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高考化学专题复习化学能与热能的解答题
2021年高考化学专题复习:
化学能与热能的解答题
一、解答题
1.利用空气氧化NO,成本低廉,很具有研究价值。
回答下列问题:
(1)NO氧化反应机理可能涉及如下过程:
Ⅰ.
(快反应)
Ⅱ.
(慢反应)
Ⅲ.
(快反应)
上述反应_______(填序号)决定NO的氧化反应速率;
已知
则反应
的
_______
(用a、b、c的代数式表示,a、b、c均为正值)。
(2)已知反应Ⅰ:
v正=k1·c2(NO),v逆=k2·c[(NO)2],k1、k2为速率常数,仅受温度影响。
下列叙述错误的是_______(填字母)。
A.反应Ⅰ达到平衡状态,可推知
B.反应Ⅱ的活化能低于反应Ⅰ的活化能
C.增大NO的浓度,
增大;升高温度,
增大
(3)一定条件下,将
和
按物质的量之比2:
1充入反应容器,发生反应:
。
其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下随温度变化的曲线如图所示。
①
_______(填“>”“<”或“=”)
。
②400℃、
条件下,O2的平衡转化率为_______%。
③700℃、p2条件下,该反应的平衡常数Kp=_______(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)恒容条件下,为提高NO转化为NO2的平衡转化率可采取的措施为_______(任写一种)。
2.CO2是一种廉价的碳资源,把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中,再把CO2从溶液中提取出来,并使之与H2在催化剂作用下生成可再生能源甲醇,相关反应如下。
回答下列问题。
反应ICO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.2kJ/mol
反应IICO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H2
已知:
①CO和H2的燃烧热△H分别为-283.0kJ/mol和-285.8kJ/mol
②H2O(g)=H2O
(1)△H3=-44.0kJ/mol
(1)反应II的△H=_____kJ/mol。
(2)将1.0molCO2和3.0molH2充入2L恒容密闭容器中,使其仅按反应I进行,在不同催化剂作用下,相同时问内CO2的转化率随温度变化如图所示,下列说法正确的是________。
A.根据图中曲线分析,催化剂I的催化效果最好
B.b点v(正)可能等于v(逆)
C.a点的转化率比c点高可能的原因是该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,转化率降低
D.c点时该反应的平衡常数K=2.08
(3)现使用一种催化剂(CZZA/rGO),按n(CO2):
n(H2)=1:
3(总量为amol)投料于恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率:
转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示:
(忽略温度对催化剂的影响)
①在553K时,反应体系内甲醇的物质的量为_______mol。
②随着温度的升高,CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低,请分析其原因:
_________。
(4)根据反应I中各物质的物质的量得到v正~n(CO2)和v逆~n(CH3OH)的关系可用下图表示。
在图示达到平衡后,缓慢升高到某一温度,反应重新达到平衡,请在下图中画出此过程的趋势图。
_______
3.运用化学反应原理研究氮、碳、硫等单质及其化合物的反应有重要意义。
氨在国民经济中占有重要地位。
合成氨工业中,合成塔中每产生2molNH3,放出92.2kJ热量。
(1)合成氨反应的热化学方程式是_______。
(2)若起始时向容器内充入2molN2和6molH2,达平衡后放出的热量为Q,则Q_______(填“>”“<”或“=”)184.4kJ。
(3)①已知拆开1molH—H键、1molN—H键分别需要的能量是436kJ、391k,若产生2molNH3,放出92.2kJ热量,则拆开1molN≡N需要吸收的能量为_______。
(4)在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成_______液态水时所释放的热量叫做中和热,1L1mol·L-1KOH溶液中和1L1mol·L-1HNO3溶液,放出57.3kJ热量,则中和热为_______。
(5)若适量的N2和O2完全反应,每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量,其热化学方程式为_______。
若在一定温度下,可逆反应2NO2⇌2NO+O2在体积不变的密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是_______(填序号)
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2
②混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
③混合气体的密度不再改变的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤NO2、NO、O2的物质的量浓度比为2:
2:
1的状态
4.碳和氮的氢化物是广泛的化工原料,回答下列问题:
(1)工业上合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)∆H=-92.2kJ/mol,反应过程中能量变化如图所示。
①反应2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的活化能为___________kJ/mol,有利于该反应自发进行的条件是___________。
②合成氨时加入铁粉可以加快生成NH3的速率,在图中画出加入铁粉后的能量变化曲线_________。
(2)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题:
①CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)∆H=+247kJ·mol-1
某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,5min达到平衡时CO2的转化率是50%。
0-5min平均反应速率v(CO)=___________mol·L-1·min-1
②反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如表:
积碳反应
CH4(g)=C(s)+2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)=2CO(g)
∆H/(kJ·mol-1)
75
172
活化能/
(kJ·mol-1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
由表判断,催化剂X___________Y(填“优于”或“劣于”),理由是___________。
5.CH3OH是一种清洁能源和重要化工原料。
(1)CH3OH(l)的燃烧热为727kJ∙mol-l。
表示甲醇燃烧热的热化学方程式为___________。
(2)甲醇脱氢法制备甲醛,已知几个热化学方程式如下:
①CH3OH(l)=HCHO(g)+H2(g)ΔH1
②CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)ΔH2
③CH3OH(l)=CO(g)+2H2(g)ΔH3
④CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)ΔH=___________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)。
(3)在恒温恒容条件下,起始只投料甲醇发生反应CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g),达到平衡的标志有___________(填字母序号)。
A.
保持不变
B.CH3OH的消耗速率等于HCHO的生成速率
C.容器内气体的总压强保持不变
D.容器内气体的密度保持不变
(4)在恒温恒容条件下,在容积相同的甲、乙两个密闭容器中按下列方式投料(a、c均大于零):
甲
乙
1molCH3OH(g)
amoCH3OH(g),cmolHCHO(g),cmolH2(g)
已知甲容器达到平衡时气体总压强是起始压强的1.6倍,为了使乙容器中反应保持向逆向进行,达到平衡时与甲容器中同组分体积分数相等,则c的取值范围为___________。
(5)向恒容密闭容器中充人一定量的CH3OH(g),发生反应CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g),反应过程中能量变化如图l所示。
平衡时甲醇的体积分数与温度、压强的关系如图2所示。
①由图1知,该反应的活化能为_____。
②相同温度下,增大压强,CH3OH体积分数增大的原因是___________
③温度T1、T2、T3由高到低的顺序为___________。
④M点的压强为2.5MPa,则T2温度下,该反应的平衡常数Kp=___________MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
6.合成氨工业对解决世界粮食危机,增加粮食产量至关重要。
请回答下列问题:
(1)已知下列化学键的键能如下表所示:
化学键
N≡N
H-H
N-H
键能(kJ/mol)
x
436.0
390.8
若N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol,则x=___________。
(2)下列措施可以提高化学反应速率也可提高未平衡时转化率的是________
A.加入高效催化剂B.及时分离出氨气C.恒温恒容时通入惰性气体D.升高温度
(3)工业合成氨反应温度通常采用500℃左右,主要原因是___________。
(4)在恒容的容器中通入lmolN2和3molH2,10min达到平衡,测得其放出的热量为78.54kJ,则N2的转化率为___________,0到10min内用NH3表示该反应速率为___________g/min(保留到0.01位)。
7.I.目前我国主要使用肼(N2H4)作为卫星发射所用燃料。
(1)N2H4可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和H2O。
已知:
①N2(g)+2O2(g)=N2O4(l)ΔH=-19.5kJ·mol−1K1
②N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534.2kJ·mol−1K2
写出反应③液体燃料N2H4与液态N2O4反应生成N2和H2O的热化学方程式:
_______,K1、K2、K3之间的关系:
_______
(2)若已知下列数据:
化学键
N-N
N≡N
H-O
O=O
键能/kJ·mol-1
190
946
462.8
498.8
试根据表中数据计算出N-H的键能:
___________kJ·mol−1
Ⅱ.在体积为2L的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)。
其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
T/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
(1)该反应为___________反应(填“吸热”、“放热”),原因为___________
(2)830℃下,若向容器中分别加入2molH2和2molCO2,10s后达到平衡,则这段时间内
(H2)=___________,转化率α(CO2)=
____________
(3)1200℃时,在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的物质的量分别为4mol、4mol、8mol、8mol,则此时上述反应的平衡向___________移动(填“正向”、“逆向”或“不”)
Ⅲ.已知在不同温度下,甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应:
①CH4(g)→C(s)+2H2(g),②2CH4(g)→C2H4(g)+3H2(g)。
某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,查阅资料,得到如下热力学数据:
反应①的ΔH(298K)=+74.848kJ/mol,ΔS(298K)=+80.674J/(mol·K)
反应②的ΔH(298K)=+3
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- 高考 化学 专题 复习 化学能 热能 解答