1、 - 1 - 化学能与热能化学能与热能 一、选择题(本题包括 10 小题,每题 6 分,共 60 分) 1.(2020 山西阳泉高三期末改编)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.过程和过程均为放热过程 B.图示过程中的 H2O 均参与了反应过程 C.过程生成了具有极性共价键的 H2、CO2 D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的 H 2.(2020 河北沧州高三质量检测)已知反应 X(g)+3Y(g)2Z
2、(g) H,该反应的能量变化如下图 所示。下列说法正确的是( ) A.H=E2-E1 B.更换高效催化剂,E3不变 C.恒压下充入一定量的氦气,n(Z)会减少 D.压缩容器,c(X)减小 3.(双选)(2020 山东实验中学高三诊断改编)下列依据热化学方程式得出的结论正确的是( ) A.已知:正丁烷(g)异丁烷(g) HH2 4.(双选)(2020 福建漳州一模改编)下列关于化学反应与能量的说法正确的是( ) A.已知正丁烷的燃烧热 H=-2 878 kJ mol-1,则表示正丁烷燃烧热的热化学方程式为 2CH3CH2CH2CH3(g)+13O2(g)8CO2(g)+10H2O(l) H=-2
3、 878 kJ mol-1 B.已知在一定条件下,2 mol SO2与1 mol O2充分反应后,释放出98 kJ的热量,则其热化学方程式 为 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H=-98 kJ mol-1 C.已知稀盐酸与稀 NaOH 溶液反应的中和热 H=-57.3 kJ mol-1,则表示稀硫酸与稀 NaOH 溶液 反应的热化学方程式为 H2SO4(aq)+NaOH(aq) Na2SO4(aq)+H2O(l) H=-57.3 kJ mol -1 D.已知 CuSO4(s)+5H2O(l)CuSO4 5H2O(s),该反应为熵减小的反应 - 2 - 5.(2020 浙江教育绿色评价
4、联盟高三适应性考试)碘单质与氢气在一定条件下反应的热化学方 程式如下: I2(g)+H2(g)2HI(g) H=-9.48 kJ mol-1 I2(s)+H2(g)2HI(g) H=+26.48 kJ mol-1 下列说法正确的是( ) A.该条件下,1 mol H2(g)和 1 mol I2(g)充分反应,放出热量 9.48 kJ B.该条件下,碘升华的能量变化为 I2(s)I2(g) H=+35.96 kJ mol-1 C.相同条件下,Cl2(g)+H2(g)2HCl(g)的 H-9.48 kJ mol-1 D.反应是放热反应,所以反应的活化能大于反应的活化能 6.(双选)(2020 河北
5、廊坊高中联合体联考改编)工业合成氨反应在催化剂表面的反应历程及能量 变化如图所示,下列说法正确的是( ) A.增大压强,之间的能量差值不变 B.合成氨的正、逆反应的焓变相同 C.合成氨的过程是吸热反应 D.若使用催化剂,生成等量的 NH3需要的时间更短 7.(双选)(2020 山东威海质检)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程中的能量变化如图所示(图中 E1表示无催化剂时正反应的活化能,E2表示无催化剂时逆反应的活化能)。 下列有关叙述不正确 的是( ) A.该反应的逆反应为吸热反应,升高温度可提高活化分子的百分数 B.500 、101 kPa 下,将 1 mol SO2(g)和
6、0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成 SO3(g)放 热 a kJ,则该反应的热化学方程式为 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H=-2a kJ mol-1 C.该反应中,反应物的总键能大于生成物的总键能 D.H=E1-E2,使用催化剂可改变活化能,但不改变反应热 8.(2020 河南驻马店高三期末)1 mol 常见金属 M 和卤素反应的焓变 H(单位:kJ mol-1)示意图如 图,反应物和生成物均为常温时的稳定状态。下列选项中不正确的是( ) A.MBr2与 Cl2反应的 HMBr2MCl2MF2 C.MBr2(s)+F2(g)MF2(s)+Br2(l) H=-60
7、0 kJ mol-1 D.由 MCl2(s)制得 M 的反应是吸热反应 9.(2020 辽宁辽阳高三期末)甲烷与氧气反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法中正确 的是( ) A.1 mol CH4(g)的能量大于 1 mol CO2(g)和 2 mol H2O(g)的能量总和 B.反应 CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) H=-800 kJ mol-1 C.若破坏 1 mol O2(g)中的化学键需吸收热量 493 kJ,则破坏 1 mol CH 键需吸收热量 415 kJ D.在反应 CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)中放出热量 400 kJ,则有
8、 1 mol OH 键生成 10.(2020 四川阆中中学高三质检)已知 H2(g)、C2H4(g)和 C2H5OH(l)的燃烧热(H)分别是-285.8 kJ mol-1、-1 411.0 kJ mol-1和-1 366.8 kJ mol-1,则由 C2H4(g)和 H2O(l)反应生成 1 mol C2H5OH(l) 的 H 为( ) A.-44.2 kJ mol-1 B.+44.2 kJ mol-1 C.-330 kJ mol-1 D.+330 kJ mol-1 二、非选择题(本题包括 3 小题,共 40 分) 11.(2020 河北沧州调研节选)(12 分)甲醛(HCHO)俗称蚁醛,是
9、一种重要的有机原料。利用甲醇 (CH3OH)可制备甲醛: 脱氢法:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) H1=+92.09 kJ mol-1 氧化法:CH3OH(g)+ O2(g) HCHO(g)+H2O(g) H2 (1)已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) H3=-483.64 kJ mol-1,则 H2= 。 (2)与脱氢法相比,氧化法在热力学上趋势较大,其原因 为 。 (3)下图为甲醇制备甲醛反应的 lg K(K 为平衡常数)随温度(T)的变化曲线。 曲线 (填“a”或“b”) 对应脱氢法,判断依据为 。 12.(2020 山东济南调研节选)(14 分)CH4超干重整 C
10、O2技术可得到富含 CO 的化工原料。回答 下列问题。 CH4超干重整 CO2的催化转化如图所示: - 4 - (1)已知相关反应的能量变化如图所示: 过程的热化学方程式为 。 (2)关于上述过程的说法不正确的是 (填序号)。 a.实现了含碳物质与含氢物质的分离 b.可表示为 CO2+H2H2O(g)+CO c.CO 未参与反应 d.Fe3O4、CaO 为催化剂,降低了反应的 H (3)其他条件不变,在不同催化剂(、)作用下,反应 CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)进 行相同时间后,CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。 a点所代表的状态 (填“是” 或“不是”)平衡状态;
11、b 点 CH4的转化率高于 c 点,原因 是 。 13.(2020广东梅州质检节选)(14 分)近年来,雾霾天气严重影响了人们的身体健康,环境问题越来 越受到人们的重视。处理大气中的污染物,打响“蓝天白云”保卫战是当前的重要课题。请回答 下列问题: (1)汽车尾气中含有较多的 NOx和 CO,这些气体均会使人体中毒。可以利用如下化学方法将其 转化为无毒无害的物质。 已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) H=+180 kJ mol-1 2CO(g)+O2(g)2CO2(g) H=-564 kJ mol-1 请写出把汽车尾气转化为无毒无害的物质的热化学方程式: 。 - 5 - (2)工业上可采
12、用 CH3OHCO+2H2的方法来制取高纯度的 CO 和 H2。我国学者采用量子力 学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化 剂表面上的物种用*标注。甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式: 方式 A:CH3OH*CH3O*+H* Ea=+103.1 kJ mol-1 方式 B:CH3OH*C +OH* Eb=+249.3 kJ mol-1 由活化能 E 值推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为 (填“A”或“B”)。 (3)如图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。 该历程中,放热最多的步骤的化学方程式 为 。 参考答案 1.B 解
13、析根据反应过程示意图可知,过程中有化学键的断裂,所以为吸热过程,A 错误;根据反应过程示意图,过程中水分子中的化学键断裂,过程也是水分子中 的化学键断裂的过程,过程中又形成了水分子,因此 H2O 均参与了反应过程,B 正 确;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 错误;催化剂可改变反应途径,但不能改变反应的 H,D 错误。 2.C 解析H=生成物的总能量-反应物的总能量=E1-E2,故A错误;更换高效催化剂, 降低反应活化能,反应速率加快,该反应中(E3-E2)为活化能,E2为反应物的能量,E2不 变,活化能降低,则 E3减小,故 B 错误;
14、恒压下充入一定量的氦气,容器体积增大,反应 体系的分压减小,平衡向气体增多的方向移动,则 n(Z)减少,故 C 正确;压缩容器体积, 压强增大,平衡向右移动,n(X)减小,体积减小,各物质的浓度都增大,平衡移动只能减 弱这种改变,而不能消除,故 c(X)还是比原来大,故 D 错误。 3.AC 解析能量越低物质越稳定,根据热化学方程式可知正丁烷的能量高于异丁烷, 因此异丁烷比正丁烷稳定,A项正确;1molC2H4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时释放 的热量是燃烧热,B 项错误;强酸强碱的稀溶液反应生成可溶性盐和 1mol 水时放出 的热量是中和热,稀 Ba(OH)2(aq)和稀 H2SO
15、4(aq)完全反应生成了难溶性盐 BaSO4,因 此放出的热量大于 57.3kJ,C 项正确;对于反应 S(g)+O2(g)SO2(g) H1,S(s)+O2(g)SO2(g) H2,由于固态变为气态要吸收热量,则 H1H2,D 项错 误。 4.CD 解析燃烧热是指 1mol 可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,则 表示正丁烷燃烧热的热化学方程式为 - 6 - CH3CH2CH2CH3(g)+ O2(g)4CO2(g)+5H2O(l) H=-2878kJ mol-1,A 错误;SO2与 O2的反应为可逆反应,所以无法写出热化学方程式,B 错误;在稀溶液中酸和碱发生 中和反应生成 1mo
16、lH2O 放出的热量是中和热,C 正确;从液态 H2O 到固态 CuSO4 5H2O,且物质的量减少,则该反应为熵减小的反应,D 正确。 5.B 解析 H2和 I2生成 HI 的反应是可逆反应,该条件下,1molH2(g)和 1molI2(g)充分 反应,反应转化率达不到100%,因此放出热量小于9.48kJ,故A错误;由热化学方程式 -得出,碘升华的能量变化为 I2(s)I2(g) H=+35.96kJ mol-1,故 B 正确;元素非 金属性越强,与氢气反应放出的热量越多,因此与 H2反应时,氯气比 I2(g)反应放出的 热量多,即 Cl2(g)+H2(g)2HCl(g)的 H-9.48k
17、J mol-1,故 C 错误;活化能与反应放热 还是吸热无直接关系,故 D 错误。 6.AD 解析之间的能量差值只与状态中物质的能量有关,增大压强,各 物质的能量不变,则之间的能量差值不变,A 正确;根据图像,状态中物质的 能量高于状态中物质的能量,则合成氨的正反应为放热反应,合成氨的逆反应为 吸热反应,正逆反应焓变不相同,B 错误;根据图像,状态中物质的能量高于状态 中物质的能量,则合成氨为放热反应,C 错误;使用催化剂能使化学反应速率加快,则 生成等量的 NH3需要的时间更短,D 正确。 7.BC 解析由图可知,题给反应正反应为放热反应。该反应的逆反应为吸热反应, 升高温度可提高活化分子的
18、百分数,A 正确;500、101kPa 下,将 1molSO2(g)和 0.5molO2(g)置于密闭容器中充分反应放热 akJ,由于该反应为可逆反应,得不到 1molSO3(g),B 不正确;题给反应正反应为放热反应,其 H0,所以反应物的总键能小 于生成物的总键能,C 不正确;由图可知,H=E1-E2,使用催化剂能改变反应的活化能, 但不改变反应热,D 正确。 8.B 解析根据题意可得,M(s)+Cl2(g)MCl2(s) H=-641.3kJ mol-1; M(s)+Br2(l)MBr2(s) H=-524kJ mol-1;-可得MBr2(s)+Cl2(g)MCl2(s)+Br2(l)
19、H=-117.3kJ mol-1,A 正确;放出的能量越多,产物剩余的能量越低,根据能量越低的 物质越稳定,所以化合物的热稳定性顺序为 MI2MBr2MCl2MF2,B 错误; M(s)+F2(g)MF2(s) H=-1124kJ mol-1,M(s)+Br2(l)MBr2(s) H=-524kJ mol-1,则-可得 MBr2(s)+F2(g)MF2(s)+Br2(l) H=-600kJ mol-1,C 正确;Cl2(g)和 M(s)生成 MCl2的反应为放热反应,则其逆反应为吸热反应,D 正确。 9.C 解析从图中信息可得,1molCH4(g)+2molO2(g)断裂所有共价键,需要吸收
20、2646kJ 的热量;1molC(g)、4molH(g)及 4molO(g)结合成 1molCO2(g)和 2molH2O(g) 时能放出 3446kJ 的热量。从图中看出,1molCH4(g)和 2molO2的总能量大于 1molCO2(g)和 2molH2O(g)的能量总和,但 1molCH4(g)的能量不一定大于 1molCO2(g) 和 2molH2O(g)的能量总和,A 不正确;根据图示信息可得反应 CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) H=-800kJ mol-1,B 不正确;若破坏 1molO2(g)中 的化学键需吸收热量 493kJ,则破坏 1molCH 键需
21、吸收热量 - kJ=415kJ,C 正确;根据前面分析可知,在反应 CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)中放出热量 400kJ 时,应生成 1molH2O,则有 2molOH 键生成,D 不正确。 10.A 解析由题干条件可知如下反应: H2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.8kJ mol-1 C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) - 7 - H=-1411.0kJ mol-1 C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) H=-1366.8kJ mol-1 根据盖斯定律,-可得:C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH
22、(l) H=-44.2kJ mol-1。 答案选 A。 11.答案(1)-149.73 kJ mol-1 (2)脱氢法的反应为吸热反应,氧化法的反应为放热反应,放热反应在热力学上 趋势较大 (3)b 脱氢法的反应为吸热反应,随着温度升高,平衡向右移动,平衡常数增大, 故曲线 b 对应脱氢法 解析(1)根据盖斯定律,-H1 2+2H2=H3,则有 H2= =-149.73kJ mol-1。 (2)脱氢法的反应为吸热反应,氧化法的反应为放热反应,放热反应在热力学上 趋势较大。 (3)脱氢法的反应为吸热反应,随着温度升高,平衡向右移动,平衡常数增大,故曲 线 b 对应脱氢法。 12.答案(1)CH4
23、(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+247.4 kJ mol-1 (2)cd (3)不是 b 和 c 都未达平衡,b 点温度高,反应速率快,相同时间内转化率 高 解析(1)根据 CH4超干重整 CO2的催化转化图可知,过程的化学反应方程式为 CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。由能量-反应进程曲线得热化学方程式: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H=+206.2kJ mol-1() CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H=-165kJ mol-1() 根据盖斯定律,由() 2+()可得过程的热化学方程 式:CH4(g)
24、+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+247.4kJ mol-1。 (2)根据图示可知,过程的总反应为 H2+CO2H2O+CO。Fe3O4、CaO 为总反 应的催化剂,能降低反应的活化能,但不能改变反应的 H。故 ab 正确,cd 错误。 (3)通常情况下,催化剂能加快反应速率,从而缩短反应到达平衡的时间。 但催化 剂不能使平衡发生移动,即不能改变平衡转化率。若图中 a 点为化学平衡状态,则保 持温度不变(800),将催化剂换成之后,CH4转化率不可能增大,故a点不是化学 平衡状态。进一步分析可知,图中 b、c 两点都未达到化学平衡,由于 b、c 两点只有 温度不同,b 点温度较高
25、,反应速率快,则相同时间内 CH4转化率高。 13.答案(1)2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) H=-744 kJ mol-1 (2)A (3)CHO*+3H*CO*+4H* 解析(1)汽车尾气中含有的 NO 和 CO 可转化为无毒的 N2和 CO2,化学方程式为 2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),该反应可由反应-反应得到,则 H=-564kJ mol-1-(+180kJ mol-1)=-744kJ mol-1,所以热化学方程式为 2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) H=-744kJ mol-1。 (2)一般来说,活化能低化学反应速率快,在相同的时间内,可以得到更多的产物, 因此甲醇裂解过程主要经历的方式应为 A。 - 8 - (3)反应热=生成物的能量-反应物的能量,放热最多,则生成物的能量与反应物 的能量差值最大。 根据图示可知,过渡态两端的中间产物能量差值最大,放热最多, 化学方程式为 CHO*+3H*CO*+4H*。
