2020届二轮复习 化学能与热能 作业（全国通用） (1) 练习

化学能与热能
1．(2019·上海市黄浦区高考化学二模)下图表示某可逆反应在使用和未使用催化剂时，反应过程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是(　D　)

A．该反应为吸热反应
B．a与b相比，a的反应速率更快
C．a与b相比，反应的平衡常数一定不同
D．反应物吸收的总能量小于生成物释放的总能量
[解析]　A．反应物的总能量大于生成物的总能量为放热反应，故A错误； B．b降低了活化能，反应速率加快，故B错误；C．催化剂只改变反应速率，不改变平衡状态，a与b反应的平衡常数相同，故C错误；D．由图可知该反应为放热反应，反应物吸收的总能量小于生成物释放的总能量，故D正确。故选D。
2．(2019·上海市金山区高考一模)如图分别表示红磷、白磷燃烧时的能量变化，下列说法中正确的是(　D　)

A．白磷比红磷稳定
B．白磷燃烧产物比红磷燃烧产物稳定
C．1 mol白磷转变为红磷放出2 244.7 kJ的热量
D．红磷燃烧的热化学方程式：4P(s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH＝－2 954 kJ·mol－1
[解析]　A．等质量的白磷和红磷完全燃烧时释放的能量白磷比红磷多，白磷能量高于红磷，所以红磷稳定，故A错误；B．两者燃烧产物相同状态相同，所以产物稳定性相同，故B错误；C．红磷转化为白磷的化学方程式为：4P(s、红磷)＝P4(s、白磷)，可以看成是下列两个反应方程式的和：P4(s、白磷)＋5O2(g)＝P4O10(s)；△H＝－2 983.2 kJ·mol－1；P4O10(s)＝4P(s、红磷)＋5O2(g)；△H＝738.5×4 kJ·mol－1＝2 954 kJ·mol－1；根据盖斯定律，白磷转化为红磷的热化学方程式：P4(s、白磷)＝4P(s、红磷)　△H＝－2 983.2 kJ/mol＋2 954 kJ·mol－1＝－29.2 kJ/mol，即为：P4(s、白磷)＝4P(s、红磷)　ΔH＝－29.2 kJ/mol，所以1 mol白磷转变为红磷放出29.2 kJ的热量，故C错误；D．依据图象分析，红磷燃烧是放热反应，红磷燃烧的热化学方程式：4P(s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH＝－738.5×4＝－2 954 kJ·mol－1，故D正确；故选D。
3．(2019·上海市嘉定区高三一模)某化工生产反应历程的能量变化如右图，过程Ⅰ没有使用催化剂，过程Ⅱ使用了催化剂，则可判断催化剂除了能改变反应速率外，还可以改变的是(　A　)

A．生产能耗
B．反应的完成程度
C．反应物的状态
D．反应热效应
[解析]　根据催化剂的催化原理来分析：催化剂能参与反应，从而降低反应的活化能，缩短到达平衡的时间，但平衡不移动，以此解答该题。过程Ⅰ没有使用催化剂，降低反应的活化能，加快反应速率，由图象可知，加入催化剂可改变生产能耗， 故选A。
4．(2019·浙江省十二校高三第一次联考)根据合成氨反应的能量变化示意图，下列有关说法正确的是(　D　)

A．断裂0. 5mol N2(g)和1.5 mol H2(g)中所有的化学键释放a kJ热量
B．NH3(g)===NH3(l)　ΔH＝c kJ·mol－1
C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－2(a－b)kJ·mol－1
D．2NH3(l)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1
[解析]　由图可知，断裂化学键吸收a kJ热量，形成1 mol气态氨气时放热为b kJ,1 mol气态氨气转化为液态氨气放出热量为c kJ，以此来解答。A．断裂0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)中所有的化学键，吸收a kJ热量，故A错误；B．NH3(g)===NH3(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1，故B错误；C．由图可知，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝2(a－b)kJ·mol－1，故C错误；D．由图可知，N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)　ΔH＝2(a－b－c)kJ·mol－1，互为逆反应时，焓变的数值相同、符号相反，则2NH3(l)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1，故D正确；故选D。
5．(2019·福建省漳州市高考化学一模)在含Fe3＋的S2O和I－的混合溶液中，反应S2O＋2I－(aq)===2SO(aq)＋I2(aq)的分解机理及反应进程中的能量变化如下：
步骤①：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)===I2(aq)＋2Fe2＋(aq)
步骤②：2Fe2＋(aq)＋S2O(aq)===2Fe3＋(aq)＋2SO(aq)
下列有关该反应的说法正确的是(　A　)

A．化学反应速率与Fe3＋浓度的大小有关
B．该反应为吸热反应
C．Fe2＋是该反应的催化剂
D．若不加Fe3＋，则正反应的活化能比逆反应的大
[解析]　由图可知，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，且催化剂可降低反应的活化能，不影响始终态，以此来解答。A．铁离子可以看做该反应的催化剂，根据反应的机理，化学反应速率与Fe3＋浓度的大小有关，故A正确； B．反应物的总能量高于生成物的总能量，所以反应为放热反应，故B错误； C．Fe3＋是该反应的催化剂，故C错误； D．此反应为放热反应，不管加不加催化剂，正反应活化能都低于逆反应活化能，故D错误； 故选A。
6．(2019·新疆高考化学一诊)下列有关热化学方程式的叙述，正确的是(　D　)
A．已知甲烷燃烧热为ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，则CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
B．由N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝－56.9 kJ·mol－1，可知：将1 mol N2O4(g)置于密闭容器中充分反应后放出热量为56.9 kJ
C．由H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，可知：含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合，放出热量57.3 kJ
D．已知101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1，则1 mol碳完全燃烧放出的热量大于110.5 kJ
[解析]　A．甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，故A错误； B．由N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝－56.9 kJ·mol－1，可知将1 mol N2O4(g)置于密闭容器中充分反应，反应是可逆反应，后放出热量小于56.9 kJ，故B错误； C．醋酸是弱酸存在电离平衡，电离过程是吸热过程，含1 mol CH3COOH的溶液与含1 mol NaOH的溶液混合，放出热量小于57.3 kJ，故C错误； D．已知101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ/mol，则1 mol碳完全燃烧生成CO2放出的热量大于110.5 kJ，故D正确； 故选D。
7．(2019·新疆高考化学一诊)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH<0，在其他条件不变的情况下(　B　)
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变
D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变
[解析]　A．催化剂虽然改变了反应途径，但反应物、生成物的状态不变，所以ΔH不变，故A错误； B．这是一个反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量也不变，故B正确； C．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应放出的热量减小，故C错误； D．若在原电池中进行，反应不放出热量，而是将化学能转换为电能，故D错误； 故选B。
8．(1)环境空气质量指数(AQI)日报和实时报告包括了NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等指标，为公众提供健康指引，引导当地居民合理安排出行和生活。
①汽车排出的尾气中含有CO和NO等气体，用化学方程式解释产生NO的原因：__N2＋O22NO__。
②汽车排气管内安装的催化转化器，可使汽车尾气中的主要污染物转化为无毒的大气循环物质。已知：
N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝_－746.5__kJ·mol－1。
(2)直接排放氮氧化物会形成酸雨、雾霾，催化还原法和氧化吸收法是常用的处理方法。利用NH3和CH4等气体除去烟气中的氮氧化物。已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝a kJ/mol；欲计算反应CH4(g)＋4NO(g)===CO2(g)＋2H2O(l)＋2N2(g)的焓变ΔH2，则还需要查询某反应的焓变ΔH3，当反应中各物质的化学计量数之比为最简整数比时，ΔH3＝b kJ·mol－1，该反应的热化学方程式是__N2(g)＋O2(g)===2NO(g)__ΔH3＝b__kJ·mol－1__，据此计算出ΔH2＝_a－2b__kJ·mol－1 (用含a、b的式子表示)。
(3)合成氨用的氢气可以用甲烷为原料制得。有关化学反应的能量变化如图所示，则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为__CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)__ΔH＝＋161.1__kJ·mol－1__。

[解析]　(1)②按题干顺序给3个热化学方程式编号，由盖斯定律，③×2－①－②得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝[(－393.5)×2－180.5－(－221.0)] kJ·mol－1＝－746.5 kJ·mol－1。
(2)根据盖斯定律将已知的两个热化学方程式相减可得热化学方程式为2N2(g)＋2O2(g)===4NO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1－ΔH2＝2b kJ·mol－1，则ΔH2＝(a－2b) kJ·mol－1，同时将上面的方程式及ΔH都除以2可得热化学方程式。
(3)按题干顺序给图象中的3个热化学方程式编号，根据盖斯定律，③－②×3－①得CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝[(－846.3)－(－241.8)×3－(－282.0)]kJ·mol－1＝＋161.1 kJ·mol－1。
9．(2019·钦州二模)氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)已知：①2NO(g)===N2(g)＋O2(g)
ΔH＝－180.5 kJ·mol－1
②C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
③2C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－221 kJ·mol－1
某反应的平衡常数表达式为K＝，写出此反应的热化学方程式：__2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)__ΔH＝－746.5__kJ·mol－1__。
(2)已知：在25 ℃、101 kPa时：
①N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1
③N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋Q3 kJ·mol－1
写出用NH3脱除NO的热化学方程式：__4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(l)__ΔH＝(2Q1－3Q2－3Q3)kJ·mol－1__。
(3)传统工业上利用氨气合成尿素。以CO2与NH3为原料合成尿素的主要反应如下：
①2NH3(g)＋CO2(g)===NH2CO2NH4(s)
ΔH＝－159.47 kJ·mol－1
②NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g)
ΔH＝＋72.49 kJ·mol－1
反应2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g)的ΔH＝_－86.98__kJ·mol－1。
[解析]　(1)反应的平衡常数表达式为K＝，则该反应为2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)。分析题给三个热化学方程式，根据盖斯定律，由①＋②×2－③可得2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝(－180.5 kJ·mol－1)＋(－393.5 kJ·mol－1)×2－(－221 kJ·mol－1)＝－746.5 kJ·mol－1。(2)用NH3脱除NO的反应为4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(l)，分析题给三个热化学方程式，根据盖斯定律，由②×3－①×2－③×3可得4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝(2Q1－3Q2－3Q3)kJ·mol－1。(3)根据盖斯定律，由①＋②可得2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　ΔH＝(－159.47 kJ·mol－1)＋72.49 kJ·mol－1＝－86.98 kJ·mol－1。
10．(2019·珠海模拟)(1)已知两种同素异形体A、B的燃烧热的热化学方程式：
A(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.51 kJ·mol－1
B(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.41 kJ·mol－1
则两种同素异形体中较稳定的是_A__(填“A”或“B”)。
(2)工业上用H2和Cl2反应制HCl，各共价键键能数据为H—H：436 kJ·mol－1，Cl—Cl：243 kJ·mol－1，H—Cl：431 kJ·mol－1。该反应的热化学方程式为__H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)__ΔH＝－183__kJ·mol－1__。
(3)合成气(CO和H2为主的混合气体)不但是重要的燃料也是重要的化工原料，制备合成气的方法有多种，用甲烷制备合成气的反应：
①2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)
ΔH1＝－72 kJ·mol－1
②CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH2＝＋216 kJ·mol－1
氢气与氧气反应生成水蒸气的热化学方程式为__2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)__ΔH＝－504__kJ·mol－1__。
现有1 mol由H2O(g)与O2组成的混合气，且O2的体积分数为x，将此混合气与足量CH4充分反应。
若x＝0.2时，反应①放出的能量为_14.4__kJ。
若x＝_0.75__时，反应①与②放出(或吸收)的总能量为0。
[解析]　(1)由盖斯定律可知．根据题中顺序将两式分别标为①、②，①－②得到反应③，A(s)===B(s) ΔH3，所以ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(－393.5l kJ·mol－1)－(－395.4 kJ·mol－1)＝＋1.9 kJ·mol－1；则反应③为吸热反应，能量B>A。根据能量越低的物质越稳定，所以稳定性A>B。(2)根据反应热与键能的关系：ΔH＝E(反应物)－E(生成物)＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，所以热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－183 kJ·mol－1。(3)由①－②×2得：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－504 kJ·mol－1；由①知若x＝0.2，则n(O2)＝0.2 mol，反应①放出的热量为0.2×72 kJ＝l4.4 kJ；由反应①和②可知，当O2与H2O的物质的量之比为3∶1时，反应①与③放出的总能量为0，则x＝＝0.75。