故C正确;D错误。
3.我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应:CO(g) +H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率,预计在工业化生产中发挥巨大作用。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.图示显示:起始时的2个H2O最终都参与了反应
B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程
C.过程Ⅲ只生成了极性共价键
D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
【解析】选A。根据反应过程示意图,过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ中另一个水分子中的化学键断裂,过程Ⅲ中形成了新的水分子,因此起始时的2个H2O最终都参与了反应,A项正确;根据反应过程示意图,过程Ⅰ、Ⅱ是水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,B项错误;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,C项错误;催化剂不能改变反应的ΔH,D项错误。
4.(2019·海南高考)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414 kJ·mol-1 B.377 kJ·mol-1
C.235 kJ·mol-1 D.197 kJ·mol-1
【解析】选A。由图示可以得出:C(s) + 2H2(g)CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1,该反应的ΔH= 717 + 864-4∑(C—H) = -75(kJ·mol-1),解得,∑(C—H) =
414 kJ·mol-1,A项正确。
5.已知:
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1①
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1②
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1③
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-(a+44) kJ·mol-1④
则3 mol CH4气体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O时的ΔH是 ( )
A.-1 214 kJ·mol-1 B.-1 038 kJ·mol-1
C.-1 557 kJ·mol-1 D.-1 840 kJ·mol-1
【解析】选C。3 mol CH4气体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O,由盖斯定律,[(②×2-①)+(③-④)×4]×得:3CH4(g)+O2(g)3CO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 557 kJ·mol-1。
【加固训练】
科学家已获得极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体,与白磷分子(如图所示)相似。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量,形成1 mol N≡N三键放出941 kJ 热量,则 ( )
A.N4分子中含有4个N—N键
B.1 mol N4气体转化为N2时需要吸收724 kJ能量
C.N4是N2的同位素
D.1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量
【解析】选D。N4分子中含有6个N—N键,故A错误;1 mol N4气体转化为N2时能量变化为(193×6-941×2)kJ=-724 kJ,放出724 kJ能量,故B错误;N4和N2是氮元素的同素异形体,故C错误;1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量,故D正确。
二、非选择题
6.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据图回答下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是______________________。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是______________________。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3=________,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4_______ ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
【解析】(1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热,结合图象可知, PCl3与反应物P和Cl2的能量差值为306 kJ,因此该热化学反应方程式为:P(s) +Cl2(g)PCl3(g) ΔH=-306 kJ·mol-1。(2)根据图象可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93 kJ,因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为:PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。(3)根据盖斯定律求得:ΔH3=-399 kJ·mol-1。且ΔH3=ΔH4,反应热与反应的途径无关,只与起始物质、最终物质的状态有关。
答案:(1)Cl2(g)+P(s)PCl3(g)
ΔH=-306 kJ·mol-1
(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
一、选择题
1.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1)及能量变化过程(图2)如下:
下列说法正确的是 ( )
A.由图1可知ΔH1=ΔH+ΔH2
B.由图2可知ΔH=-226 kJ·mo
C.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2
D.由图2可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
【解析】 选B。 A项,由图1知,N2O(g)N2(g) ΔH1,CO(g)CO2(g) ΔH2,由盖斯定律可得,ΔH=ΔH1+ΔH2,错误;B项,由图2知,反应物为N2O(g)+CO(g),生成物为CO2(g)+N2(g),ΔH=134 kJ·mo-360 kJ·mo=-226 kJ·mol-1,正确;C项,由图1知,Pt2O+是催化剂,转化过程中无需向反应器中补充,错误;D项,由图2知,该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能,错误。
2.合成氨原料中的H2可用甲烷在高温条件下与水蒸气反应制得。部分1 mol物质完全燃烧生成常温下稳定氧化物的ΔH数据如下表:
物质
ΔH(kJ·mol-1)
H2(g)
-285.8
CO(g)
-283.0
CH4(g)
-890.3
已知1 mol H2O(g)转变生成1 mol H2O(l)时放出热量44.0 kJ。下列CH4和水蒸气在高温下反应得到H2和CO的热化学方程式正确的是 ( )
A.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH1=+206.1 kJ·mol-1
B.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH2=-206.1 kJ·mol-1
C.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH3=+365.5 kJ·mol-1
D.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH4=-365.5 kJ·mol-1
【解析】选A。根据提供信息可以写出下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH2=-283.0 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-890.3 kJ·mol-1
④H2O(g)H2O(l) ΔH4=-44.0 kJ·mol-1
根据盖斯定律,由③+④-②-①×3可得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=
ΔH3+ΔH4-ΔH2-ΔH1×3=-890.3 kJ·mol-1-44.0 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1+
285.8 kJ·mol-1×3=206.1 kJ·mol-1。
3.有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是 ( )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
【解析】选C。2H2O2H2↑+O2↑是吸热反应,说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输,所以氢能源利用并未普及,但发展前景广阔。
4.在298 K、1.01×105 Pa下,将22 g CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应,测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol CO2通入1 L
2 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应放出y kJ的热量。则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确的是 ( )
A.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2y-x) kJ·mol-1
B.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2x-y) kJ·mol-1
C.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(4x-y) kJ·mol-1
D.2CO2(g)+2NaOH(l)2NaHCO3(l)
ΔH=-(8x-2y) kJ·mol-1
【解析】选C。0.5 mol CO2与0.75 mol NaOH反应生成0.25 mol Na2CO3和
0.25 mol NaHCO3,反应所放出的热量为x kJ,则生成1 mol Na2CO3和1 mol NaHCO3放出4x kJ的热量。1 mol CO2通入2 mol NaOH溶液中生成1 mol Na2CO3,放出
y kJ的热量,则1 mol CO2与1 mol NaOH的溶液反应生成1 mol NaHCO3所放出的热量为(4x-y) kJ。D项中NaOH和NaHCO3的状态标错了。
【加固训练】
(2019·长沙模拟)对于:2C4H10(g)+13O2(g)8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=
-5 800 kJ·mol-1的叙述错误的是 ( )
A.该反应的反应热为ΔH=-5 800 kJ·mol-1,是放热反应
B.该反应的ΔH与各物质的状态有关,与化学计量数也有关
C.该反应为丁烷燃烧的热化学方程式,由此可知丁烷的燃烧热为5 800 kJ·mol-1
D.该式的含义为:25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ
【解析】选C。反应的ΔH=-5 800 kJ·mol-1,即焓变小于零,则反应是放热反应,故A正确;焓变的影响因素:物质的状态、物质的量的多少以及物质前面化学计量数的大小,故B正确;燃烧热的含义:完全燃烧1 mol纯物质生成最稳定的氧化物所放出的能量,即丁烷的燃烧热为2 900 kJ·mol-1,故C错误;热化学方程式的含义:25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ,故D正确。
二、非选择题
5.(1)(2019·北京高考 )甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是 ____________________________________。
②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1
ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
ⅲ.CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3
……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用______反应的ΔH。
(2)(2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=________eV。写出该步骤的化学方程式__ ______。
【解析】(1)①已知反应物为CH4和H2O(g),生成物为H2和CO2,且物质的量之比为4∶1,据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。
②根据盖斯定律,ⅰ式+ⅱ式可得:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH1+ΔH2,则(ⅰ式+ⅱ式)-ⅲ式可得:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH;ⅰ式-ⅱ式可得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1-ΔH2,则(ⅰ式-ⅱ式)-ⅲ式可得:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH。因此,要求反应ⅲ式的ΔH3,还必须利用反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)的ΔH。
(2)根据图象,初始时反应物的总能量为0,反应后生成物的总能量为-0.72 eV,则ΔH=-0.72 eV,即ΔH小于0。由图象可看出,反应的最大能垒在过渡态2,则此能垒E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV。由过渡态2初始反应物COOH·+H·+H2O·和结束时生成物COOH·+2H·+OH·,可得反应的方程式为COOH·+H·+H2O·COOH·+2H·+OH·(或H2O·H·+OH·)。
答案:(1)①CH4+2H2O 4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)
(2)小于 2.02 COOH·+H·+H2O·COOH·+2H·+OH·(或H2O·H·+OH·)
6.已知火箭发射是以联氨(N2H4)为燃料,NO2为推进剂,燃烧生成氮气和水蒸气为动力的。已知:
N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ·mol-1 ①
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-534 kJ·mol-1②
H2O(g)H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1 ③
2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)
ΔH=-196.4 kJ·mol-1④
H2(g)+F2(g)HF(g)
ΔH=-269 kJ·mol-1⑤
H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-242 kJ·mol-1⑥
请回答下列问题:
(1)对N2H4和NO2反应的说法不正确的是________。
A.N2H4与NO2反应时NO2作氧化剂
B.氮气既是氧化产物,又是还原产物
C.生成1 mol N2转移8 mol电子
D.该反应的热化学方程式为
2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1
(2)以往也曾用H2O2为助燃剂。试写出N2H4和H2O2反应生成气态水的热化学方程式:____________________。
若生成1 mol液态水,放出热量________ kJ。
(3)有人认为若用氟气代替NO2作氧化剂,则反应释放的能量更大。
试写出联氨与氟气反应的热化学方程式:______________________。
【解析】(1) NO2是氧化剂,N2既是还原产物又是氧化产物,若生成3 mol N2则转移8 mol电子,若生成1 mol N2转移电子数为 mol,所以A、B两项正确,C项错误。由2×②-①可得,2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1,D项正确。
(2)由②+④-③×2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g) ΔH=
-642.4 kJ·mol-1。由②+④+③×2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(l)
ΔH=-818.4 kJ·mol-1,所以生成1 mol H2O(l)时放热=204.6 kJ。
(3)由②+⑤×4-⑥×2可得,N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g) ΔH=
-1 126 kJ·mol-1。
答案:(1)C
(2)N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-642.4 kJ·mol-1 204.6
(3)N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)
ΔH=-1 126 kJ·mol-1
一、选择题
1.2019年6月5日是第48个世界环境日,下列有关环境和能源的说法不正确的是 ( )
A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”
B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料
C.如图,甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想
D.让煤变成合成气,把煤“吃干榨尽”,实现了煤的清洁、高效利用
【解析】选B。太阳能、地热能、生物质能和核聚变能是“新能源”,A项正确;“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量,B项错误;从题图分析,HCl循环利用,排出的水无污染,符合“节能减排”思想,C项正确;让煤变成合成气,能提高能源利用率,节能减排,D项正确。
2.(2019·浙江省学业水平考试)反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的能量变化如图所示。已知:断开1 mol N2(g)中化学键需吸收946 kJ能量,断开1 mol O2(g)中化学键需吸收498 kJ能量。
下列说法正确的是 ( )
A.N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=-180 kJ·mol-1
B.NO(g)N2(g)+O2(g)
ΔH=+90 kJ·mol-1
C.断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量
D.形成1 mol NO(g)中化学键可释放90 kJ能量
【解析】选C。A项该反应为吸热反应,N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1,故A错误;B项正反应为吸热反应,逆反应则为放热反应,则NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-90 kJ·mol-1,故B错误;C项反应热等于反应物键能之和减去生成物的键能之和,ΔH=[(946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1)-2×E(N-O)]= +180 kJ·mol-1,E(N- O)=632 kJ·mol-1,则断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量,故C正确;D错误。
3.我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应:CO(g) +H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率,预计在工业化生产中发挥巨大作用。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是 ( )
A.图示显示:起始时的2个H2O最终都参与了反应
B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程
C.过程Ⅲ只生成了极性共价键
D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
【解析】选A。根据反应过程示意图,过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ中另一个水分子中的化学键断裂,过程Ⅲ中形成了新的水分子,因此起始时的2个H2O最终都参与了反应,A项正确;根据反应过程示意图,过程Ⅰ、Ⅱ是水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,B项错误;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,C项错误;催化剂不能改变反应的ΔH,D项错误。
4.(2019·海南高考)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为 ( )
A.414 kJ·mol-1 B.377 kJ·mol-1
C.235 kJ·mol-1 D.197 kJ·mol-1
【解析】选A。由图示可以得出:C(s) + 2H2(g)CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1,该反应的ΔH= 717 + 864-4∑(C—H) = -75(kJ·mol-1),解得,∑(C—H) =
414 kJ·mol-1,A项正确。
5.已知:
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1①
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890 kJ·mol-1②
H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-a kJ·mol-1③
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-(a+44) kJ·mol-1④
则3 mol CH4气体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O时的ΔH是 ( )
A.-1 214 kJ·mol-1 B.-1 038 kJ·mol-1
C.-1 557 kJ·mol-1 D.-1 840 kJ·mol-1
【解析】选C。3 mol CH4气体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O,由盖斯定律,[(②×2-①)+(③-④)×4]×得:3CH4(g)+O2(g)3CO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 557 kJ·mol-1。
【加固训练】
科学家已获得极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体,与白磷分子(如图所示)相似。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量,形成1 mol N≡N三键放出941 kJ 热量,则 ( )
A.N4分子中含有4个N—N键
B.1 mol N4气体转化为N2时需要吸收724 kJ能量
C.N4是N2的同位素
D.1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量
【解析】选D。N4分子中含有6个N—N键,故A错误;1 mol N4气体转化为N2时能量变化为(193×6-941×2)kJ=-724 kJ,放出724 kJ能量,故B错误;N4和N2是氮元素的同素异形体,故C错误;1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量,故D正确。
二、非选择题
6.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据图回答下列问题:
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是______________________。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是______________________。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3=________,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4_______ ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
【解析】(1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热,结合图象可知, PCl3与反应物P和Cl2的能量差值为306 kJ,因此该热化学反应方程式为:P(s) +Cl2(g)PCl3(g) ΔH=-306 kJ·mol-1。(2)根据图象可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93 kJ,因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为:PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。(3)根据盖斯定律求得:ΔH3=-399 kJ·mol-1。且ΔH3=ΔH4,反应热与反应的途径无关,只与起始物质、最终物质的状态有关。
答案:(1)Cl2(g)+P(s)PCl3(g)
ΔH=-306 kJ·mol-1
(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
一、选择题
1.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1)及能量变化过程(图2)如下:
下列说法正确的是 ( )
A.由图1可知ΔH1=ΔH+ΔH2
B.由图2可知ΔH=-226 kJ·mo
C.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2
D.由图2可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
【解析】 选B。 A项,由图1知,N2O(g)N2(g) ΔH1,CO(g)CO2(g) ΔH2,由盖斯定律可得,ΔH=ΔH1+ΔH2,错误;B项,由图2知,反应物为N2O(g)+CO(g),生成物为CO2(g)+N2(g),ΔH=134 kJ·mo-360 kJ·mo=-226 kJ·mol-1,正确;C项,由图1知,Pt2O+是催化剂,转化过程中无需向反应器中补充,错误;D项,由图2知,该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能,错误。
2.合成氨原料中的H2可用甲烷在高温条件下与水蒸气反应制得。部分1 mol物质完全燃烧生成常温下稳定氧化物的ΔH数据如下表:
物质
ΔH(kJ·mol-1)
H2(g)
-285.8
CO(g)
-283.0
CH4(g)
-890.3
已知1 mol H2O(g)转变生成1 mol H2O(l)时放出热量44.0 kJ。下列CH4和水蒸气在高温下反应得到H2和CO的热化学方程式正确的是 ( )
A.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH1=+206.1 kJ·mol-1
B.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH2=-206.1 kJ·mol-1
C.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH3=+365.5 kJ·mol-1
D.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ΔH4=-365.5 kJ·mol-1
【解析】选A。根据提供信息可以写出下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH2=-283.0 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-890.3 kJ·mol-1
④H2O(g)H2O(l) ΔH4=-44.0 kJ·mol-1
根据盖斯定律,由③+④-②-①×3可得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=
ΔH3+ΔH4-ΔH2-ΔH1×3=-890.3 kJ·mol-1-44.0 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1+
285.8 kJ·mol-1×3=206.1 kJ·mol-1。
3.有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是 ( )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
【解析】选C。2H2O2H2↑+O2↑是吸热反应,说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输,所以氢能源利用并未普及,但发展前景广阔。
4.在298 K、1.01×105 Pa下,将22 g CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应,测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol CO2通入1 L
2 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应放出y kJ的热量。则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确的是 ( )
A.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2y-x) kJ·mol-1
B.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(2x-y) kJ·mol-1
C.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)
ΔH=-(4x-y) kJ·mol-1
D.2CO2(g)+2NaOH(l)2NaHCO3(l)
ΔH=-(8x-2y) kJ·mol-1
【解析】选C。0.5 mol CO2与0.75 mol NaOH反应生成0.25 mol Na2CO3和
0.25 mol NaHCO3,反应所放出的热量为x kJ,则生成1 mol Na2CO3和1 mol NaHCO3放出4x kJ的热量。1 mol CO2通入2 mol NaOH溶液中生成1 mol Na2CO3,放出
y kJ的热量,则1 mol CO2与1 mol NaOH的溶液反应生成1 mol NaHCO3所放出的热量为(4x-y) kJ。D项中NaOH和NaHCO3的状态标错了。
【加固训练】
(2019·长沙模拟)对于:2C4H10(g)+13O2(g)8CO2(g)+10H2O(l) ΔH=
-5 800 kJ·mol-1的叙述错误的是 ( )
A.该反应的反应热为ΔH=-5 800 kJ·mol-1,是放热反应
B.该反应的ΔH与各物质的状态有关,与化学计量数也有关
C.该反应为丁烷燃烧的热化学方程式,由此可知丁烷的燃烧热为5 800 kJ·mol-1
D.该式的含义为:25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ
【解析】选C。反应的ΔH=-5 800 kJ·mol-1,即焓变小于零,则反应是放热反应,故A正确;焓变的影响因素:物质的状态、物质的量的多少以及物质前面化学计量数的大小,故B正确;燃烧热的含义:完全燃烧1 mol纯物质生成最稳定的氧化物所放出的能量,即丁烷的燃烧热为2 900 kJ·mol-1,故C错误;热化学方程式的含义:25 ℃、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ,故D正确。
二、非选择题
5.(1)(2019·北京高考 )甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是 ____________________________________。
②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1
ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
ⅲ.CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3
……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用______反应的ΔH。
(2)(2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=________eV。写出该步骤的化学方程式__ ______。
【解析】(1)①已知反应物为CH4和H2O(g),生成物为H2和CO2,且物质的量之比为4∶1,据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。
②根据盖斯定律,ⅰ式+ⅱ式可得:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH1+ΔH2,则(ⅰ式+ⅱ式)-ⅲ式可得:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH;ⅰ式-ⅱ式可得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1-ΔH2,则(ⅰ式-ⅱ式)-ⅲ式可得:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH。因此,要求反应ⅲ式的ΔH3,还必须利用反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)的ΔH。
(2)根据图象,初始时反应物的总能量为0,反应后生成物的总能量为-0.72 eV,则ΔH=-0.72 eV,即ΔH小于0。由图象可看出,反应的最大能垒在过渡态2,则此能垒E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV。由过渡态2初始反应物COOH·+H·+H2O·和结束时生成物COOH·+2H·+OH·,可得反应的方程式为COOH·+H·+H2O·COOH·+2H·+OH·(或H2O·H·+OH·)。
答案:(1)①CH4+2H2O 4H2+CO2
②C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)
(2)小于 2.02 COOH·+H·+H2O·COOH·+2H·+OH·(或H2O·H·+OH·)
6.已知火箭发射是以联氨(N2H4)为燃料,NO2为推进剂,燃烧生成氮气和水蒸气为动力的。已知:
N2(g)+2O2(g)2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ·mol-1 ①
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)
ΔH=-534 kJ·mol-1②
H2O(g)H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1 ③
2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)
ΔH=-196.4 kJ·mol-1④
H2(g)+F2(g)HF(g)
ΔH=-269 kJ·mol-1⑤
H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-242 kJ·mol-1⑥
请回答下列问题:
(1)对N2H4和NO2反应的说法不正确的是________。
A.N2H4与NO2反应时NO2作氧化剂
B.氮气既是氧化产物,又是还原产物
C.生成1 mol N2转移8 mol电子
D.该反应的热化学方程式为
2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1
(2)以往也曾用H2O2为助燃剂。试写出N2H4和H2O2反应生成气态水的热化学方程式:____________________。
若生成1 mol液态水,放出热量________ kJ。
(3)有人认为若用氟气代替NO2作氧化剂,则反应释放的能量更大。
试写出联氨与氟气反应的热化学方程式:______________________。
【解析】(1) NO2是氧化剂,N2既是还原产物又是氧化产物,若生成3 mol N2则转移8 mol电子,若生成1 mol N2转移电子数为 mol,所以A、B两项正确,C项错误。由2×②-①可得,2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1,D项正确。
(2)由②+④-③×2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g) ΔH=
-642.4 kJ·mol-1。由②+④+③×2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(l)
ΔH=-818.4 kJ·mol-1,所以生成1 mol H2O(l)时放热=204.6 kJ。
(3)由②+⑤×4-⑥×2可得,N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g) ΔH=
-1 126 kJ·mol-1。
答案:(1)C
(2)N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-642.4 kJ·mol-1 204.6
(3)N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)
ΔH=-1 126 kJ·mol-1
相关资料
更多
