2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测(二十五)化学能与热能(含解析)新人教版
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1.下列选项中描述的过程能实现热能转化为化学能的是( )
解析:选D A、B项化学能转化为电能,C项化学能转化为热能。
2.随着科技进步,新能源汽车越来越普遍。下列能源组合中,均属于新能源的一组是( )
①天然气 ②煤 ③沼气能 ④石油 ⑤太阳能 ⑥生物质能
⑦风能 ⑧氢能
A.①②③④ B.①⑤⑥⑦⑧
C.③④⑤⑥⑦⑧ D.③⑤⑥⑦⑧
解析:选D 天然气、煤、石油都是化石能源,不是新能源,常见的新能源有:沼气能、太阳能、核能、地热能、潮汐能、风能、氢能、生物质能等,所以D符合。
3.已知:①H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1=-241.8 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)===H2O(l)ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
气态分子中的化学键 | 断开1 mol化学键所需的能量/kJ |
O—H | 465 |
O===O | 498 |
下列说法不正确的是( )
A.氢气的燃烧热ΔH=-241.8 kJ·mol-1
B.断开1 mol H—H键需要吸收439.2 kJ的能量
C.相同条件下,1 mol H2O(g)比1 mol H2O(l)能量高
D.18 g H2O(l)完全分解生成氢气和氧气,需要吸收285.8 kJ的能量
解析:选A 根据燃烧热的定义可知,反应②放出的热量为氢气的燃烧热,ΔH=ΔH2=-285.8 kJ·mol-1,A项错误;ΔH1=E(H—H)+×498 kJ·mol-1-2×465 kJ·mol-1=
-241.8 kJ·mol-1,则E(H—H)=439.2 kJ·mol-1,B项正确;气态水液化时放出热量,故相同条件下,1 mol H2O(g)比1 mol H2O(l)能量高,C项正确;根据反应②可知,H2O(l)===
H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8 kJ·mol-1,D项正确。
4.(2020·昌乐二中月考)已知:1 mol C(s)燃烧生成CO(g)放出110.4 kJ热量,Cu2O与O2反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A.C(s)的燃烧热为110.4 kJ·mol-1
B.1 mol CuO分解生成Cu2O吸收292 kJ热量
C.反应2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s)的活化能为640 kJ·mol-1
D.足量炭粉与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+35.6 kJ·mol-1
解析:选D C(s)的燃烧热是指1 mol C(s)完全燃烧生成稳定氧化物CO2(g)放出的热量,故C(s)的燃烧热不是110.4 kJ·mol-1,A错误。2 mol Cu2O(s)和1 mol O2(g)反应生成4 mol CuO(s)放出的热量为(640-348)kJ=292 kJ,则1 mol CuO分解生成Cu2O吸收73 kJ热量,B错误。由图可知,反应2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s)的活化能为348 kJ·mol-1,C错误。
1 mol C(s)燃烧生成CO(g)放出110.4 kJ热量,则有①C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.4 kJ·mol-1;由图可得②Cu2O(s)+O2(g)===2CuO(s) ΔH=-146 kJ·mol-1;根据盖斯定律,由①-②可得:C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g),则有ΔH=(-110.4 kJ·mol-1)-(-146 kJ·mol-1)=+35.6 kJ·mol-1,D正确。
5.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:
下列说法中正确的是( )
A.CO和O生成CO2是吸热反应
B.在该过程中,CO断键形成C和O
C.CO和O形成了具有极性共价键的CO2
D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析:选C 由题图可知,CO和O生成CO2是放热反应,A错误;由状态Ⅰ、状态Ⅱ可知,CO没有断键,B错误;CO2中碳氧键为极性共价键,C正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程,不是CO与O2反应的过程,D错误。
6.(2020·汾阳中学联考)化学键的键能是指气态基态原子形成1 mol化学键时所释放的能量,常用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是( )
共价键 | H—H | F—F | H—F | C—F | C—Cl | C—I |
E/(kJ·mol-1) | 436 | 157 | 568 | 427 | 330 | 218 |
A.C—Br键键能的可能范围是218 kJ·mol-1<E(C—Br)<330 kJ·mol-1
B.表中最稳定的共价键是H—F键
C.H2(g)===2H(g) ΔH=+436 kJ·mol-1
D.H2(g)+F2(g)===2HF(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
解析:选D 由表中键能数据可知,C—F键、C—Cl键、C—I键的键能依次减小,则E(C—Br)介于E(C—Cl)和E(C—I)之间,其可能范围是218 kJ·mol-1<E(C—Br)<330 kJ·mol-1,A正确;键能越大表示断裂1 mol该共价键吸收的能量越多,则该化学键越稳定,表中E(H—F)最大,故表中最稳定的共价键是H—F键,B正确;断键吸热,H2(g)===2H(g)过程中断裂1 mol H—H键,则有ΔH=+436 kJ·mol-1,C正确;根据ΔH与键能的关系可知,H2(g)+F2(g)===2HF(g)的ΔH=(436 kJ·mol-1+157 kJ·mol-1)-(2×568 kJ·mol-1)=-543 kJ·mol-1,D错误。
7.工业制氢气的一个重要反应是:CO(g)+H2O(g)=== CO2(g)+H2(g)。已知在25 ℃时:
①C(s)+O2(g)CO(g) ΔH1=-111 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH2=-242 kJ·mol-1
③C(s)+O2(g) ===CO2(g) ΔH3=-394 kJ·mol-1
下列说法不正确的是( )
A.25 ℃时,CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1
B.增大压强,反应①的平衡向逆反应方向移动,平衡常数K减小
C.反应①达到平衡时,每生成1 mol CO的同时生成0.5 mol O2
D.反应②断开2 mol H2和1 mol O2中的化学键所吸收的能量比形成4 mol O—H键所放出的能量少484 kJ
解析:选B 根据盖斯定律由③-②-①得CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=
-41 kJ·mol-1,故A正确;平衡常数只与温度有关,增大压强K不变,故B错误;反应①,每生成1 mol CO的同时生成0.5 mol O2,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故C正确;焓变=反应物的键能之和-生成物的键能之和,因此反应②断开2 mol H2和1 mol O2中的化学键所吸收的能量比形成4 mol O—H键所放出的能量少484 kJ,故D正确。
8.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( )
A.断裂0.5 mol 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:选D 断裂化学键需要吸收能量,则断裂0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)中所有的化学键吸收a kJ热量,A错误;NH3(g)变成NH3(l)放出热量,则有NH3(g)===NH3(l)
ΔH=-c kJ·mol-1,B错误;反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的正、逆反应的活化能分别为
a kJ·mol-1、b kJ·mol-1,则反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH=2(a kJ·mol-1-
b kJ·mol-1)=2(a-b)kJ·mol-1,C错误;反应NH3(l)N2(g)+H2(g)的正、逆反应活化能分别为(b+c)kJ·mol-1、a kJ·mol-1,则该反应的ΔH=(b+c)kJ·mol-1-a kJ·mol-1=(b+c-a)kJ·mol-1,故有2NH3(l)N2(g)+3H2(g) ΔH=2(b+c-a)kJ·mol-1,D正确。
9.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应:H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1
B.燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ·mol-1,则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol-1
C.H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1
D.葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol-1,则 C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1
解析:选D 反应过程中除了H+和OH-反应放热,BaSO4沉淀的生成也伴随有反应热的变化,即H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH≠2×(-57.3)kJ·mol-1,故A错误;CH3OH(g)的燃烧热为1 mol甲醇蒸气燃烧转化为二氧化碳和液态水放出的热量,不能生成氢气,故B错误;H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol-1,则2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·
mol-1,2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1,故C错误;由葡萄糖的燃烧热是
2 800 kJ·mol-1可知,0.5 mol葡萄糖完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为1 400 kJ,即
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 400 kJ·mol-1,故D正确。
10.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) ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率。反应过程示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.图示显示:起始时的2个H2O最终都参与了反应
B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程
C.过程Ⅲ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ΔH
解析:选A 根据反应过程示意图,过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ中另一个水分子中的化学键断裂,过程Ⅲ中形成了新的分子,因此起始时的2个H2O最终都参与了反应,A项正确;过程Ⅰ、Ⅱ中水分子中的化学键断裂,为吸热过程,B项错误;过程Ⅲ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ΔH,D项错误。
11.已知:①CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH1
②CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g) ΔH2
下列推断正确的是( )
A.若CO的燃烧热ΔH为ΔH3,则H2的燃烧热ΔH为ΔH3-ΔH1
B.反应CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)的ΔH=ΔH2-ΔH1
C.若反应②的反应物总能量低于生成物总能量,则ΔH2<0
D.若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,则ΔH1>0
解析:选B CO的燃烧热ΔH为ΔH3,则有③CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH3;根据盖斯定律,由③-①可得④H2(g)+O2(g)===H2O(g),则该反应的ΔH4=ΔH3-ΔH1,由于生成物是H2O(g),故H2的燃烧热ΔH不是ΔH3-ΔH1,A错误。根据盖斯定律,由②-①可得CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g),则该反应的ΔH=ΔH2-ΔH1,B正确。若反应②的反应物总能量低于生成物总能量,该反应是吸热反应,则有ΔH2>0,C错误。等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,则有ΔH3<ΔH4;根据盖斯定律,由③-④可得①CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g),则有ΔH1=ΔH3-ΔH4<0,D错误。
12.依据事实写出下列反应的热化学方程式。
(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需要吸收10.94 kJ 热量,此反应的热化学方程式为____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体燃烧生成N2和水蒸气时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为___________________________________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1 669.8 kJ的热量。此反应的热化学方程式为______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)2.3 g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃,恰好完全燃烧,生成2.7 g液态水和
2.24 L CO2(标准状况)并放出68.35 kJ的热量。写出此反应的热化学方程式:____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需吸收10.94 kJ热量,则碳与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1。
(2)2.0 g肼气体燃烧生成氮气和水蒸气时放出33.4 kJ热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1 669.8 kJ的热量,则此反应的热化学方程式为4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1×2=-3 339.6 kJ·mol-1。
(4)通过燃烧的产物可知该有机物中肯定含有碳元素和氢元素,可能含有氧元素。n(H2O)==0.15 mol,n(H)=0.3 mol,m(H)=0.3 g,n(CO2)==0.1 mol,n(C)=0.1 mol,m(C)=1.2 g,则碳元素和氢元素的质量之和是0.3 g+1.2 g=1.5 g<2.3 g,故该有机物中还含有氧元素,氧元素的质量是2.3 g-1.5 g=0.8 g,n(O)=0.05 mol,从而可确定该有机物的分子式为C2H6O,该液态有机物为C2H5OH(l),故该反应的热化学方程式为C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1。
答案:(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28 kJ·mol-1
(2)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4 kJ·mol-1
(3)4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3 339.6 kJ·mol-1
(4)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 367 kJ·mol-1
13.化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。
(1)蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧和水汽化的热化学方程式分别为
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802.3 kJ·mol-1
H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1
则356 g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水,放出的热量为________。
(2)家用液化气中主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压时,当1 g丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时,放出热量50 kJ。试写出该状态下表示丁烷燃烧热的热化学方程式:________________________________________________________________________。
(3)环境保护问题正越来越受到关注,二氧化碳是主要的温室气体,而节能减排可以有效地降低二氧化碳的排放量。有效“减碳”的手段之一是节能。下列制氢方法最节能的是________(填字母)。
A.电解水制氢:2H2O2H2↑+O2↑
B.高温使水分解制氢:2H2O2H2↑+O2↑
C.太阳光催化分解水制氢:2H2O2H2↑+O2↑
D.天然气制氢:CH4+H2OCO+3H2
解析:(1)将题给反应依次编号为①、②,根据盖斯定律①-2×②可得CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-802.3 kJ·mol-1-2×44 kJ·mol-1=-890.3 kJ·mol-1,356 g“可燃冰”(分子式为CH4·9H2O)中甲烷的物质的量为2 mol,所以完全燃烧放出的热量为1 780.6 kJ。
(2)根据燃烧热的定义,1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所释放的热量,所以该状态下丁烷燃烧热的热化学方程式为C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2 900 kJ·mol-1。
(3)电解水需要大量的电能,A错误;高温使水分解需要大量的燃料,并产生大量的CO2及其他污染环境的气体,B错误;太阳能是自然存在的,最节能,C正确;天然气高温制氢气也需要大量的燃料,D错误。
答案:(1)1 780.6 kJ
(2)C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2 900 kJ·mol-1 (3)C
14.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图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据图像,回答下列问题:
(1)P(s)和Cl2(g)反应生成PCl3(g)的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
(2)PCl5(g)分解成PCl3(g)和Cl2(g)的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
(3)P(s)和Cl2(g)分两步反应生成1 mol PCl5(g)的ΔH3=________;P(s)和Cl2(g)一步反应生成1 mol PCl5(g)的ΔH4________ΔH3(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析:(1)由题图结合题给信息可知,P(s)和Cl2(g)反应生成1 mol PCl3(g)的ΔH1=-306 kJ·mol-1,则反应的热化学方程式为P(s)+Cl2(g)===PCl3(g) ΔH1=-306 kJ·mol-1。
(2)PCl3(g)和Cl2(g)生成1 mol PCl5(g)的ΔH2=-93 kJ·mol-1,则反应的热化学方程式为PCl3(g)+Cl2(g)===PCl5(g) ΔH2=-93 kJ·mol-1。结合ΔH的数值与反应进行方向的关系推知,PCl5(g)分解成PCl3(g)和Cl2(g)的热化学方程式为PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1。
(3)根据盖斯定律可知,P(s)和Cl2(g)分两步反应生成1 mol PCl5(g)的ΔH3=ΔH1+ΔH2=(-306 kJ·mol-1)+(-93 kJ·mol-1)=-399 kJ·mol-1。根据盖斯定律可知,无论化学反应是一步完成还是分多步完成,其反应热是相同的,则有ΔH4=ΔH3。
答案:(1)P(s)+Cl2(g)===PCl3(g) ΔH=-306 kJ·mol-1
(2)PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ·mol-1
(3)-399 kJ·mol-1 等于
15.氯及其化合物在生产、生活中应用广泛。
(1)已知:①Cl2(g)+2NaOH(aq)===NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l)
ΔH1=-101.1 kJ·mol-1
②3NaClO(aq)===NaClO3(aq)+2NaCl(aq) ΔH2=-112.2 kJ·mol-1
则反应3Cl2(g)+6NaOH(aq)===5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(l)的ΔH=________kJ·mol-1。
(2)几种含氯离子的相对能量如下表所示:
离子 | Cl-(aq) | ClO-(aq) | ClO(aq) | ClO(aq) | ClO(aq) |
相对能量/ (kJ·mol-1) | 0 | 60 | 101 | 63 | 38 |
①在上述五种离子中,最稳定的离子是________(填离子符号,下同),最不稳定的离子是________。
②反应3ClO-(aq)===ClO(aq)+2Cl-(aq)的ΔH=______________________。
③写出ClO反应生成ClO和Cl-的热化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)以HCl为原料,用O2氧化制取Cl2,可提高效益,减少污染。反应如下:
4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.4 kJ·mol-1
上述反应在同一反应器中,通过控制合适条件,分两步循环进行,可使HCl转化率接近100%。其基本原理如图所示:
已知过程Ⅰ的反应为2HCl(g)+CuO(s)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH1=-120.4 kJ·mol-1
①过程Ⅱ反应的热化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
②过程Ⅰ流出的气体通过稀NaOH溶液(含少量酚酞)进行检测,氯化初期主要为不含HCl的气体,判断氯化结束时溶液的现象为_______________________________。
解析:(1)分析题给热化学方程式,根据盖斯定律,由①×3+②可得3Cl2(g)+6NaOH(aq)===5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O(l),则有
ΔH=3ΔH1+ΔH2=(-101.1 kJ·mol-1)×3+(-112.2 kJ·mol-1)=-415.5 kJ·mol-1。
(2)①物质具有的能量越高,其稳定性越弱,故最稳定的离子是Cl-,最不稳定的离子是ClO。
②ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量,则反应3ClO-(aq)===ClO(aq)+2Cl-(aq)的ΔH=63 kJ·mol-1-3×60 kJ·mol-1=-117 kJ·mol-1。
③由ClO生成ClO和Cl-的反应为4ClO(aq)===3ClO(aq)+Cl-(aq),该反应的
ΔH=3×38 kJ·mol-1-4×63 kJ·mol-1=-138 kJ·mol-1。
(3)①由图可知,过程Ⅱ(氧化)发生的反应为2CuCl2(s)+O2(g)===2CuO(s)+2Cl2(g)。将题给O2氧化HCl的热化学方程式编号为ⅰ,将过程Ⅰ反应的热化学方程式编号为ⅱ,其ΔH记为ΔH2,根据盖斯定律,由ⅰ-ⅱ×2可得2CuCl2(s)+O2(g)===2CuO(s)+2Cl2(g),则有ΔH2=(-115.4 kJ·mol-1)-(-120.4 kJ·mol-1)×2=+125.4 kJ·mol-1。
②氯化初期主要为不含HCl的气体,则初期溶液呈红色,氯化结束时,HCl与NaOH溶液发生中和反应,溶液褪色。
答案:(1)-415.5
(2)①Cl- ClO ②-117 kJ·mol-1
③4ClO(aq)===3ClO(aq)+Cl-(aq) ΔH=-138 kJ·mol-1
(3)①2CuCl2(s)+O2(g)===2CuO(s)+2Cl2(g) ΔH2=+125.4 kJ·mol-1
②溶液由红色变为无色(或溶液红色变浅)