1、 专题五专题五 化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化 挖命题 【考情探究】 考点 内容解读 5 年考情 预测热 度 考题示例 难度 关联考点 化学反应中能 量变化的有关 概念及计算 1.通过化学键的断裂和形 成,能说明化学反应中能量 变化的原因。 2.通过化学能与热能的相互 转化,认识常见的能量转化 形式及其重要应用。 2016天津理综,3、 10(4) 易 热化学方程式 的书写及正误 判断 能正确书写热化学方程式并 根据盖斯定律进行有关计 算。 2018 天津理 综,10(2) 2016 天津理 综,7(4)、10(2) 2015 天津理 综,7(4) 2014 天津理 综,7(4) 中
2、 分析解读 高考对本专题内容的考查主要集中在以下几个方面:一是能量的转化及其应用, 主要涉及能量变化的本质,物质能量高低与稳定性的关系,以图像的形式表示能量变化过程 的分析;二是热化学方程式的书写,主要根据题给信息正确书写有限制条件的热化学方程式, 通过化学键与能量的关系计算反应热等;三是盖斯定律的应用,主要是利用盖斯定律计算反 应热的数值。本专题内容在高考题中出现的频率极高,难度多集中在盖斯定律的应用。考查 学生的变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学态度与社会责任素养。 【真题典例】 破考点 【考点集训】 考点一 化学反应中能量变化的有关概念及计算 1.2017 年中国成功开采可燃冰
3、(主要成分为甲烷)。 直接从自然界得到的能源为一次能源,下 列不属于一次能源的是( ) A.石油 B.氢能 C.太阳能 D.煤 答案 B 2.中国学者在水煤气变换CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H中突破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催化剂(能吸附不同粒子)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、过程均为放热过程 B.过程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 H D.图示过程中的 H2O 均参与了反应过程 答案 D 3.两种由正丁烷(C4H10)催化脱氢制 1-丁烯(C4H8
4、)的热化学方程式如下: C4H10(g) C4H8(g)+H2(g) H1=+123 kJmol -1 C4H10(g)+1/2O2(g) C4H8(g)+H2O(g) H2=-119 kJmol -1 下列说法中不正确的是( ) A.中有极性键断裂,同时有非极性键形成 B.中使用不同的催化剂,H1不变 C.中反应物总能量低于生成物总能量 D.1 mol C4H10(g)完全燃烧释放的能量大于 119 kJ 答案 C 考点二 热化学方程式的书写及正误判断 1.煤的工业加工过程中,可利用 CO 和 H2合成用途广泛的化工原料甲醇,能量变化如图所示。 下列说法正确的是( ) A.该反应是吸热反应
5、B.1 mol CH3OH(g)所具有的能量为 90.1 kJmol -1 C.CO(g)+2H2(g) CH3OH(l) H=-90.1 kJmol -1 D.1 mol CO(g)和 2 mol H2(g)断键所需能量小于 1 mol CH3OH(g)断键所需能量 答案 D 2.铜冶金技术以火法冶炼为主。 (1)火法炼铜的工艺流程如下: 反应:2Cu2S(s)+3O2(g) 2Cu2O(s)+2SO2(g) H=-768.2 kJmol -1 反应:2Cu2O(s)+Cu2S(s) 6Cu(s)+SO2(g) H=+116.0 kJmol -1 在反应中,每生成 1 mol SO2转移电子
6、 mol。 反应 Cu2S(s)+O2(g)2Cu(s)+SO2(g)的 H= kJmol -1。 理论上 m1m2= 。 (2)炼铜的副产品 SO2多用于制硫酸和石膏等化学产品。 制硫酸中重要的一步反应是 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H=-196 kJmol -1。 下图表示将 2.0 mol SO2和 1.0 mol O2置于 1 L 密闭容器中,当其他条件一定时,SO2(g)的平 衡转化率 随 X 的变化关系,X(X1、X2)代表压强或温度。 X 代表的物理量是 。A 对应条件下平衡常数 K= 。 下图表示的是生产石膏的简单流程,请用平衡移动原理解释向CaCO3悬浊液中通
7、入SO2发生 反应的原 因 。 (3)工业硫酸中往往含有一定量的 SO2,测定过程如下:取 m g 工业硫酸配成 100 mL 溶液,取出 20.00 mL 溶液,加入 1 mL 指示剂,用 c molL -1 I 2标准溶液滴定,消耗 I2标准溶液 V mL,工 业硫酸中含有 SO2的质量分数的计算式是 。 答案 (1)6 -217.4 21 (2)压强 80 CaCO3悬浊液中存在 CaCO3(s) Ca 2+(aq)+CO 3 2-(aq),通入 SO 2时,CO3 2-与 SO 2反应,c(CO3 2-) 减小,溶解平衡正向移动 (3)8 25 100% 炼技法 【方法集训】 方法 反
8、应热大小的比较及计算 1.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H=a kJmol -1,反应过程中的能量变化如图所示。下列说法 中,不正确的是 ( ) A.aH2H3 B.H1H2=H3 C.H1p1 相同温度下,由于反应为气体分子数减小的反应,加压有利于提升 CO 的转化率; 而反应为气体分子数不变的反应,产生 CO 的量不受压强影响。故增大压强时,有利于 CO 的转化率升高(每空 2 分,共 4 分) 考点二 热化学方程式的书写及正误判断 A 组 自主命题天津卷题组 1.(2014 天津理综,7,节选) (4)晶体硅(熔点 1 410 )是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下:
9、Si(粗) SiCl4 SiCl4(纯) Si(纯) 写出 SiCl4的电子式: ;在上述由 SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成 1.12 kg 纯 硅需吸收 a kJ 热量,写出该反应的热化学方程 式: 。 答案 (4):Cl S Cl Cl Cl SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g) H=+0.025a kJmol -1 2.(2015 天津理综,7,节选)随原子序数递增,八种短周期元素(用字母 x 等表示)原子半径的 相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。 根据判断出的元素回答问题: (4)已知 1 mol e 的单质在足量 d2中燃烧,恢复至室温,放出
10、255.5 kJ 热量,写出该反应的热 化学方程式: 。 答案 (4)2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) H=-511 kJmol -1 3.(2018 天津理综,10,14 分)CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列 问题: (1)CO2可以被 NaOH 溶液捕获。若所得溶液 pH=13,CO2主要转化为 (写离子符号);若 所得溶液 c(HCO3 -)c(CO 3 2-)=21,溶液 pH= 。(室温下,H 2CO3的 K1=410 -7;K 2=510 -11) (2)CO2与 CH4经催化重整,制得合成气: CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(
11、g) 已知上述反应中相关的化学键键能数据如下: 化学键 CH C O HH C O(CO) 键能/kJmol -1 413 745 436 1 075 则该反应的 H= 。分别在 V L 恒温密闭容器 A(恒容)、B(恒压,容积可变) 中,加入 CH4和 CO2各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。 按一定体积比加入 CH4和 CO2,在恒压下发生反应,温度对 CO 和 H2产率的影响如图 1 所示。 此反应优选温度为 900 的原因 是 。 图 1 (3)O2辅助的 Al-CO2电池工作原理如图 2 所示。该电池电容量大,能有效利用
12、CO2,电池反应 产物 Al2(C2O4)3是重要的化工原料。 图 2 电池的负极反应式: 。 电池的正极反应式:6O2+6e - 6O2 - 6CO2+6O2 - 3C2O4 2-+6O 2 反应过程中 O2的作用是 。 该电池的总反应式: 。 答案 (14 分)(1)CO3 2- 10 (2)+120 kJmol -1 B 900 时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低 (3)Al-3e - Al 3+(或 2Al-6e- 2Al 3+) 催化剂 2Al+6CO2Al2(C2O4)3 B 组 统一命题、省(区、市)卷题组 4.(2014 课标,13,6 分
13、)室温下,将 1 mol 的 CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效 应为 H1,将 1 mol 的 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为 H2;CuSO45H2O 受热分 解的化学方程式为:CuSO45H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为 H3。则下列判断正确 的是( ) A.H2H3 B.H1H3 答案 B 由题干信息可得:CuSO45H2O(s) Cu 2+(aq)+SO 4 2-(aq)+5H 2O(l) H10,CuSO4(s) Cu 2+(aq)+SO 4 2-(aq) H 20,H2H1,B 项正确,C、D 项 错误;H30,H2H2
14、,A 项错误。 5.(2014 重庆理综,6,6 分)已知:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) H=a kJmol -1 2C(s)+O2(g) 2CO(g) H=-220 kJmol -1 HH、O O 和 OH 键的键能分别为 436、496 和 462 kJmol -1,则 a 为( ) A.-332 B.-118 C.+350 D.+130 答案 D 按顺序将题中两个热化学方程式编号为和,依据盖斯定律,-2 得:2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-(220+2a)kJmol -1,代入相关数据 得:(2436+496)-4462=-(220+2a),解得 a=+
15、130,D 项正确。 6.(2014 江苏单科,10,2 分)已知: C(s)+O2(g) CO2(g) H1 CO2(g)+C(s) 2CO(g) H2 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) H3 4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s) H4 3CO(g)+Fe2O3(s) 3CO2(g)+2Fe(s) H5 下列关于上述反应焓变的判断正确的是( ) A.H10,H30,H40 C.H1=H2+H3 D.H3=H4+H5 答案 C 7.(2017 江苏单科,8,2 分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确 的是( ) C(s)+H2O(g) CO(g
16、)+H2(g) H1=a kJmol -1 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) H2=b kJmol -1 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H3=c kJmol -1 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=d kJmol -1 A.反应、为反应提供原料气 B.反应也是 CO2资源化利用的方法之一 C.反应 CH3OH(g) 1 2CH3OCH3(g)+ 1 2H2O(l)的 H= 2 kJmol -1 D.反应 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)的 H=(2b+2c+d)kJmol -1 答案 C
17、8.(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) H=x kJmol -1 已知:碳的燃烧热 H1=a kJmol -1 S(s)+2K(s) K2S(s) H2=b kJmol -1 2K(s)+N2(g)+3O2(g) 2KNO3(s) H3=c kJmol -1 则 x 为( ) A.3a+b-c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b 答案 A 9.(2017 课标,28,14 分)近期发现,H2S 是继 NO、CO 之后的第三个生命体系气体信号分子
18、, 它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: (1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以 B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 C.0.10 molL -1的氢硫酸和亚硫酸的 pH 分别为 4.5 和 2.1 D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸 (2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。 通过计算,可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别 为 、 ,制得 等量 H2所需能量较少的是 。 (3)H2S 与 CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)
19、COS(g)+H2O(g)。 在 610 K 时,将 0.10 mol CO2与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。 H2S 的平衡转化率 1= %,反应平衡常数 K= 。 在 620 K 重复实验,平衡后水的物质的量分数为 0.03,H2S 的转化率 2 1,该反 应的 H 0。(填“”“ B C 组 教师专用题组 10.(2014 课标,28,15 分)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水 合法生产。回答下列问题: (1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。
20、 写 出相应反应的化学方程式: 。 (2)已知: 甲醇脱水反应 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H1=-23.9 kJmol -1 甲醇制烯烃反应 2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g) H2=-29.1 kJmol -1 乙醇异构化反应 C2H5OH(g) CH3OCH3(g) H3=+50.7 kJmol -1 则乙烯气相直接水合反应 C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)的 H= kJmol -1。 与间接水 合法相比,气相直接水合法的优点是 。 (3)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中 H2O C2H4=11)。
21、 列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中 A 点的平衡常数 Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ,理由是 。 气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度 290 、压强 6.9 MPa, H2O C2H4=0.61。乙烯的转化率为 5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当 改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。 答案 (1)C2H4+H2SO4C2H5OSO3H、 C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4 (2)-45.5 污染小、腐蚀性小等 (3) (C2H5OH) (C2
22、H4) (H2O)= 20% 2 -20% ( 80% 2 -20% ) 2= 20 180 802 7.85 Pa=0.07(MPa) -1 p1c(OH-)=c(H+) 3.(2018 天津河北区一模,10,节选)(8 分)丙烷在燃烧时能放出大量的热,它是液化石油气的 主要成分,作为能源应用于人们的日常生产和生活中。已知: 2C3H8(g)+7O2(g) 6CO(g)+8H2O(l) H1=-2 741.8 kJ/mol 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) H2=-566 kJ/mol (1)反应 C3H8(g)+5O2(g) 3CO2(g)+4H2O(l)的 H= 。 (3)依据(
23、1)中的反应可以设计一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丙烷气体;燃料 电池内部是熔融的掺杂着氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在其内部可以传导 O 2-。在电池 内部 O 2-由 极移向 极;电池的负极反应式 为 。 (4)用上述燃料电池和惰性电极电解足量 Mg(NO3)2和 NaCl 的混合溶液。电解开始后阴极的 现象为 。 答案 (1)-2 219.9 kJ/mol (3)正 负 C3H8+10O 2- -20e- 3CO2+4H2O (4)有大量无色气 体产生,并且有白色沉淀产生 4.(2018 天津部分区县一模,10,节选)(2 分)用化学反应原理研究氮及其化合物意义
24、重大。 请 回答下列问题: (1)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.4 kJ/mol N2(g)+O2(g) 2NO(g) H=+180.5 kJ/mol 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-483.6 kJ/mol 若有 34 g 氨气经催化氧化全部生成一氧化氮气体和水蒸气,放出的热量为 。 答案 (1)452.5 kJ 5.(2018 天津红桥二模,10,节选)(2 分)SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标,工业上 常采用催化还原法或吸收法处理 SO2。利用催化还原法处理 SO2不仅可消除 SO2污染,还可得 到有经济价值的单质 S。 (1)在复合
25、组分催化剂作用下,CH4可使 SO2转化为 S,同时生成 CO2和 H2O。 已知 CH4和 S 的燃烧热(H)分别为-890.3 kJ/mol 和-297.2 kJ/mol,则 CH4和 SO2反应的热 化学方程式为 。 答案 (1)CH4(g)+2SO2(g) CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) H=-295.9 kJ/mol 6.(2018 天津和平一模,10)(14 分)汽车尾气中排放的 NOx和 CO 污染环境,在汽车尾气系统中 装催化转化器,可有效减少 NOx和 CO 的排放。 已知:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) H=-a kJ/mol N2(g)+O2(g) 2
26、NO(g) H=+b kJ/mol 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) H=-c kJ/mol 回答下列问题: (1)CO 的燃烧热 H= 。 (2)CO 将 NO2还原为单质的热化学方程式 为 。 (3)为了模拟反应 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)在催化转化器内的工作情况,控制一定 条件,让反应在恒容密闭容器中进行,用传感器测得不同时间 NO 和 CO 的浓度如下表: 时间/s 0 1 2 3 4 5 c(NO)/(10 -4 mol/L) 10.00 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00 c(CO)/(10 -3 mol/L) 3.60 3.05
27、2.85 2.75 2.70 2.70 前 2 s 内的平均反应速率 v(N2)= ,此温度下,该反应的平衡常数 K= 。 能说明上述反应达到平衡状态的是 。 A.2n(CO2)=n(N2) B.混合气体的平均相对分子质量不变 C.气体密度不变 D.容器内气体压强不变 当 NO 与 CO 浓度相等时,体系中 NO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。 则 NO 的平衡转化率随温度升高而减小的原因是 , 图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为 ,理由 是 。 答案 (1)- 2 kJ/mol (2)2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g) H=-(2a+b-c)kJ/mol
28、 (3)1.87510 -4 mol/(Lm n) 5 000 BD 该反应的正反应放热,升高温度,平衡逆 向移动,NO 的平衡转化率减小 p1p2p3 正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向 移动,NO 的平衡转化率增大 7.(2018 天津一中月考,10,节选)(10 分)煤气中主要的含硫杂质有 H2S 以及 COS(有机硫),煤 气燃烧后含硫杂质会转化成 SO2从而引起大气污染,因此煤气中含硫杂质的脱除程度已成为 煤气洁净度的一个重要指标。请回答下列问题: (1)脱除煤气中 COS 的方法有 Br2的 KOH 溶液氧化法、H2还原法、水解法等。 COS 的分子结构与 CO2相似,C
29、OS 的结构式为 。 Br2的 KOH 溶液将 COS 氧化为硫酸盐的离子方程式 为 。 已知:H2、COS、H2S、CO 的燃烧热 H 依次为-285 kJ/mol、-299 kJ/mol、-586 kJ/mol、 -283 kJ/mol;H2还原 COS 发生的反应为 H2(g)+COS(g) H2S(g)+CO(g),该反应的 H= kJ/mol。 恒温恒容条件下,密闭容器中将气体按 n(H2)n(COS)=21 混合发生上述反应,下列事实能 说明反应达到平衡状态的是 (填字母)。 a.混合气体的平均相对分子质量不再改变 b.n(H2)与 n(COS)的比值不变 c.CO 的体积分数不变
30、 d.形成 2 mol HS 键的同时形成 1 mol HH 键 用活性 -Al2O3催化 COS 水解的反应为 COS(g)+H2O(g) CO2(g)+H2S(g) H0,相同流 量且在催化剂表面停留相同时间时,不同温度下 COS 的转化率(未达到平衡)如图所示: 由图可知,催化剂活性最大时对应的温度约为 ,COS 的转化率在后期下降的原因 是 。 答案 (1)OCS COS+4Br2+12OH - CO3 2-+SO 4 2-+8Br-+6H 2O 285 bcd 146 (填 145149 均可) 催化剂中毒,发生副反应 8.(2019 届天津实验中学月考,9)(14 分)工业上通常采
31、取 CO(g) 和 H2(g)合成 CH3OH(g)。 (1)已知某温度和压强下: 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) H=-566 kJmol -1 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H=-483.6 kJmol -1 2CH3OH(g)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g) H=-1 275.6 kJmol -1 则在相同温度和压强下,CO(g)与 H2(g)合成 CH3OH(g)的热化学方程式 为 。若反应生成 6.4 g 甲醇,则转移电子的物质的量 为 。 (2)可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。 如图 1,用 Pt 作电极材料,用氢氧化钾溶液作电 解质溶液,在
32、两个电极上分别充入甲醇和氧气。 写出燃料电池负极的电极反应式: 。 若利用该燃料电池提供电源,与图 1 右边烧杯相连,在铁件表面镀铜,则铁件应是 极(填“A”或“B”);当铁件的质量增重6.4 g时,燃料电池中消耗标准状况下氧气的体积为 L。 (3)电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理是:通电将 Co 2+氧化成 Co3+,然后将甲醇氧化成 CO2和 H +(用石墨烯除去 Co2+)。现用图 2 所示装置模拟上述过程,则 Co2+在阳极的电极反应式 为 。除去甲醇的离子方程式 为 。 答案 (1)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H=-128.8 kJmol -1 0.8 mol (2)CH3OH-6e -+8OH- CO3 2-+6H 2O B 1.12 (3)Co 2+-e- Co 3+ 6Co3+CH 3OH+H2O CO2+6Co 2+6H+
