届高三化学一轮复习考点训练键能与反应热的关系答案+详解.docx
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届高三化学一轮复习考点训练键能与反应热的关系答案+详解.docx
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届高三化学一轮复习考点训练键能与反应热的关系答案+详解
键能与反应热的关系
1.利用微生物可将废水中苯酚的化学能直接转化为电能,装置如图所示。
电池工作时,下列说法正确的是( )
A.a极为正极,发生氧化反应
B.b极的电极反应式为:
2NO
+12H+-10e-===N2↑+6H2O
C.中间室的Cl-向左室移动
D.左室消耗苯酚(C6H5OH)9.4g时,用电器流过2.4mol电子
解析 由题图可知,在b极上NO
转化为N2,发生得电子的还原反应,故b极为正极,a极为负极,A项错误;b极的电极反应式为2NO
+12H++10e-===N2↑+6H2O,B项错误;原电池中阴离子向负极移动,故C项正确;左室消耗苯酚的电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O===6CO2↑+28H+,9.4g苯酚的物质的量为0.1mol,故用电器应流过2.8mol电子,D项错误。
答案 C
2.我国新能源电动汽车使用三元电池已经成为趋势,镍、钴、锰三元材料通常可以表示为LiNixCoyMnzO2,其中镍、钴、锰3种元素的主要化合价分别是+2、+3和+4,且x+y+z=1。
充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2+6C===Li1-aNixCoyMnzO2+LiaC6,其电池工作原理如图所示,两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。
下列说法不正确的是()
A.允许离子X通过的隔膜属于阳离子交换膜
B.充电时,A为阴极,Li+被还原
C.放电时,正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2+aLi++ae-===LiNixCoyMnzO2
D.无法充电的废旧电池可从石墨电极中回收金属锂
解析根据充电时电池总反应知,放电时负极反应式为LiaC6-ae-===6C+
aLi+,正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2+aLi++ae-===LiNixCoyMnzO2,放电时负极、正极反应式左右颠倒,即为充电时阴极、阳极反应式。
放电时,A是负极,B是正极,Li+向正极移动,则X是Li+,允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜,A项正确;充电时,A是阴极,Li+得到电子被还原,B项正确;由上述分析可知,C项正确;根据充电时电池总反应知,充电时锂离子得电子生成LiaC6,此时才能从石墨电极中回收金属锂,D项错误。
答案D
3.优质的锂碘电池可用于心脏起搏器延续患者的生命,它的正极材料是聚2乙烯吡啶(简写P2VP)和I2的复合物,电解质是固态薄膜状的碘化锂,电池的总反应为2Li+P2VP·nI2===P2VP·(n-1)I2+2LiI,则下列说法正确的是( )
A.正极的反应为P2VP·nI2+2e-===P2VP·(n-1)I2+2I-
B.电池工作时,碘离子移向P2VP极
C.聚2乙烯吡啶的复合物与有机物性质相似,因此聚2乙烯吡啶的复合物不会导电
D.该电池所产生的电压低,使用寿命比较短
解析 A.正极的反应为P2VP·nI2+2e-===P2VP·(n-1)I2+2I-,故A正确;B.P2VP极为正极,电池工作时,碘离子移向负极Li,故B错误;C.聚2乙烯吡啶的复合物作正极,因此聚2乙烯吡啶的复合物可以导电,故C错误;D.锂的比能量高,该电池使用寿命比较长,故D错误。
故选A。
答案 A
4.已知:
H2(g)+Cl2(g)
2HCl(g)反应的能量变化示意图如下:
下列说法正确的是
A.点燃条件和光照条件下,反应的ΔH不同
B.反应的ΔH约为[2c-(a+b)]kJ·mol-1
C.“假想的中间物质”的总能量低于起始态H2和Cl2的总能量
D.反应涉及的物质中,既有含极性键的物质,也有含非极性键的物质
【答案】D
【解析】A.反应热取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小,与反应条件无关,故A错误;B.据图可知,氢气和氯气生成氯化氢的反应是放热反应,△H=-[2c-(a+b)]kJ·mol-1,故B错误;C.由H2和Cl2生成“假想的中间物质”,需要断裂化学键吸收能量,则“假想的中间物质”的总能量高于起始态H2和Cl2的总能量,故C错误;D.反应涉及的物质中,HCl是含极性键的物质,H2和Cl2是含非极性键的物质,故D正确;答案选D。
5.锂空气充电电池有望成为电池行业的“明日之星”,其工作原理如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.有机电解质可用Li2SO4溶液代替
B.电池工作时,正极的电极反应式为2Li++O2+2e-===Li2O2
C.充电时,多孔电极应与电源负极相连
D.电池充电时间越长,电池中Li2O2含量越多
解析 因为Li与水反应,故不能用Li2SO4溶液作电解质溶液,A项错误;由题图可知,正极的电极反应为2Li++O2+2e-===Li2O2,B项正确;充电时,多孔电极应与电源正极相连,C项错误;电池充电时间越长,Li2O2转化为Li的量越多,则Li2O2的含量越少,D项错误。
答案 B
6.已知:
①1mol晶体硅中含有2molSi—Si键。
②Si(s)+O2(g)
SiO2(s)ΔH,其反应过程与能量变化如图所示。
③
化学键
Si―O
O=O
Si―Si
断开1mol共价键所需能量/kJ
460
500
176
下列说法正确的是
A.晶体硅光伏发电将化学能转化为了电能
B.二氧化硅稳定性小于硅的稳定性
C.ΔH=−988kJ·mol−1
D.ΔH=a−c
【答案】C
【解析】A、晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能,选项A错误;B、根据化学键的键能判断,断裂1mol二氧化硅需要的能量为4×460kJ=1840kJ,断裂1mol晶体硅需要的能量为2×176kJ=354kJ,故二氧化硅稳定性大于硅的稳定性,选项B错误;C、Si(s)+O2(g)=SiO2(s)ΔH=(+176×2+500-460×4)kJ/mol=-988kJ/mol,选项C正确;D、根据图中信息可知,ΔH=-c,选项D错误。
7.工业上联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。
测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,下列有关说法正确的是( )
A.a电极的电极反应式为:
2H++2e-===H2↑
B.产物丙为硫酸
C.离子交换膜d为阴离子交换膜
D.每转移0.1mol电子,产生1.12L的气体乙
解析 根据题图并结合题意,同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,知甲为O2,乙为H2,则a电极上OH-放电,产生氧气,电极反应式为:
2H2O-4e-===4H++O2↑,A项错误;a电极为阳极,阳极上OH-放电,SO
向阳极移动,因此产物丙为硫酸,B项正确;b电极为阴极,阴极上H+放电,Na+向阴极移动,则d为阳离子交换膜,C项错误;根据b电极的电极反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,知每转移0.1mol电子,产生标准状况下1.12L气体乙(H2),D项错误。
答案 B
8.汽车尾气中含有CO、NO、NO2、碳氢化合物等多种污染物。
回答下列问题:
(1)汽车燃料中不含氮元素,尾气中所含NO产生的原因是____________________。
(2)已知:
2C8H18
(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g)△H1=-10244kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H2
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H3=-746kJ·mol-1
①若H2O
(1)=H2O(g)△H=+44kJ·mol-1,则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为____________________。
②部分化学键键能数据如下:
△H2=__________kJ·mol-1
【答案】高温下空气中的氮气与氧气反应产生的C8H18(l)+
O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)ΔH=-5518kJ·mol-1+196
【解析】
(1)高温条件下空气中N2与O2化合生成NO,N2+O2
2NO。
(2)①给相关的热化学方程式编号[1]2C8H18
(1)+25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(g),△H1=-10244kJ·mol-1;[2]H2O
(1)=H2O(g),△H=+44kJ·mol-1。
根据燃烧热的含义和盖斯定律,将[1]÷2-[2]×9得C8H18
(1)+
O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1),△H=-10244kJ·mol-1÷2-44kJ·mol-1×9=-5518kJ·mol-1,则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为C8H18
(1)+
O2(g)=8CO2(g)+9H2O
(1),△H=-5518kJ·mol-1。
②给相关热方程式编号[3]N2(g)+O2(g)=2NO(g),△H2;[4]2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g),△H3=-746kJ·mol-1。
将[3]+[4]得2CO(g)+O2(g)=2CO2,△H2+△H3,根据反应热与键能的关系有:
△H2+△H3=(2×1076kJ/mol+494kJ/mol)-2×2×799kJ/mol=-550kJ/mol,由此得△H2=-550kJ/mol-△H3=-550kJ/mol-(-746kJ/mol)=+196kJ/mol。
9.按要求回答下列问题
(1)已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为____________________。
(2)已知碳的燃烧热ΔH1=akJ·mol-1,S(s)+2K(s)=K2S(s);ΔH2=bkJ·mol-12K(s)+N2(g)+3O2(g)=2KNO3(s)ΔH3=ckJ·mol-1,则S(s)+2KNO3(s)+3C(s)=K2S(s)
+N2(g)+3CO2(g)ΔH=____________________。
(3)已知:
C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-437.3kJ·mol一1,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)ΔH=-285.8kJ·mol一1,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol一1,写出煤气化(碳和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气)的热化学方程式________,计算10m3(标况)水煤气完全燃烧放出的热量为_________kJ(结果保留到小数点后一位)。
【答案】N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=-92kJ·mol一1(3a+b-c)kJ·mol一1C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=131.5kJ·mol一1126964.3kJ
【解析】
(1)在反应N2+3H2⇌2NH3中,断裂3molH-H键,1molN三N键共吸收的能量为:
3×436kJ+946kJ=2254kJ,生成2molNH3,共形成6molN-H键,放出的能量为:
6×391kJ=2346kJ,吸收的能量少,放出的能量多,该反应为放热反应,放出的热量为:
2346kJ-2254kJ=92kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1;因此,正确答案是:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1。
(2)碳的燃烧热△H1=a kJ•mol-1,其热化学方程式为C(s)+O2(g)=CO2(g)△H1=a kJ•mol-1①,S(s)+2K(s)═K2S(s)△H2=b kJ•mol-1②
2K(s)+N2(g)+3O2(g)═2KNO3(s)△H3=ckJ•mol-1③,将方程式3①+②-③得S(s)+2KNO3(s)+3C(s)═K2S(s)+N2(g)+3CO2(g),则△H=(3a+b-c)kJ•mol-1,因此,答案是:
(3a+b-c)kJ•mol-1;(3)已知:
①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-437.3kJ•mol一1,②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H=-285.8kJ•mol一1,③CO(g)+1/2O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
根据盖斯定律计算,①-②-③得到固态碳与水蒸汽反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式是:
C(s)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=+131.5kJ•mol-1;因此,答案是:
C(s)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=+131.5kJ•mol-1,
(4)根据反应②③可以知道,每2摩尔水煤气完全燃烧放出的热量为285.8kJ+283.0kJ=568.8kJ,所以10m3(标况)即10000L/22.4=446.43mol,的水煤气完全燃烧放出的热量为446.43×568.8kJ×1/2=126964.3kJ,因此,答案是:
C(s)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-131.5kJ•mol-1;126964.3。
10.肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂,回答下列问题:
(2)①已知2N2H4(g)+N2O4(g)
3N2(g)+4H2O(g)△H=-QkJ·mol-1,相关化学键的键能如表所示。
使1molN2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量是___________kJ(用代数式表示)
【答案】3c+8d-8a-2b-Q
【解析】
(2)①假设使1molN2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量为x,则有△H=-Q=2(4a+b)+x-3c-8d,x=3c+8d-8a-2b-Q。
11.丙烷脱氢是工业生产丙烯的重要途径,其热化学方程式为:
C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g)ΔH。
请回答下列相关问题。
(1)下表为部分键能数据,据此可算出△H=_________kJ/mol。
化学键
C—C
C=C
C—H
H—H
键能(kJ/mol)
332
611
414
436
【答案】+113
【解析】
(1)反应热△H=反应物总键能-生成物总键能=(2×332+8×414)-(6×414+332+611+436)kJ/mol=+113kJ/mol,故答案为:
+113。
12.“绿水青山就是金山银山”,研究NxOy、CO、SO2等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(1)已知:
①NO2+CO
CO2+NO该反应的平衡常数为K1(下同),每1mol下列物质分解为气态基态原子吸收的能量分别为
NO2
CO
CO2
NO
812kJ
1076kJ
1490kJ
632kJ
②N2(g)+O2(g)
2NO(g)△H=+179.5kJ/molK2
③2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)△H=-112.3kJ/molK3
写出NO与CO反应生成无污染气体的热化学方程式_____________________,该热化学方程式的平衡常数K=______________________(用K1、K2、K3表示)
【答案】2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)△H=-759.8kJ/molK12.K3/K2【解析】
(1)由已知,反应①的△H=(812+1076-1490-632)kJ/mol=-234kJ/mol,根据盖斯定律,①×2+③-②得:
2NO2(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g),△H=[-234×2+(-112.3)-179.5]kJ/mol=-759.8kJ/mol,当总反应式相加时平衡常数相乘,相减时平衡常数相除,成倍时平衡常数为幂,所以平衡常数K=
。
13.从煤化工行业中可以得到许多重要的工业资源。
回答下列问题:
(1)从煤的气化获得的化工原料气中含有的少量羰基硫(COS)会引起催化制中毒,大气污染等问题。
①羰基硫与烧碱溶液反应生成两种正盐的离子方程式为_________________________________。
②羰基硫的脱硫方法之一为COS(g)+H2(g)=H2S(g)+CO(g)ΔH=+7kJ·mol-1,已知反应中部分物质的键能数据如下:
化学键
C=O
C=S
H-S
H-H
键能(kJ·mol-1)
745
577
339
436
则CO分子中的碳氧键的键能为_________________。
【答案】COS+4OH-=S2-+CO32-+2H2O1073kJ·mo1-1
【解析】①根据原子守恒规律:
羰基硫与烧碱溶液反应生成硫化钠和碳酸钠两种正盐,离子方程式为COS+4OH-=S2-+CO32-+2H2O;正确答案COS+4OH-=S2-+CO32-+2H2O。
②设CO分子中的碳氧键的键能为XkJ·mo1-1,反应热=反应物总键能-生成物总键能=745+577+436-2×339-X=+7,X=1073kJ·mo1-1;正确答案:
1073kJ·mo1-1。
14.二甲醚又称甲醚,简称DME,熔点-141.5 ℃,沸点-24.9 ℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。
制备原理如下:
Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚:
①2CH4(g)+O2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1
Ⅱ.由合成气制备二甲醚:
②CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H2=-90.7 kJ·mol-1
③2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H3
回答下列问题:
(1)若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol-1、1453.0kJ·mol-1;1mol 液态水变为气态水要吸收44.0kJ的热量。
反应③中的相关的化学健键能数据如表:
化学键
H-H
C-O
H-O(水)
H-O(醇)
C-H
E/(kJ•mol-1)
436
343
465
453
413
则△H1=_________kJ·mol-1△H3=_________kJ·mol-1
【答案】-283.6kJ•mol-1-24kJ·mol-1
【解析】
(1)若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol-1、1453.0kJ·mol-1;得到甲烷、二甲醚的燃烧热化学方程式分别为:
④CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l)△H4=-890.3 kJ·mol-1
⑤CH3OCH3(g)+3O2(g)
2CO2(g)+3H2O(l)△H5=-1453.0 kJ·mol-1
故④×2-⑤=①得到:
2CH4(g)+O2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(l),且1mol 液态水变为气态水要吸收44.0kJ的热量,故则△H1=(-890.3×2+1453+44.0)kJ·mol-1=-283.6kJ•mol-1,根据所给键能,③2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+ H2O(g) 反应物总键能-生成物总键能=反应热故△H3=-24kJ·mol-1。
15.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇;发生的主反应如下:
i.CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H1
ii.CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H2
iii.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H3
回答下列问题:
(1)已知反应ii中的相关的化学键键能(“C
O”表示CO的化学键)数据见表:
化学键
H-H
C-O
C
O
H-O
C-H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1076
465
413
由此计算△H2=________ kJ·mol-1;已知△H1=-58kJ·mol-1,则△H3=________ kJ·mol-1
【答案】-99+41
【解析】
(1)反应热=反应物总键能−生成物总键能,故△H1=(1076+2×436)−(3×413+343+465)=−99kJ·mol-1;根据盖斯定律:
反应i−反应ii=反应iii,△H3=△H1−△H2=−58−(−99)=+41kJ·mol-1。
16.氨广泛用于生产化肥、制冷剂等方面。
回答下列问题:
(3)液氨可用作制冷剂,液氨气化时________(填“释放”或“吸收”)能量;液氨泄漏遇明火会发生爆炸。
已知部分化学键的键能数据如下表所示:
共价键
N-H
O=O
N≡N
O-H
键能/kJ.mol-1
391
498
946
463
则反应4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)的反应热△H=__________。
【答案】吸收-1262kJ.mol-1
【解析】
(3)液氨可用作制冷剂,是因为液氨气化时吸收能量,导致周围温度降低;反应4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=391×3×4+498×3-946×2-463×2×6=-1262kJ·mol-1,故答案为:
吸收;-1262kJ·mol-1。
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