1、化学能与热能一、选择题1.2019年6月5日是第48个世界环境日,下列有关环境和能源的说法不正确的是()A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料C.如图,甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想D.让煤变成合成气,把煤“吃干榨尽”,实现了煤的清洁、高效利用【解析】选B。太阳能、地热能、生物质能和核聚变能是“新能源”,A项正确;“低碳”主要是指控制二氧化碳的排放量,B项错误;从题图分析,HCl循环利用,排出的水无污染,符合“节能减排”思想,C项正确;让煤变成合成气,能提高能源利用率,节能减排,D项正确。2.(2019浙江省学业
2、水平考试)反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的能量变化如图所示。已知:断开1 mol N2(g)中化学键需吸收946 kJ能量,断开1 mol O2(g)中化学键需吸收498 kJ能量。下列说法正确的是()A.N2(g)+O2(g)2NO(g)H=-180 kJmol-1B.NO(g)N2(g)+O2(g)H=+90 kJmol-1C.断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量D.形成1 mol NO(g)中化学键可释放90 kJ能量【解析】选C。A项该反应为吸热反应,N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180 kJmol-1,故A错误;B项正反应为吸热反应,逆反应则为
3、放热反应,则NO(g)N2(g)+O2(g)H=-90 kJmol-1,故B错误;C项反应热等于反应物键能之和减去生成物的键能之和,H=(946 kJmol-1+498 kJmol-1)-2E(N-O)= +180 kJmol-1,E(N- O)=632 kJmol-1,则断开1 mol NO(g)中化学键需要吸收632 kJ能量,故C正确;D错误。3.我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应:CO(g) +H2O(g)CO2(g)+H2(g)H0,在低温下获得高转化率与高反应速率,预计在工业化生产中发挥巨大作用。反应过程示意图如下:下列说法正确的是()A.图示显示:起始
4、时的2个H2O最终都参与了反应B.过程、过程均为放热过程C.过程只生成了极性共价键D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的H【解析】选A。根据反应过程示意图,过程中1个水分子中的化学键断裂,过程中另一个水分子中的化学键断裂,过程中形成了新的水分子,因此起始时的2个H2O最终都参与了反应,A项正确;根据反应过程示意图,过程、是水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,B项错误;过程中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,C项错误;催化剂不能改变反应的H,D项错误。4.(2019海南高考)根据图中的能量关系,可求得CH键的键能为()A.414 kJmol-1B.37
5、7 kJmol-1C.235 kJmol-1D.197 kJmol-1【解析】选A。由图示可以得出:C(s) + 2H2(g)CH4(g)H=-75 kJmol-1,该反应的H= 717 + 864-4(CH) = -75(kJmol-1),解得,(CH) =414 kJmol-1,A项正确。5.已知:2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566 kJmol-1CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-a kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-(a+44) kJmol-1则3 mol CH4气
6、体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O时的H是()A.-1 214 kJmol-1B.-1 038 kJmol-1C.-1 557 kJmol-1D.-1 840 kJmol-1【解析】选C。3 mol CH4气体在空气中不完全燃烧,生成CO和气态H2O,由盖斯定律,(2-)+(-)4得:3CH4(g)+O2(g)3CO(g)+6H2O(g)H=-1 557 kJmol-1。【加固训练】科学家已获得极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体,与白磷分子(如图所示)相似。已知断裂1 mol NN键吸收193 kJ热量,形成1 mol NN三键放出941 kJ 热量,则()A.N4分子中含有
7、4个NN键B.1 mol N4气体转化为N2时需要吸收724 kJ能量C.N4是N2的同位素D.1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量【解析】选D。N4分子中含有6个NN键,故A错误;1 mol N4气体转化为N2时能量变化为(1936-9412)kJ=-724 kJ,放出724 kJ能量,故B错误;N4和N2是氮元素的同素异形体,故C错误;1 mol N4气体转化为N2时放出724 kJ能量,故D正确。二、非选择题6.红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的H表示生成1 mol产物的数据)。根据图回答下列问题:(
8、1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是_。(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是_。(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的H3=_,P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的H4_H3(填“大于”“小于”或“等于”)。【解析】(1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热,结合图象可知, PCl3与反应物P和Cl2的能量差值为306 kJ,因此该热化学反应方程式为:P(s) +Cl2(g)PCl3(g)H=-306 kJmol-1。(2)根据图象可知PCl5和PCl3之间的能量差值为93 kJ,因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为:PCl5
9、(g) PCl3(g)+Cl2(g)H=+93 kJmol-1。(3)根据盖斯定律求得:H3=-399 kJmol-1。且H3=H4,反应热与反应的途径无关,只与起始物质、最终物质的状态有关。答案:(1)Cl2(g)+P(s)PCl3(g)H=-306 kJmol-1(2)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)H=+93 kJmol-1(3)-399 kJmol-1等于一、选择题1.N2O和CO是环境污染性气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应为N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)H,有关化学反应的物质变化过程(图1)及能量变化过程(图2)如下:下列说法正确的是()A.
10、由图1可知H1=H+H2B.由图2可知H=-226 kJmoC.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2D.由图2可知该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能【解析】 选B。 A项,由图1知,N2O(g)N2(g)H1,CO(g)CO2(g)H2,由盖斯定律可得,H=H1+H2,错误;B项,由图2知,反应物为N2O(g)+CO(g),生成物为CO2(g)+N2(g),H=134 kJmo-360 kJmo=-226 kJmol-1,正确;C项,由图1知,Pt2O+是催化剂,转化过程中无需向反应器中补充,错误;D项,由图2知,该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能,错误。2.合成氨原料中
11、的H2可用甲烷在高温条件下与水蒸气反应制得。部分1 mol物质完全燃烧生成常温下稳定氧化物的H数据如下表:物质H(kJmol-1)H2(g)-285.8CO(g)-283.0CH4(g)-890.3已知1 mol H2O(g)转变生成1 mol H2O(l)时放出热量44.0 kJ。下列CH4和水蒸气在高温下反应得到H2和CO的热化学方程式正确的是()A.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H1=+206.1 kJmol-1B.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H2=-206.1 kJmol-1C.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H3=+365.
12、5 kJmol-1D.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H4=-365.5 kJmol-1【解析】选A。根据提供信息可以写出下列热化学方程式:H2(g)+O2(g)H2O(l)H1=-285.8 kJmol-1CO(g)+O2(g)CO2(g)H2=-283.0 kJmol-1CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H3=-890.3 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H4=-44.0 kJmol-1根据盖斯定律,由+-3可得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=H3+H4-H2-H13=-890.3 kJmol-1-44.0 kJmol-1+
13、283.0 kJmol-1+285.8 kJmol-13=206.1 kJmol-1。3.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.2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值【解析】选C。2H2O2H2+O2是吸热反应,说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2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。4.在298 K、1.01105 Pa下,将22 g CO2通入750 mL
14、1 molL-1 NaOH溶液中充分反应,测得反应放出x kJ的热量。已知在该条件下,1 mol CO2通入1 L 2 molL-1 NaOH溶液中充分反应放出y kJ的热量。则CO2与NaOH溶液反应生成NaHCO3的热化学方程式正确的是()A.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)H=-(2y-x) kJmol-1B.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)H=-(2x-y) kJmol-1C.CO2(g)+NaOH(aq)NaHCO3(aq)H=-(4x-y) kJmol-1D.2CO2(g)+2NaOH(l)2NaHCO3(l)H=-(8x-2y) kJmol-1
15、【解析】选C。0.5 mol CO2与0.75 mol NaOH反应生成0.25 mol Na2CO3和0.25 mol NaHCO3,反应所放出的热量为x kJ,则生成1 mol Na2CO3和1 mol NaHCO3放出4x kJ的热量。1 mol CO2通入2 mol NaOH溶液中生成1 mol Na2CO3,放出y kJ的热量,则1 mol CO2与1 mol NaOH的溶液反应生成1 mol NaHCO3所放出的热量为(4x-y) kJ。D项中NaOH和NaHCO3的状态标错了。【加固训练】(2019长沙模拟)对于:2C4H10(g)+13O2(g)8CO2(g)+10H2O(l)
16、H=-5 800 kJmol-1的叙述错误的是()A.该反应的反应热为H=-5 800 kJmol-1,是放热反应B.该反应的H与各物质的状态有关,与化学计量数也有关C.该反应为丁烷燃烧的热化学方程式,由此可知丁烷的燃烧热为5 800 kJmol-1D.该式的含义为:25 、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ【解析】选C。反应的H=-5 800 kJmol-1,即焓变小于零,则反应是放热反应,故A正确;焓变的影响因素:物质的状态、物质的量的多少以及物质前面化学计量数的大小,故B正确;燃烧热的含义:完全燃烧1 mol纯物质生成最稳定的
17、氧化物所放出的能量,即丁烷的燃烧热为2 900 kJmol-1,故C错误;热化学方程式的含义:25 、101 kPa下,2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJ,故D正确。二、非选择题5.(1)(2019北京高考 )甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为41,甲烷和水蒸气反应的方程式是_。已知反应器中还存在如下反应:.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H1.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2.CH4(g)C(s)+2H2(g)H3为积炭反应,利用H1和H2计算H3时
18、,还需要利用_反应的H。(2)(2019全国卷)水煤气变换CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)是重要的化工过程。我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用标注。可知水煤气变换的H_0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=_eV。写出该步骤的化学方程式_。【解析】(1)已知反应物为CH4和H2O(g),生成物为H2和CO2,且物质的量之比为41,据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。根据盖斯定律,式+式可得:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)H1+H2,则(
19、式+式)-式可得:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)H;式-式可得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H1-H2,则(式-式)-式可得:C(s)+CO2(g)2CO(g)H。因此,要求反应式的H3,还必须利用反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g)的H。(2)根据图象,初始时反应物的总能量为0,反应后生成物的总能量为-0.72 eV,则H=-0.72 eV,即H小于0。由图象可看出,反应的最大能垒在过渡态2,则此能垒E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV。由过渡态2初始反应物COOH+H+H
20、2O和结束时生成物COOH+2H+OH,可得反应的方程式为COOH+H+H2OCOOH+2H+OH(或H2OH+OH)。答案:(1)CH4+2H2O4H2+CO2C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g)2CO(g) (2)小于2.02COOH+H+H2OCOOH+2H+OH(或H2OH+OH)6.已知火箭发射是以联氨(N2H4)为燃料,NO2为推进剂,燃烧生成氮气和水蒸气为动力的。已知:N2(g)+2O2(g)2NO2(g)H=+67.7 kJmol-1 N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-534 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H
21、=-44 kJmol-12H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)H=-196.4 kJmol-1H2(g)+F2(g)HF(g)H=-269 kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-242 kJmol-1请回答下列问题:(1)对N2H4和NO2反应的说法不正确的是_。A.N2H4与NO2反应时NO2作氧化剂B.氮气既是氧化产物,又是还原产物C.生成1 mol N2转移8 mol电子D.该反应的热化学方程式为2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)H=-1 135.7 kJmol-1(2)以往也曾用H2O2为助燃剂。试写出N2H4和H2O2反应生成气态水的热化
22、学方程式:_。若生成1 mol液态水,放出热量_ kJ。(3)有人认为若用氟气代替NO2作氧化剂,则反应释放的能量更大。试写出联氨与氟气反应的热化学方程式:_。【解析】(1)NO2是氧化剂,N2既是还原产物又是氧化产物,若生成3 mol N2则转移8 mol电子,若生成1 mol N2转移电子数为 mol,所以A、B两项正确,C项错误。由2-可得,2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)H=-1 135.7 kJmol-1,D项正确。(2)由+-2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)H=-642.4 kJmol-1。由+2可得,N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(l)H=-818.4 kJmol-1,所以生成1 mol H2O(l)时放热=204.6 kJ。(3)由+4-2可得,N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)H=-1 126 kJmol-1。答案:(1)C (2)N2H4(g)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)H=-642.4 kJmol-1204.6(3)N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)H=-1 126 kJmol-1
