突破卷08 化学反应中的能量变化解析版.docx
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突破卷08化学反应中的能量变化解析版
突破卷08化学反应中的能量变化
一、选择题(单选,每小题3分,共45分)
1、(2019原创题)下列说法中不正确的是()
A、C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定
B、活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大
C、可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关
D、反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),则将2molSO2(g)和1molO2(g)置于一密闭容器中充分反应后放出QkJ的热量
解析 反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),则将2molSO2(g)和1molO2(g)置于一密闭容器中充分反应后放出QkJ的热量,该反应式可逆反应,转化率不能达到100%,所以放出的热量比QkJ小。
答案 D
2、下列说法正确的是( )
A.任何化学反应都伴随着能量的变化
B.升高温度或加入催化剂,可以改变化学反应的反应热
C.化学反应中的能量变化都是以热量的形式体现
D.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH<0,则56gCO和32gO2所具有的总能量小于88gCO2所具有的总能量
解析 化学反应的实质为旧键的断裂和新键的形成,任何化学反应都伴随着能量的变化,故A项正确;反应热与催化剂无关,故B项错误;化学反应中的能量变化可以热能、电能、光能等形式体现,故C项错误;2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)是放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,故D项错误。
答案 A
3、我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。
该历程示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4―→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
解析 由CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2+CH4
CH3COOH,反应中没有副产物生成,所以总反应的原子利用率为100%,A项正确;CH4分子中含有4个C—H键,而CH3COOH分子中含有3个C—H键,显然CH4―→CH3COOH过程中必有C—H键发生断裂,B项正确;观察反应的示意图可知,①→②过程中放出能量,且在此过程中形成了新化学键,即乙酸分子中的C—C键,C项正确;催化剂只能改变化学反应速率,而不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误。
答案 D
4、为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,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.2mol液态H2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的能量
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
解析 2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)是吸热反应,说明2mol液态H2O的能量低于2molH2和1molO2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。
答案 C
5、以下关于右图说法正确的是( )
A.表明催化剂可以改变化学反应的热效应
B.表明化学反应遵循能量守恒定律
C.表示某化学反应能量的变化与生成物状态无关
D.表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
解析 由图可知,加入催化剂能降低反应的活化能,但反应热不变,A项错误;化学反应一定遵循质量守恒定律,反应物总能量大于生成物总能量,正反应放热,遵循能量守恒,B项正确;物质的聚集状态不同,能量不同,该图不能证明反应的能量变化与生成物的状态的关系,C项错误;由图像可知,反应物总能量大于生成物总能量,正反应为放热反应,D项错误。
答案 B
6、下列热化学方程式正确的是( )
选项
已知条件
热化学方程式
A
H2的燃烧热为akJ·mol-1
H2+Cl2
2HCl ΔH=-akJ·mol-1
B
1molSO2、0.5molO2完全反应后,放出热量98.3kJ
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=
-98.3kJ·mol-1
C
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1
H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1
D
31g白磷比31g红磷能量多bkJ
P4(白磷,s)===4P(红磷,s) ΔH=-4bkJ·mol-1
解析 选项A中符合已知条件的应是H2和O2反应,A错;ΔH应为-196.6kJ·mol-1,B错;选项C中由于生成BaSO4沉淀,放出的热量大于114.6kJ,C错。
答案 D
7、由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.反应生成1molN2时转移4mole-
B.反应物能量之和大于生成物能量之和
C.N2O(g)+NO(g)===N2(g)+NO2(g)
ΔH=-139kJ·mol-1
D.断键吸收能量之和小于成键释放能量之和
解析 N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O+NO===N2+NO2,反应生成1molN2时转移2mole-,A不正确;根据图示,反应物能量之和大于生成物能量之和,B正确;该反应的反应热为(209-348)kJ·mol-1=-139kJ·mol-1,C正确;由于该反应放热,所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和,D正确。
答案 A
8、(原创新题)最近意大利科学家获得了极具理论研究意义的N4分子。
N4分子结构如图所示,已知Ⅰ、断裂1molN—N吸收167kJ热量,形成1mol
放出942kJ热量;Ⅱ、N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH1=-92kJ/mol,N4(g)+6H2(g)
4NH3(g) ΔH2(kJ/mol)根据以上信息和数据,下列说法正确的是( )
A.ΔH2>0B.N2分子比N4分子稳定
C.ΔH2=2ΔH1D.ΔH2与方程式系数无关
解析 因为
的键能大于N—N的键能,故N2比N4稳定,故N4(g)+6H2(g)
4NH3(g),ΔH2<2×ΔH1;D项ΔH与系数(实际参加反应的物质的量)有关。
答案 B
9、下列说法或表示方法不正确的是( )
A.盖斯定律实质上是能量守恒定律的体现
B.在稀溶液中:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合,放出的热量大于57.3kJ
C.由C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH>0,可知,石墨比金刚石稳定
D.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8kJ·mol-1,则2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=285.8kJ·mol-1
解析 反应的热效应只与始态、终态有关,与过程无关,盖斯定律实质上是能量守恒定律的体现,故A正确;浓硫酸稀释过程中也放出热量,所以测得中和过程所放出的热量大于57.3kJ,故B正确;能量越低的物质越稳定,由石墨生成金刚石吸热,说明金刚石能量高,故C正确;燃烧热是指1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,则2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6kJ·mol-1,故D不正确。
答案 D
10、一些烷烃的燃烧热如下表:
化合物
燃烧热/kJ·mol-1
化合物
燃烧热/kJ·mol-1
甲烷
890.3
正丁烷
2878.0
乙烷
1560.8
异丁烷
2869.6
丙烷
2221.5
2甲基丁烷
3531.3
下列说法正确的是( )
A.正戊烷的燃烧热大约是3540kJ·mol-1
B.热稳定性:
正丁烷>异丁烷
C.乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(g) ΔH=-1560.8kJ·mol-1
D.相同质量的烷烃,碳的质量分数越大,燃烧放出的热量越多
答案 A
解析 A项,由正丁烷和异丁烷的燃烧热数据可推出正戊烷比2甲基丁烷的燃烧热略大些,正确;B项,正丁烷和异丁烷燃烧生成等量的相同的物质,即生成新化学键时所放出的热量相等,1mol正丁烷完全燃烧放出的热量比1mol异丁烷完全燃烧放出的热量多,即1mol正丁烷与O2反应时断键所吸收的能量比1mol异丁烷与O2反应时断键所吸收的能量少,从而说明正丁烷的热稳定性小于异丁烷,错误;C项,ΔH=-3121.6kJ·mol-1且H2O应为液态,错误;D项,1gCH4燃烧放出55.64kJ的热量,1gC2H6燃烧放出52.03kJ的热量,错误。
11、H2与ICl的反应分①、②两步进行,其能量曲线如图所示,下列有关说法错误的是( )
A.反应①、反应②均为放热反应
B.反应①、反应②均为氧化还原反应
C.反应①比反应②的速率慢,与相应正反应的活化能无关
D.反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218kJ·mol-1
解析 根据图像可知,反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物,则反应①、②均为放热反应,A正确;反应①、②中都存在元素化合价变化,所以反应①、②都是氧化还原反应,B正确;反应①比反应②的速率慢,说明反应①中正反应的活化能较大,反应②中正反应的活化能较小,C错误;反应①、反应②总的能量变化为218kJ,根据盖斯定律可知,反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218kJ·mol-1,D正确。
答案 C
12、美国通用原子能公司(GA)提出的碘硫热化学循环是由反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成的(如下图所示),下列有关说法正确的是( )
A.设计该循环是为了制取能源气体O2
B.整个循环过程中产生1molO2的同时产生44.8LH2
C.图中反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
D.图中反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均可在常温常压下进行
解析 A项,O2不是能源气体,A错误;B项,没有说明气体所处的温度和压强,不能确定气体的体积,B错误;C项,都有化合价变化,均为氧化还原反应,C正确;D项,反应Ⅱ是H2SO4分解生成O2、SO2、H2O,不能在常温常压下进行,D错误。
答案 C
13、中国科学院上海高等研究院在合成气直接制烯烃的研究中获重大突破。
已知:
反应①:
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH1
反应②:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2
反应③:
CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH3=-90.1kJ·mol-1
反应④:
2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-134.0kJ·mol-1
反应⑤:
3CH3OH(g)===CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH5=-131.0kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.ΔH1-ΔH2<0
B.反应②为放热反应
C.3CH3OCH3(g)===2CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-103.0kJ·mol-1
D.3CO(g)+6H2(g)===CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-301.3kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,由①-②可得H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2,而该反应为放热反应,即ΔH<0,从而推知ΔH1-ΔH2<0,A正确;反应②C(s)与H2O(g)在高温下反应生成CO(g)和H2(g),该反应为吸热反应,B错误;根据盖斯定律,由⑤×2-④×3可得3CH3OCH3(g)===2CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=(-131.0kJ·mol-1)×2-(-134.0kJ·mol-1)×3=+140.0kJ·mol-1,C错误;根据盖斯定律,由③×3+⑤可得3CO(g)+6H2(g)===CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH=(-90.1kJ·mol-1)×3+(-131.0kJ·mol-1)=-401.3kJ·mol-1,D错误。
答案 A
14、某硝酸厂处理尾气中NO的方法是在催化剂存在下,用H2将NO还原为N2,其热化学方程式为NO(g)+H2(g)===
N2(g)+H2O(g) ΔH=mkJ·mol-1,其能量变化过程如下:
下列说法正确的是( )
A.过程①、②、③、④都是放热过程
B.m=+
(a+b-c-d)kJ·mol-1
C.m=-
(c+a-d-b)kJ·mol-1
D.m=+
(c+d-a-b)kJ·mol-1
答案 B
解析 分子变为原子需要吸收能量,原子结合为分子释放能量,则有2NO(g)===2N(g)+2O(g) ΔH1=+akJ·mol-1 ①;2N(g)===N2(g) ΔH2=-ckJ·mol-1 ②;2H2(g)===4H(g) ΔH3=+bkJ·mol-1 ③;2O(g)+4H(g)===2H2O(g) ΔH4=-dkJ·mol-1 ④。
根据盖斯定律,由①+②+③+④得2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=(a+b-c-d)kJ·mol-1,则NO(g)+H2(g)===
N2(g)+H2O(g) ΔH=
(a+b-c-d)kJ·mol-1。
故选B。
15甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理如下:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49.0kJ·mol-1
②CH3OH(g)+
O2(g)===CO2(g)+2H2(g)ΔH=-192.9kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.CH3OH的燃烧热为192.9kJ·mol-1
B.①中的能量变化如下图所示
C.CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
D.根据②推知反应CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2(g)的ΔH>-192.9kJ·mol-1
解析 ②中H2(g)不是稳定的氧化物,A项错误;①为吸热反应,而图示反应为放热反应,B项错误;据题给①②可知CH3OH转变成H2的过程可能吸收能量,也可能放出能量,C项错误;由于CH3OH在气态时的能量比液态时的高,可知等量CH3OH(l)比CH3OH(g)反应时放出热量少,D项正确。
答案 D
二、非选择题(共55分)
17、(15分)写出下列反应的热化学方程式。
(1)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和液态H2O。
已知室温下
2gSiH4自燃放出热量89.2kJ。
SiH4自燃的热化学方程式为_______________________
(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。
在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是___________________________
(3)已知断开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键需要的能量分别是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为_______________________________
(4)已知化学反应A2(g)+B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示,请写出该反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________
(5)FeS2焙烧产生的SO2可用于制硫酸。
已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH1=-197kJ·mol-1;
H2O(g)===H2O(l) ΔH2=-44kJ·mol-1;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)
2H2SO4(l)ΔH3=-545kJ·mol-1。
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式为______________________________________
答案
(1)SiH4(g)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1427.2kJ·mol-1
(2)4CuCl(s)+O2(g)===2CuCl2(s)+2CuO(s)ΔH=-177.6kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH=-92kJ·mol-1
(4)A2(g)+B2(g)===2AB(g)ΔH=+(a-b)kJ·mol-1
(5)SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l) ΔH=-130kJ·mol-1
解析
(1)2gSiH4自燃放出热量89.2kJ,1molSiH4自燃放出热量为1427.2kJ,故热化学方程式为SiH4(g)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1427.2kJ·mol-1。
(2)由题意知,生成的黑色固体是氧化铜,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式。
再根据反应每消耗1molCuCl(s)放热44.4kJ可写出该反应的热化学方程式:
4CuCl(s)+O2(g)===2CuCl2(s)+2CuO(s) ΔH=-177.6kJ·mol-1。
(3)N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=(946+436×3-391×6)kJ·mol-1=-92kJ·mol-1。
(4)由图可知,生成物总能量高于反应物总能量,故该反应为吸热反应,热化学方程式为A2(g)+B2(g)===2AB(g)ΔH=+(a-b)kJ·mol-1。
(5)2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH1=-197kJ·mol-1①;
H2O(g)===H2O(l) ΔH2=-44kJ·mol-1②;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)
2H2SO4(l)ΔH3=-545kJ·mol-1③。
根据盖斯定律,由(③-①-②×2)×
得SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l) ΔH=-130kJ·mol-1。
17、(10分)热力学标准态(298.15K、101kPa)下,由稳定单质发生反应生成1mol化合物的反应热叫该化合物的生成热(ΔH)。
图甲为ⅥA族元素氢化物a、b、c、d的生成热数据示意图。
试完成下列问题。
(1)①请你归纳非金属元素氢化物的稳定性与氢化物的生成热ΔH的关系:
_________________________________
②硒化氢在上述条件下发生分解反应的热化学方程式为___________________________________
(2)在25℃、101kPa下,已知SiH4气体在氧气中完全燃烧后恢复至原状态,平均每转移1mol电子放热190.0kJ,该反应的热化学方程式是__________________________________
(3)根据图乙写出反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)的热化学方程式:
______________
(4)由金红石(TiO2)制取单质Ti的步骤为
TiO2―→TiCl4
Ti
已知:
Ⅰ.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
Ⅱ.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1
Ⅲ.TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(s)+O2(g) ΔH=+141kJ·mol-1
①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=________________。
②反应TiCl4+2Mg
2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是_________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)①非金属元素氢化物越稳定,ΔH越小 ②H2Se(g)===Se(s)+H2(g) ΔH=-81kJ·mol-1
(2)SiH4(g)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1520.0kJ·mol-1
(3)CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=-91kJ·mol-1
(4)①-80kJ·mol-1 ②防止高温下Mg、Ti与空气中的O2(或CO2、N2)作用
解析
(2)SiH4气体在氧气中完全燃烧的化学方程式为SiH4+2O2
SiO2+2H2O,由方程式可知,1molSiH4完全燃烧转移8mol电子,故热化学方程式为SiH4(g)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1520.0kJ·mol-1。
(3)ΔH=419kJ·mol-1-510kJ·mol-1=-91kJ·mol-1,故该反应的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=-91kJ·mol-1。
(4)①根据盖斯定律,由2×Ⅰ-Ⅱ+Ⅲ可得:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(s)+2CO(g) ΔH=-80kJ·mol-1。
18、(共14分)研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。
已知:
①CO(g)+
O2(g)===CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-296.0kJ·mol-1
此反应的热化学方程式是_______________________________________________。
(2)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=-akJ·mol-1(a>0)
2CO(g)+2NO(g)===N2(g)+2CO2(g)ΔH=-bkJ·mol-1(b>0)
若用标准状况下3.36LCO还原NO2至N2(CO完全反应)的整个过程中转移电子的物质的量为________mol,放出的热量为________kJ(用含有a和b的代数式表示)。
(3)用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH1=-574kJ·mol-1①
CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=?
②
若1molCH4还原NO2至N2,整个过程中放出的热量为867kJ,则ΔH2=______________。
答案
(1)2CO(g)+SO2(g)
S(s)+2CO2(g)
ΔH=-270kJ·mol-1
(2)0.3
(3)-1160kJ·mol-1
解析
(1)依据题意知,处理烟道气污染的一种方法是将CO、SO2在催化剂作用下转化为单质S,对照反应①和②,并根据盖斯定律将反应①×2-②可得答案。
(2)假设两个反应分别为
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