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五年高考届高考化学专题七化学能与热能
专题七化学能与热能
考点一 化学反应中能量变化的有关概念辨析
1.(2015·海南化学,4,2分)已知丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-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
解析 由丙烷的燃烧热ΔH=-2215kJ·mol-1,可写出其燃烧的热化学方程式C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215kJ·mol-1,丙烷完全燃烧产生1.8g水,n(H2O)=m÷M=1.8g÷18g/mol=0.1mol,所以反应放出的热量是Q=(2215kJ÷4mol)×0.1=55.4kJ,A选项正确。
答案 A
2.(2014·江苏化学,11,4分)下列有关说法正确的是( )
A.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
C.加热0.1mol·L-1Na2CO3溶液,CO
的水解程度和溶液的pH均增大
D.对于乙酸与乙醇的酯化反应(ΔH<0),加入少量浓硫酸并加热,该反应的反应速率和平衡常数均增大
解析 A项,若在海轮外壳上附着一些铜块,则Fe、Cu和海水构成原电池,海轮外壳腐蚀更快,A项错误;B项,该反应是熵减的反应,ΔS<0,要在常温下自发进行,则ΔH<0,B项错误;加热会促进CO
水解,c(OH-)增大,pH增大,C项正确;D项,酯化反应是放热反应,加热会加快反应速率,但化学平衡向逆向移动,平衡常数减小,D项错误。
答案 C
3.(2013·北京理综,6,6分)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
解析 A项,硅太阳能电池将太阳能转化为电能;B项锂离子电池将化学能转化为电能;C项太阳能集热器将太阳能转化为热能;D燃气灶是通过可燃性气体的燃烧,将化学能转化为热能。
答案 D
4.(2013·山东理综,12,4分)对于反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在其他条件不变的情况下( )
A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的ΔH也随之改变
B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变
C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变
D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变
解析 A项错误,催化剂只能改变反应途径,不影响反应热;B项,因为该反应为反应前后气体体积不变的反应,改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变,正确;C项,升高温度,反应速率加快,平衡移动,反应放出的热量发生变化,C错误;D项,在原电池中进行时,绝大部分化学能转变为电能,反应放出的热量要减少,D错误。
答案 B
5.(2013·福建理综,11,6分)某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。
其过程如下:
mCeO2
(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2
mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确的是( )
A.该过程中CeO2没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.右图
中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-===CO
+2H2O
解析 由题意知CeO2为该反应的催化剂,A正确;将两反应叠加,得H2O+CO2
CO+H2+O2实现了太阳能向化学能的转化,B正确;由图中箭头方向知:
ΔH1=-(ΔH2+ΔH3),C错误;以CO和O2构成碱性燃料电池时,电极反应方程式分别为
,D正确。
答案 C
6.(2013·重庆理综,6,6分)已知:
P4(g)+6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1,
P4(g)+10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1,
P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol-1。
下列叙述正确的是( )
A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B.可求Cl2(g)+PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4kJ·mol-1
D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8kJ·mol-1
解析 P原子半径大于Cl原子半径,P—P键键长大于P—Cl键键长,故P—P键键能小于P—Cl键键能,A项错误;设P4(g)+6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH=akJ·mol-1……①,P4(g)+10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH=bkJ·mol-1……②,利用盖斯定律
(②-①)可得,Cl2(g)+PCl3(g)===PCl5(g) ΔH=
(b-a)kJ·mol-1,根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,设Cl—Cl键键能为xkJ·mol-1,则:
x+3×1.2c-5c=
(b-a),x=
(b-a+5.6c),B错误,C正确;①×5-②×3得2P4(g)+12PCl5(g)===20PCl3(g) ΔH=(5a-3b)kJ·mol-1,设P—P键键能为ykJ·mol-1,则12y+5c×12-1.2c×3×20=5a-3b,y=
(5a-3b+12c),D项错误。
答案 C
7.(2012·江苏化学,4,2分)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能)。
下列有关叙述正确的是( )
A.该反应为放热反应
B.催化剂能改变该反应的焓变
C.催化剂能降低该反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
解析 图中生成物总能量高于反应物总能量,反应为吸热反应,A错;使用催化剂可降低反应的活化能而影响反应速率,但不会影响焓变,B错,C正确;图中E1为正反应活化能,E2为逆反应活化能,E1>E2,D错误。
答案 C
8.(2012·重庆理综,12,6分)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。
已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ):
N≡N为942、O===O为500、N—N为154,则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是( )
A.194B.391C.516D.658
解析 由题中的图像可以看出断裂1molN2H4(g)和1molO2(g)中的化学键所要吸收的能量为:
2752kJ-534kJ=2218kJ,设断裂1molN—H键所需要的能量为x,则154kJ+4x+500kJ=2218kJ,解得x=391kJ。
答案 B
9.(2011·上海化学,三,2分)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。
下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是( )
解析 水的分解是一个吸热过程,反应物的总能量低于生成物的总能量,加入催化剂可降低反应所需的活化能,B选项正确。
答案 B
考点二 热化学方程式的书写及正误判断
1.(2012·上海化学,9,3分)工业生产水煤气的反应为C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.4kJ·mol-1。
下列判断正确的是( )
A.反应物能量总和大于生成物能量总和
B.CO(g)+H2(g)===C(s)+H2O(l) ΔH=-131.4kJ·mol-1
C.水煤气反应中生成1molH2(g)吸收131.4kJ热量
D.水煤气反应中生成1体积CO(g)吸收131.4kJ热量
解析 由题意知该反应为吸热反应,故反应物的总能量小于生成物的总能量,A错误;B项的热化学方程式中水的状态若为气态时ΔH=-131.4kJ·mol-1,错误;D项中应是生成1molCO(g)吸收131.4kJ热量,错误。
答案 C
2.(2015·广东理综,31,16分)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。
(1)传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。
其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)
H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1
反应②生成1molCl2的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为_________________________________________________________________,
(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。
(2)新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性,
①实验测得在一定压强下,总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl~T曲线如下图:
则总反应的ΔH________0(填“>”、“=”或“<”);A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________。
②在上述实验中若压缩体积使压强增大,画出相应αHCl~T曲线的示意图,并简要说明理由____________________________
____________________。
③下列措施中,有利于提高α(HCl)的有________。
A.增大n(HCl)B.增大n(O2)
C.使用更好的催化剂D.移去H2O
(3)一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下:
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10-3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0~6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min-1为单位,写出计算过程)。
(4)Cl2用途广泛,写出用Cl2制备漂白粉的化学方程式。
解析
(1)根据题中催化循环图示得出:
CuCl2(s)+
O2(g)
CuO(s)+Cl2(g) ΔH2,然后利用盖斯定律将两个热化学方程式相加即可得出2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2。
(2)①结合题中α(HCl)~T图像可知,随着温度升高,α(HCl)降低,说明升高温度平衡逆向移动,得出正反应方向为放热反应,即ΔH<0;A、B两点A点温度低,平衡常数K(A)大。
②结合可逆反应2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g)的特点,增大压强平衡向右移动,α(HCl)增大,则相同温度下,HCl的平衡转化率比增压前的大,曲线如答案中图示所示。
③有利于提高α(HCl),则采取措施应使平衡2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g)
正向移动。
A项,增大n(HCl),则c(HCl)增大,虽平衡正向移动,但α(HCl)减小,错误;B项,增大n(O2)即增大反应物的浓度,D项,移去H2O即减小生成物的浓度,均能使平衡正向移动,两项都正确;C项,使用更好的催化剂,只能加快反应速率,不能使平衡移动,错误。
(3)用在时间段2.0~6.0min内的HCl物质的量的变化量除以这段时间,即可得2.0~6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率,计算过程见答案。
答案
(1)2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
(2)①< K(A) ②见下图
增大压强,平衡右移,α(HCl)增大,相同温度下,HCl的平衡转化率比之前的大 ③BD
(3)设2.0~6.0min时间内,HCl转化的物质的量为n,则
2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g)
2mol1mol
n(5.4-1.8)×10-3mol
n=7.2×10-3mol
所以v(HCl)=
=1.8×10-3mol·min-1
(4)2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
3.(2012·海南化学13,8分)氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用,回答下列问题:
(1)氮元素原子的L层电子数为________;
(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为____________________________________________________________________;
(3)肼可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。
已知:
①N2(g)+2O2(g)===N2O4(l)
ΔH1=-19.5kJ·mol-1
②N2H4(l)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)
ΔH2=-534.2kJ·mol-1
写出肼和N2O4反应的热化学方程式____________________________________
____________________________________________________________________;
(4)肼—空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,负极的反应式为____________________________________________________________________。
解析
(1)N原子的原子结构示意图为:
,故其L层上有5个电子;
(2)NH3+NaClO——N2H4,根据元素守恒可知反应还生成NaCl和H2O,利用观察法配平方程式为2NH3+NaClO===N2H4+NaCl+H2O;(3)肼与N2O4反应生成N2和水蒸气:
2N2H4+N2O4===3N2+4H2O,观察已知的两个热化学方程式可知,②×2-①得:
2N2H4(l)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=ΔH2×2-ΔH1=-1048.9kJ·mol-1;(4)肼—空气燃料电池是一种碱性电池,故负极肼发生反应:
N2H4-4e-+4OH-===N2↑+4H2O。
答案
(1)5
(2)2NH3+NaClO===N2H4+NaCl+H2O
(3)2N2H4(l)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1048.9kJ·mol-1
(4)N2H4-4e-+4OH-===N2↑+4H2O
考点三 盖斯定律及其应用
1.(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·mol-1
已知:
碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1
S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=bkJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3=ckJ·mol-1,则x为( )
A.3a+b-cB.c-3a-b
C.a+b-cD.c-a-b
解析 由碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1,得C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=akJ·mol-1,目标反应可由①×3+②-③得到,所以ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3,即x=3a+b-c。
答案 A
2.(2014·课标全国卷Ⅱ,13,6分)室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)
CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。
则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
解析 由题干信息可得:
①Cu
SO4·5H2O(s)===Cu2+(aq)+SO
(aq)+5H2O(l) ΔH1>0,②CuSO4(s)===Cu2+(aq)+SO
(aq) ΔH2<0,③CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3,根据盖斯定律可知,ΔH3=ΔH1-ΔH2,由于ΔH1>0,ΔH2<0,故ΔH3>ΔH1,B项正确,C、D项错误;ΔH3>0,ΔH2<0,故ΔH3>ΔH2,A项错误。
答案 B
3.(2014·江苏化学,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
解析 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=
ΔH4+
ΔH5,C项正确,D项错误。
答案 C
4.(2014·重庆理综,6,6分)已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220kJ·mol-1
H—H、O===O和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·mol-1,则a为( )
A.-332B.-118
C.+350D.+130
解析 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·mol-1,代入相关数据得:
(2×436+496)-4×462=-(220+2a),解得a=+130,D项正确。
答案 D
5.(2013·课标全国卷Ⅱ,12,6分)在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)+
O2(g)===SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)===
S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+
O2(g)===S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g)===S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为( )
A.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=
(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=
(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=
(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
解析 ②式中含有S2(g)、③式中含有S(g),根据盖斯定律可知,②×
-③×2得2S(g)+
SO2(g)+
H2O(g)===
H2S(g)+S2(g)+O2(g),然后再加①×
得2S(g)===S2(g),所以ΔH4=ΔH2×
+ΔH1×
-ΔH3×2。
答案 A
6.(2013·海南化学,5,2分)已知下列反应的热化学方程式:
6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为( )
A.12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1
B.2ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
C.12ΔH3-5ΔH2-2ΔH1
D.ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
解析 设三个热化学方程式依次是①、②、③,根据盖斯定律,③×12+②×5-①×2得:
4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g) ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1。
答案 A
7.(2012·安徽理综,12,6分)氢氟酸是一种弱酸,可用来刻蚀玻璃。
已知25℃时:
①HF(aq)+OH-(aq)===F-(aq)+H2O(l)ΔH=-67.7kJ·mol-1
②H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1
在20mL0.1mol·L-1氢氟酸中加入VmL0.1mol·L-1NaOH溶液。
下列有关说法正确的是( )
A.氢氟酸的电离方程式及热效应可表示为:
HF(aq)
F-(aq)+H+(aq) ΔH=+10.4kJ·mol-1
B.当V=20时,溶液中:
c(OH-)=c(HF)+c(H+)
C.当V=20时,溶液中:
c(F-)<c(Na+)=0.1mol·L-1
D.当V>0时,溶液中一定存在:
c(Na+)>c(F-)>c(OH-)>c(H+)
解析 根据盖斯定律,将①式减去②式可得:
HF(aq)H+(aq)+F-(aq) ΔH
=-10.4kJ·mol-1,故A项错误。
当V=20时,两者恰好完全反应生成NaF,溶液中存在质子守恒关系:
c(OH-)=c(HF)+c(H+);因F-水解,故溶液中存在:
c(F-)<c(Na+)=0.05mol·L-1,故B项正确,C项错误。
D项,溶液中离子浓度的大小取决于V的大小,离子浓度大小关系可能为c(F-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)或c(F-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)或c(Na+)=c(F-)>c(OH-)=c(H+)或c(Na+)>c(F-)>c(OH-)>c(H+),故D项错误。
答案 B
8.(2011·浙江理综,12,6分)下列说法不正确的是( )
A.已知冰的熔化热为6.0kJ·mol-1,冰中氢键键能为20kJ·mol-1。
假设每摩尔冰中有2mol氢键,且熔化热完全用于打破冰的氢键,则最多只能破坏冰中15%的氢键
B.已知一定温度下,醋酸溶液的物质的量浓度为c,电离度为α,Ka=
。
若加入少量CH3COONa固体,则电离平衡CH3COOHCH3COO-+H+向左移动,α减小,Ka变小
C.实验测得环己烷(l)、环己烯(l)和苯(l)的标准燃烧热分别为-3916kJ·mol-1、-3747kJ·m
ol-1和-3265kJ·mol-1,可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键
D.已知:
①Fe2O3(s)+3C(石墨)===2Fe(s)+3CO(g) ΔH=489.0kJ·mol-1
②CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol-1
③C(石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
则4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH=-1641.0kJ·mol-1
解析 1mol冰熔化吸热6.0kJ,可破坏氢键0.3mol,
×100%=15%,A项正确;加入醋酸钠后溶液中CH3COO-浓度增大,电离平衡向左移动,电离程度减小,但Ka只受温度影响,若温度不变,则Ka不变,B项错误;由燃烧热写出三者燃烧的热化学方程式,然后可写出环己烷转化为环己烯的热化学方程式,同理写
出环己烷转化为苯的热化学方程式,反应热不是三倍关系,C项正确;根据盖斯定律,方程式2×(③×3-②×3-①),可得4Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH=2×(-393.5×3kJ·mol-1+283.0×3kJ·mol-1-489.0kJ·mol-1)=-1641.0kJ·mol-1,D项正确。
答案 B
9.
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