2022届高考化学一轮复习同步练习：化学能与热能

这是一份2022届高考化学一轮复习同步练习：化学能与热能，共7页。试卷主要包含了4 kJ·ml-1，6 kJ·ml-1，已知CC　ΔH>0,则稳定性，7 kJ·ml-1，热催化合成氨面临的两难问题是等内容，欢迎下载使用。

1.已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)为放热反应,对该反应的下列说法正确的是( )
A.因该反应为放热反应,故不加热就可发生
B.相同条件下,2 ml H2(g)的能量或1 ml CO(g)的能量一定高于1 ml CH3OH(g)的能量
C.相同条件下,反应物2 ml H2(g)和1 ml CO(g)的总能量一定高于生成物1 ml CH3OH(g)的总能量
D.达到平衡时,CO的浓度与CH3OH的浓度一定相等
2.
(2021福建莆田模拟)某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.改变催化剂,可改变该反应的活化能
B.该反应为吸热反应,热效应等于ΔH
C.反应过程a一定有催化剂参与
D.b中反应的活化能等于E1+E2
3.“钙基固硫”是将煤中的硫元素以CaSO4的形式固定脱硫,而煤炭燃烧过程中产生的CO又会发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,导致脱硫效率降低。某温度下,反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则下列反应过程能量变化示意图正确的是( )
反应Ⅰ:CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH1=+218.4 kJ·ml-1
反应Ⅱ:CaSO4(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO2(g)
ΔH2=-175.6 kJ·ml-1
4.(2021河北邯郸教学质量检测)工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。化学原理为CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示:
下列说法中错误的是( )
A.上述合成乙醇的反应是加成反应
B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等
C.碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍
D.上述反应式中,ΔH=-96 kJ·ml-1
5.(2021河南开封模拟)已知室温下,将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,则下列能量转化关系的判断不正确的是( )
A.ΔH1>0 B.ΔH2>ΔH3
C.ΔH3>ΔH1D.ΔH2=ΔH1+ΔH3
6.(双选)(2021广西桂林质检)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1 ml H—X放出a kJ的能量,则该条件下ΔH2=+a kJ·ml-1
7.(2021四川成都模拟)(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)作为燃料,四氧化二氮作为氧化剂,二者反应生成氮气和气态水。已知:
①N2(g)+2O2(g)N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·ml-1
②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·ml-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的热量,则CO的燃烧热为ΔH= 。
(5)0.50 L 2.00 ml·L-1H2SO4溶液与2.10 L 1.00 ml·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 ml H—H、1 ml N—H、1 ml N≡N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 。
能力提升
8.(2021湖南衡阳摸底)中国学者在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH]中攻克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(能吸附不同粒子)催化剂催化实现的。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
9.(双选)(2021山东模拟)热催化合成氨面临的两难问题是:釆用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是( )
A.①为N≡N的断裂过程
B.①②③在高温区发生,④⑤在低温区发生
C.④为氮原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程
D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
10.已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH1
3H2(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3H2O(g) ΔH2
2Fe(s)+32O2(g)Fe2O3(s) ΔH3
2Al(s)+32O2(g)Al2O3(s) ΔH4
2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH3>0
B.ΔH5<0,ΔH4<ΔH3
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
11.根据已知信息,按要求写出指定反应的热化学方程式。
(1)LiH可作飞船的燃料,已知下列反应:
①2Li(s)+H2(g)2LiH(s) ΔH=-182 kJ·ml-1
②2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-572 kJ·ml-1
③4Li(s)+O2(g)2Li2O(s) ΔH=-1 196 kJ·ml-1
试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式: 。
(2)工业上制取硝酸铵的流程图如下所示:
NH3NONO2HNO3NH4NO3
已知:4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 745.2 kJ·ml-1;
6NO(g)+4NH3(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 925.2 kJ·ml-1。
则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为 。
(3)饮用水中的NO3-主要来自于NH4+。已知在微生物的作用下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-。两步反应的能量变化示意图如下:
1 ml NH4+全部被氧化成NO3-的热化学方程式为 。
拓展深化
12.(1)(2021河北沧州质检节选)甲醛(HCHO)俗称蚁醛,是一种重要的有机原料。
利用甲醇(CH3OH)制备甲醛
脱氢法:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) ΔH1=+92.09 kJ·ml-1
氧化法:CH3OH(g)+12O2(g)HCHO(g)+H2O(g) ΔH2
已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.64 kJ·ml-1 ,则ΔH2= 。
(2)(2021广东梅州质检节选)雾霾天气严重影响了人们的身体健康,环境问题越来越受到人们的重视。处理大气中的污染物,打响“蓝天白云”保卫战是当前的重要课题。汽车尾气中含有较多的NOx和CO,两种气体均会使人体中毒。可以利用如下化学方法将其转化为无毒无害的物质。
①已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·ml-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-564 kJ·ml-1
请写出把汽车尾气转化为无毒无害物质的热化学方程式: 。
②工业上可采用CH3OHCO+2H2的方法来制取高纯度的CO和H2。我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式:
方式A:CH3OH*CH3O*+H* Ea=+103.1 kJ·ml-1
方式B:CH3OH*CH3*+OH* Eb=+249.3 kJ·ml-1
由活化能E值推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为 (填“A”或“B”)。
③如图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。
该历程中,放热最多的步骤的方程式为 。
化学能与热能
1.C A项,放热反应与反应条件无关,放热反应也可能需要加热才发生,错误;物质的能量与状态有关,由放热反应可知,相同条件下,2 ml H2(g)的能量与1 ml CO(g)的能量之和一定高于1 ml CH3OH(g)的能量,B错误、C正确;D项,反应达到平衡时,各物质的浓度不变,浓度是否相等与起始量、转化率有关,错误。
2.A E1、E2分别代表反应过程中两步反应的活化能,不同的催化剂,反应的活化能不同,故A正确;反应物能量高于生成物,反应为放热反应,ΔH=生成物能量-反应物能量,故B错误;b中使用了催化剂,故C错误;b中反应的活化能为E1,故D错误。
3.A 反应Ⅰ为吸热反应,说明反应Ⅰ生成物的总能量比反应物的总能量高,排除B、C选项;反应Ⅰ的速率(v1)大于反应Ⅱ的速率(v2),则说明反应Ⅰ的活化能较小,反应Ⅱ的活化能较大,排除D选项,选项A正确。
4.D 题给反应式的ΔH=615 kJ·ml-1+413 kJ·ml-1×4+463 kJ·ml-1×2-348 kJ·ml-1-413 kJ·ml-1×5-463 kJ·ml-1-351 kJ·ml-1=-34 kJ·ml-1,D项错误。
5.C A项,CuSO4·5H2O(s)受热分解生成CuSO4(s),为吸热反应,ΔH1>0,正确;B项,根据题意可知,ΔH2>0,ΔH3<0,则ΔH2>ΔH3,正确;C项,ΔH3<0,ΔH1>0,则ΔH3<ΔH1,错误;D项,根据盖斯定律可知:ΔH2=ΔH1+ΔH3,正确。
6.AD A项,已知HF气体溶于水放热,则HF气体溶于水的逆过程吸热,即HF的ΔH1>0,正确;B项,由于HCl比HBr稳定,所以相同条件下HCl的ΔH2比HBr的大,错误;C项,ΔH3+ΔH4代表H(g)→H+(aq)的焓变,与是HCl还是HI无关,错误;D项,一定条件下,气态原子生成1 ml H—X放出a kJ的能量,则断开1 ml H—X形成气态原子吸收a kJ的能量,即ΔH2=+a kJ·ml-1,正确。
7.答案 (1)< (2)<
(3)2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 096.7 kJ·ml-1
(4)-282.6 kJ·ml-1
(5)-57.3 kJ·ml-1
(6)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·ml-1
解析 (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·ml-1)-(+10.7 kJ·ml-1)=-1 096.7 kJ·ml-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 ml 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·ml-1。
(5)0.50 L 2.00 ml·L-1 H2SO4溶液与2.10 L 1.00 ml·L-1 KOH溶液完全反应的中和热的热化学方程式为12H2SO4(aq)+KOH(aq)12K2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-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·ml-1+3×436 kJ·ml-1-6×391 kJ·ml-1=-92 kJ·ml-1。
8.D 根据反应过程示意图,过程Ⅰ是水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,A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,B项错误;催化剂不能改变反应的ΔH,C项错误;根据反应过程示意图可知,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,D项正确。
9.BC 从图中反应历程看,①为N2被吸附,N2中化学键没有断开,A项错误;合成氨反应是放热反应,反应历程的最后是指形成N—H,即合成NH3,故需要在低温下,才能获得更多的NH3,即①②③是将N2吸附并断键的过程,④⑤是形成N—H的过程,④⑤是低温区,由题中信息知,两个区域相差一定的温度,则①②③为高温区,B项正确;④处的变化为Ti-H-Fe*N转变成Ti-H*N-Fe,即氮原子由Fe区域向Ti-H区域传递,C项正确;合成氨反应为放热反应,催化剂不会改变反应的热效应,D项错误。
10.B H2和O2反应生成H2O的反应放热,铁和氧气的反应也放热,故A错误;铝热反应为放热反应,故ΔH5<0,设2Fe(s)+32O2(g)Fe2O3(s) ΔH3③,2Al(s)+32O2(g)Al2O3(s) ΔH4④,由④-③可得:2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s) ΔH5=ΔH4-ΔH3<0,可得ΔH4<ΔH3、ΔH3=ΔH4-ΔH5,故B正确、D错误;已知:3H2(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3H2O(g) ΔH2②,2Fe(s)+32O2(g)Fe2O3(s) ΔH3③,将(②+③)×23可得:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH1=23(ΔH2+ΔH3),故C错误。
11.答案 (1)2LiH(s)+O2(g)Li2O(s)+H2O(l) ΔH=-702 kJ·ml-1
(2)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 025.2 kJ·ml-1
(3)NH4+(aq)+2O2(g)NO3-(aq)+2H+(aq)+H2O(l) ΔH=-346 kJ·ml-1
解析 (1)根据已知的三个热化学方程式可得,2LiH(s)2Li(s)+H2(g) ΔH=+182 kJ·ml-1,
2Li(s)+12O2(g)Li2O(s) ΔH=-598 kJ·ml-1,
H2(g)+12O2(g)H2O(l) ΔH=-286 kJ·ml-1,
将上述三式相加可得:2LiH(s)+O2(g)Li2O(s)+H2O(l)
ΔH=-702 kJ·ml-1。
(2)将已知的两个热化学方程式依次标记为①和②,根据盖斯定律,由①×5-②×4得:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1 025.2 kJ·ml-1。
(3)写出两步反应的热化学方程式并依次标为①和②,根据盖斯定律,由①+②得:NH4+(aq)+2O2(g)NO3-(aq)+2H+(aq)+H2O(l) ΔH=-346 kJ·ml-1。
12.答案 (1)-149.73 kJ·ml-1
(2)①2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·ml-1
②A
③CHO*+3H*CO*+4H*
解析 (1)根据盖斯定律,-2ΔH1+2ΔH2=ΔH3,则有ΔH2=ΔH3+2ΔH12=-149.73 kJ·ml-1 。
(2)①汽车尾气中含有NO和CO,可转化为无毒的N2和CO2,化学方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。根据盖斯定律,由已知的两个热化学方程式可得,2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·ml-1。
②一般来说,活化能越低化学反应速率越快,在相同的时间内可以得到更多的产物,因此甲醇裂解过程主要经历的方式应为A。
③反应热=生成物的能量-反应物的能量,放热最多时生成物的能量与反应物的能量差值最大。根据图示,过渡态Ⅳ两端的物质能量差值最大,放热最多,该步反应的方程式为CHO*+3H*CO*+4H*。化学键
C—H
CC
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·ml-1)
413
615
463
348
351