2021年高考化学一轮复习讲义 第6章 专项提能特训11　化学反应过程与能量变化

专项提能特训11　化学反应过程与能量变化
1．(2020·辽宁五校联考)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图1；研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2。下列说法正确的是(　　)


A．NH3催化还原NO为吸热反应
B．过程Ⅰ中NH3断裂非极性键
C．过程Ⅱ中NO为氧化剂 ，Fe2＋为还原剂
D．脱硝的总反应为：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)
答案　D
解析　A项，依据图1可知反应物能量高，生成物能量低，为放热反应；B项，NH3没有非极性键；C项，过程Ⅱ中，Fe2＋的化合价未变。
2．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
答案　C
解析　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，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。
3．(2019·临安市昌化中学模拟)一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是(　　)

A．这些离子中结合H＋能力最强的是A
B．A、B、C、D、E五种微粒中C最稳定
C．C→B＋D的反应，反应物的总键能小于生成物的总键能
D．B→A＋D反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝116 kJ·mol－1
答案　C
解析　酸性越弱的酸，阴离子结合氢离子能力越强，次氯酸是最弱的酸，所以ClO－结合氢离子能力最强，即B结合氢离子能力最强，故A错误；A、B、C、D、E中A能量最低，所以最稳定，故B错误；C→B＋D，根据转移电子守恒得该反应方程式为2ClO===ClO＋ClO－，反应热＝(64 kJ·mol－1＋60 kJ·mol－1)－2×100 kJ·mol－1＝－76 kJ·mol－1，则该反应为放热，所以反应物的总键能小于生成物的总键能，故C正确；根据转移电子守恒得B→A＋D的反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64 kJ·mol－1＋2×0 kJ·mol－1)－3×60 kJ·mol－1＝－116 kJ·mol－1，所以该热化学反应方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq)　ΔH＝－116 kJ·mol－1，故D错误。

4．(2020·长春期末)下列示意图表示正确的是(　　)


A．甲图表示Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝＋26.7 kJ·mol－1反应的能量变化
B．乙图表示碳的燃烧热
C．丙图表示实验的环境温度20 ℃，将物质的量浓度相等、体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合，测量混合液温度，结果如图(已知V1＋V2＝60 mL)
D．丁图已知稳定性顺序：B＜A＜C，某反应由两步反应ABC构成，反应过程中的能量变化曲线如图(E1、E3表示两反应的活化能)
答案　D
解析　A项，图像表示的物质能量变化为反应物能量高于生成物能量的放热反应，反应Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋26.7 kJ·mol－1为吸热反应，错误；B项，图像表示的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH，生成的氧化物不是最稳定的氧化物，不符合燃烧热概念，错误；C项，如图，V2为20 mL时温度最高，说明此时酸碱已经反应完毕，又实验中始终保持V1＋V2＝60 mL，所以V1为40 mL，由酸碱中和关系式：2NaOH～H2SO4，硫酸和氢氧化钠溶液浓度不同，和题干将物质的量浓度相等、体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合不符合，错误。
5．在25 ℃、101 kPa下，1 mol白磷(化学式为P4)完全燃烧放出的热量和4 mol红磷(化学式为P)完全燃烧放出的热量关系如图所示：

由此判断，下列说法正确的是(　　)
A．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定
B．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定
C．由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷比白磷能量高，白磷比红磷稳定
D．由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷比白磷能量低，红磷比白磷稳定
答案　D
解析　由图像知：白磷比红磷能量高，能量越高越不稳定，故红磷比白磷稳定，红磷转化为白磷时需要吸收能量，属于吸热反应。
6．(2020·湖北联考)下列图示与对应的叙述相符的是(　　)


A．图甲中的ΔH1>ΔH2
B．图乙表示可逆反应A(s)＋3B(g)2C(g)　ΔH>0压强对平衡常数K的影响
C．图丙表示充满NO2气体的试管，倒置于水槽中，向其中缓慢通入氧气直至试管中全部充满水，假设溶质不扩散，溶质的物质的量浓度与通入氧气的体积关系
D．由图丁可说明烯烃与H2加成反应是放热反应，虚线表示在有催化剂的条件下进行
答案　C
解析　ΔH1、ΔH2、ΔH3均小于零，且ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，ΔH1<ΔH2，故A错误；平衡常数不会随压强的改变而改变，故B错误；试管中发生的总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，所以随氧气通入，溶质的物质的量浓度不变，故C正确；催化剂会降低反应的活化能，故D错误。
7．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，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SO2。下列说法错误的是(　　)

A．每活化一个氧分子放出0.29 eV能量
B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV
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SO2转化为SO3的催化剂
答案　B
解析　由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放出能量，A正确；由图可知，水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV，B错误；由图可知，氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程，C正确；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂，D正确。
8．(2019·宁波市北仑中学模拟)R为第ⅠA 族金属，RCl的能量关系如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6
B．一定条件下ΔH5＝a kJ·mol－1，则Cl—Cl键的键能是a kJ·mol－1
C．相同条件下，Na的ΔH6比Li的小
D．相同条件下，Na的(ΔH2＋ΔH4)比K的大
答案　B
解析　由盖斯定律可知ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝ΔH6，故A正确；一定条件下ΔH5＝a kJ·mol－1，则Cl—Cl键的键能是2a kJ·mol－1，故B错误；钠的金属性强于锂，则相同条件下，Na的ΔH6比Li的小，故C正确；钠的金属性弱于钾，则相同条件下，Na的(ΔH2＋ΔH4)比K的大，故D正确。
9．CH4、H2、C都是优质的能源物质，它们燃烧的热化学方程式分别为
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1；
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1；
③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1。
(1)在深海中存在一种甲烷细菌，它们依靠酶使甲烷与O2作用产生的能量存活。甲烷细菌使
1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量 (填“>”“<”或“＝”)890.3 kJ。
(2)甲烷与CO2可用于合成合成气(主要成分是一氧化碳和氢气)：CH4＋CO2===2CO＋2H2,1 g CH4完全反应可释放15.46 kJ的热量，能表示该反应过程中能量变化的是 (填字母)。


(3)C(s)与H2(g)不反应，所以C(s)＋2H2(g)===CH4(g)的反应热无法直接测量，但通过上述反应可求出其反应热ΔH＝ 。
答案　(1)＝　(2)D　(3)－74.8 kJ·mol－1
解析　(1)给定反应的反应热只取决于反应物和生成物的多少和状态，与中间过程无关，故甲烷细菌使1 mol甲烷生成CO2气体与液态水，放出的能量仍等于890.3 kJ。
(2)1 g CH4完全反应释放15.46 kJ的热量，则1 mol CH4完全反应放出的热量为247.36 kJ，故D项符合题意。
(3)根据盖斯定律，②＋③－①即得C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－74.8 kJ·mol－1。
10．解答下列问题
(1)2017年中科院某研究团队通过设计一种新型Na—Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂，成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油，该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH1＝－a kJ·mol－1
C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)
ΔH2＝－b kJ·mol－1
试写出25 ℃、101 kPa条件下，CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式：
。
(2)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境。工业上常用催化还原法和碱吸收法处理SO2气体。1 mol CH4完全燃烧生成气态水和1 mol S(g)燃烧的能量变化如下图所示：

在催化剂作用下，CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2，写出该反应的热化学方程式：
。
(3)合成氨在工业生产中具有重要意义。在合成氨工业中I2O5常用于定量测定CO的含量。已知2I2(s)＋5O2(g)===2I2O5(s)　ΔH＝－76 kJ·mol－1；2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1。则该测定反应的热化学方程式为
。
(4)化学反应原理研究物质转化过程中的规律并在生产生活中有广泛的应用。
汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。
已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝ kJ·mol－1。
(5)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。
已知：CO(g)＋NO2(g)===NO(g)＋CO2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)
2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－b kJ·mol－1(b>0)
若用CO还原NO2至N2，当消耗标准状况下3.36 L CO时，放出的热量为 kJ(用含有a和b的代数式表示)。
答案　(1)8CO2(g)＋25H2(g)===C8H18(l)＋16H2O(l)
ΔH＝－(25a－b) kJ·mol－1
(2)CH4(g)＋2SO2(g)===2S(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋352 kJ·mol－1
(3)5CO(g)＋I2O5(s)===5CO2(g)＋I2(s)　
ΔH＝－1 377 kJ·mol－1
(4)－746.5
(5)或
解析　(1)已知：①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH1＝－a kJ·mol－1，②C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH2＝－b kJ·mol－1；根据盖斯定律，由①×25－②得8CO2(g)＋25H2(g)===C8H18(l)＋16H2O(l)
ΔH＝25ΔH1－ΔH2＝－(25a－b) kJ·mol－1。
(2)根据图像可知：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝Ea1－Ea2＝126 kJ·mol－1－928 kJ·mol－1＝－802 kJ·mol－1；
②S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－577 kJ·mol－1；根据盖斯定律可知①－②×2即得到CH4(g)＋2SO2(g)===CO2(g)＋2S(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋352 kJ·mol－1。
(3)依次设反应为①、②，根据盖斯定律，反应①×＋②×得到5CO(g)＋I2O5(s)===5CO2(g)＋I2(s)　ΔH＝－1 377 kJ·mol－1。
(4)将反应编号，N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　
ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1　①
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　
ΔH＝－221.0 kJ·mol－1　②
CO2(g)===C(s)＋O2(g)　
ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1　③
应用盖斯定律，由－(①＋②＋③×2)得反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。
(5)依次设反应为①、②，根据盖斯定律①×2＋②得4CO(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4CO2(g)　ΔH＝－(2a＋b) kJ·mol－1，标准状况下3.36 L CO的物质的量是0.15 mol，放出的热量为 kJ。