2020高考化学一轮复习考点规范练16《化学反应与能量变化》(含解析)

考点规范练16　化学反应与能量变化

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.(2018北京理综)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。

下列说法不正确的是(　　)

A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%

B.CH4CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂

C.①②放出能量并形成了C—C键

D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率

2.在催化剂作用下,H2O2发生分解,其反应能量随反应的进程变化如图:

下列说法正确的是(　　)

A.H2O2分解反应的ΔH>0

B.催化剂的加入使反应的热效应减小

C.催化剂的加入提高了H2O2的分解率

D.催化剂通过改变反应进程、降低反应的活化能来提高H2O2分解速率

3.下列说法正确的是(　　)

A.氢气的燃烧热为ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则电解水时水分解的热化学方程式 2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1

B.反应SO2(g)+2H2S(g)3S(s)+2H2O(l)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH<0

C.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　

ΔH=-38.6 kJ·mol-1

D.由C(石墨,s)C(金刚石,s)　ΔH=+1.90 kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定

4.根据碘与氢气反应的热化学方程式

①I2(g)+H2(g)2HI(g)　ΔH=-9.48 kJ·mol-1

②I2(s)+H2(g)2HI(g)　ΔH=+26.48 kJ·mol-1

下列判断正确的是(　　)

A.254 g I2(g)中通入2 g H2(g),反应放热9.48 kJ

B.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ

C.反应①的产物比反应②的产物稳定

D.反应物的物质的量相等时,反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低

5.已知:①破坏1 mol A—A键、1 mol B—B键、1 mol A—B键时分别需要吸收436 kJ、498 kJ、463 kJ的能量;②反应2A2(g)+B2(g)2A2B(g)的能量变化如图所示。下列说法中错误的是(　　)

A.体系中A2、 B2最活泼 B.E1=1 370 kJ·mol-1

C.ΔH=-482 kJ·mol-1 D.该反应是放热反应

6.现有三个热化学方程式:

(1)CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-870.3 kJ·mol-1

(2)C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ·mol-1

(3)H2(g)+O2(g)H2O(l)

ΔH3=-285.8 kJ·mol-1

则反应2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的反应热为(　　)

A.-488.3 kJ·mol-1 B.+488.3 kJ·mol-1

C.-2 228.9 kJ·mol-1 D.+191 kJ·mol-1

7.已知:

①CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-a kJ·mol-1

②CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-b kJ·mol-1

③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=-c kJ·mol-1

则下列叙述中正确的是(　　)

A.由上述热化学方程式可知b>c

B.甲烷的燃烧热为ΔH=-b kJ·mol-1

C.2CH3OH(g)2CH4(g)+O2(g)

ΔH=2(b-a) kJ·mol-1

D.当甲醇和甲烷物质的量之比为1∶2,完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时,放出的热量为Q kJ,则该混合物中甲醇的物质的量为 mol

8.已知HCN(aq)与NaOH(aq)反应生成1 mol正盐的ΔH=-12.1 kJ·mol-1;强酸、强碱的稀溶液反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于(　　)

A.-69.4 kJ·mol-1 B.-45.2 kJ·mol-1

C.+69.4 kJ·mol-1 D.+45.2 kJ·mol-1

9.根据表中的信息判断下列说法错误的是(　　)

A.由表中信息可得如图所示的图像

B.由表中信息知C(石墨,s)C(金刚石,s)

ΔH=+1.9 kJ·mol-1

C.由表中信息可推知相同条件下金刚石的熔点低于石墨的熔点

D.表示石墨燃烧热的热化学方程式为C(石墨,s)+O2(g)CO(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1

10.(2018河南中原名校第五次联考)已知:①1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si键。②Si(s)+O2(g)SiO2(s)　ΔH,其反应过程与能量变化如图所示。

③

下列说法中正确的是(　　)

A.晶体硅光伏发电是将化学能转化为电能

B.二氧化硅的稳定性小于硅的稳定性

C.ΔH=-988 kJ·mol-1

D.ΔH=(a-c) kJ·mol-1

二、非选择题(本题共3个小题,共50分)

11.(15分)氢气是一种清洁能源,氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点;氢气也是重要的化工原料。

(1)纳米级的Cu2O可作为太阳能分解水的催化剂。一定温度下,在2 L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入0.10 mol水蒸气发生反应:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+484 kJ·mol-1,不同时段产生O2的量见表格:

上述反应过程中能量转化形式为光能转化为　　　　　能,达平衡过程中至少需要吸收光能　　　　 kJ(保留三位小数)。 

(2)氢气是合成氨工业的原料,合成塔中每产生2 mol NH3,放出92.2 kJ热量。已知:

则1 mol N—H键断裂吸收的能量约等于　　　　。 

(3)已知:①2H2(g)+O2(g)2H2O(g)

ΔH=-483.6 kJ·mol-1

②N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH=+67.7 kJ·mol-1

则H2还原NO2生成水蒸气和氮气反应的热化学方程式是　　　　　　　。 

12.(2018福建百所重点校联合考试)(20分)乙烯可用作合成纤维、合成橡胶、塑料的原料。回答下列问题:

(1)实验室用乙醇和五氧化二磷制取乙烯的过程如下:

P2O5+3H2O2H3PO4;

H3PO4+C2H5OHC2H5OPO(OH)2(磷酸单乙酯)+H2O;

170~200 ℃时,C2H5OPO(OH)2会分解生成乙烯和磷酸。C2H5OPO(OH)2分解反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)用CrO3作催化剂,CO2重整C2H6制乙烯的反应过程如下:

C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH1;

3H2(g)+2CrO3(s)3H2O(g)+Cr2O3(s)　ΔH2;

Cr2O3(s)+3CO2(g)3CO(g)+2CrO3(s)　ΔH3。

①反应C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)的ΔH=　　　　　　　　　　　　　(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。 

②已知部分化学键的键能数据如下表所示,则ΔH1=　　　　 kJ·mol-1。 

13.(15分)人类研究氢能源从未间断过,而热化学循环分解水制H2是在水反应体系中加入一种中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为H2和O2,这是一种节约能源、节省反应物料的技术,图1是热化学循环制氢气的流程:

图1

(1)实验测得,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)整个流程参与循环的物质是　　　　和　　　　(填化学式),最难进行的反应是　　　　(填序号)。 

(3)汞虽然有毒,但用途广泛。用汞和溴化钙作催化剂,可以在较低温度下经过下列反应使水分解制氢气和氧气:

①CaBr2+2H2OCa(OH)2+2HBr↑;

②……

③HgBr2+Ca(OH)2CaBr2+HgO+H2O;

④2HgO2Hg+O2↑。

反应②的化学方程式为　。 

(4)合成氨用的H2可以甲烷为原料制得。有关化学反应的能量变化如图2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 　。 

图2

考点规范练16　化学反应与能量变化

1.D　A项,由示意图可知反应的化学方程式为CO2+CH4CH3COOH,反应中原子的利用率为100%,正确;B项,由示意图可知CH4在催化剂作用下发生C—H键断裂,正确;C项,①的总能量高于②的总能量,①②转化过程放出热量,并形成了C—C键,正确;D项,催化剂不能改变平衡的移动方向,不能提高反应物的转化率,错误。

2.D　由题图可知,反应物H2O2具有的能量高于生成物具有的能量,则该反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;加入催化剂,可改变反应的活化能,从而改变反应速率,但不能改变反应的热效应,B项错误;催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,故不能提高H2O2的分解率,C项错误;催化剂能降低反应的活化能,从而改变反应进程,提高H2O2的分解速率,D项正确。

3.B　燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,故电解水时水分解的热化学方程式为2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+571.6kJ·mol-1,A项错误;SO2与H2S之间的反应是一个熵值减小的反应,它能自发进行,则有ΔH-TΔS<0,表明该反应一定是放热反应,B项正确;工业合成氨的反应是可逆反应,放出的热量为19.3kJ时,0.5molN2没有完全消耗,故不能由此得出热化学方程式的ΔH,C项错误;由热化学方程式可知,石墨转化为金刚石要吸收热量,故金刚石具有的能量高,其稳定性较差,D项错误。

4.D　因为反应为可逆反应,所以不能进行彻底,254gI2(g)与2gH2(g)反应放热小于9.48kJ,A项错误;根据盖斯定律,1mol固态碘和1mol气态碘的能量差为9.48kJ-(-26.48kJ)=35.96kJ,B项错误;反应①和反应②的产物HI状态相同,稳定性相同,C项错误;对于同一物质,固态物质的能量比气态物质的能量低,因此反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低,D项正确。

5.A　由题图可以看出,反应物的总能量高于生成物的总能量,所以该反应是放热反应,D项正确;E1表示断开反应物中化学键所吸收的能量(即反应的活化能),则E1=2×436kJ·mol-1+498kJ·mol-1=1370kJ·mol-1,B项正确;E2可表示形成生成物中化学键所放出的热量,则E2=2×2×463kJ·mol-1=1852kJ·mol-1,ΔH=E1-E2=1370kJ·mol-1-1852kJ·mol-1=-482kJ·mol-1,C项正确;图中A和B具有的能量最高,因此A和B最活泼,故A项错误。

6.A　运用盖斯定律解题时先观察方程式2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)的化学计量数,然后利用盖斯定律进行整合叠加。由(2)×2+(3)×2-(1)得:2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3COOH(l)　ΔH=(-393.5kJ·mol-1)×2+(-285.8kJ·mol-1)×2-(-870.3kJ·mol-1)=-488.3kJ·mol-1,选A。

7.C　等物质的量时,CH4燃烧生成液态水放出的热量更多,故c>b,A项错误;甲烷的燃烧热是指1molCH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出的热量,反应②中生成的是气态H2O,故ΔH=-bkJ·mol-1不是甲烷的燃烧热,B项错误;①×2-②×2可得2CH3OH(g)2CH4(g)+O2(g)　ΔH=2(b-a)kJ·mol-1,C项正确;③-②+①得CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-(a+c-b)kJ·mol-1④,若设甲醇的物质的量为x,则CH4的物质的量为2x,根据④和③有(a+c-b)kJ·mol-1×x+2xkJ·mol-1×c=QkJ,x=mol,即混合物中甲醇的物质的量为mol,D项错误。

8.D　由题意可写出热化学方程式:①HCN(aq)+OH-(aq)CN-(aq)+H2O(l)　ΔH=-12.1kJ·mol-1;②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)　ΔH=-57.3kJ·mol-1,由①-②可得HCN(aq)CN-(aq)+H+(aq)　ΔH=(-12.1kJ·mol-1)-(-57.3kJ·mol-1)=+45.2kJ·mol-1,D项正确。

9.D　由表中信息可得:

C(金刚石,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-395.4kJ·mol-1①

C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5kJ·mol-1②

根据盖斯定律,由①-②得:

C(金刚石,s)C(石墨,s)　ΔH=-1.9kJ·mol-1,A项正确;C(石墨,s)C(金刚石,s)　ΔH=+1.9kJ·mol-1,B项正确;由表中信息可知等质量的石墨所具有的能量低于等质量的金刚石所具有的能量,物质所具有的能量越低越稳定,而石墨的层内共价键键长比金刚石的共价键键长短,作用力更大,破坏石墨中化学键需要更多的能量,所以石墨的熔点比金刚石的高,C项正确;式②表示石墨燃烧热的热化学方程式,D项错误。

10.C　晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能,A项错误;根据化学键的键能判断,断裂1mol二氧化硅中的Si—O键需要的能量为4×460kJ=1840kJ,断裂1mol晶体硅中的Si—Si键需要的能量为2×176kJ=352kJ,故二氧化硅的稳定性大于硅的稳定性,B项错误;Si(s)+O2(g)SiO2(s)　ΔH=(176×2+500-460×4)kJ·mol-1=-988kJ·mol-1,C项正确;根据图中信息可知,ΔH=-ckJ·mol-1,D项错误。

11.答案(1)化学　0.968　(2)391 kJ

(3)4H2(g)+2NO2(g)N2(g)+4H2O(g)

ΔH=-1 034.9 kJ·mol-1

解析(1)题述反应过程中能量转化形式为光能转化为化学能,达平衡时,生成氧气0.002mol,至少需要吸收的光能为0.002mol×484kJ·mol-1=0.968kJ。

(2)3H2(g)+N2(g)2NH3(g),反应的焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=3×436kJ·mol-1+945.8kJ·mol-1-6×E(N—H)=-92.2kJ·mol-1,E(N—H)=391kJ·mol-1。

(3)反应4H2(g)+2NO2(g)N2(g)+4H2O(g)可以由①×2-②得到,故ΔH=(-483.6kJ·mol-1)×2-67.7kJ·mol-1=-1034.9kJ·mol-1。

12.答案(1)C2H5OPO(OH)2CH2CH2↑+H3PO4

(2)①　②+123

解析(1)170~200℃时,C2H5OPO(OH)2会分解生成乙烯和磷酸,则C2H5OPO(OH)2分解反应的化学方程式为

C2H5OPO(OH)2CH2CH2↑+H3PO4。

(2)①将题述热化学方程式分别用a、b、c表示,得:C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)　ΔH=。

②ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和,则ΔH1=(6×413+348-4×413-615-436)kJ·mol-1=+123kJ·mol-1。

13.答案(1)H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1

(2)SO2　I2　②

(3)Hg+2HBrHgBr2+H2↑

(4)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

ΔH=+161.1 kJ·mol-1

解析(1)1g氢气燃烧生成液态水放出142.9kJ热量,则2g氢气即1mol氢气燃烧生成液态水放出285.8kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8kJ·mol-1。

(2)反应①为二氧化硫、碘单质与水的反应:SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI,反应②为硫酸分解生成二氧化硫、氧气、水:2H2SO42SO2↑+O2↑+2H2O,反应③为碘化氢分解:2HIH2+I2,整个流程参与循环的物质是SO2、I2,最难进行的反应是②。

(3)根据反应③知反应②有HgBr2生成,根据HgBr2知反应①的产物HBr参与反应②,所以反应②为Hg+2HBrHgBr2+H2↑。

(4)由题图可写出相应的热化学方程式:

CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-282kJ·mol-1①

H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8kJ·mol-1②

CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-846.3kJ·mol-1③

由盖斯定律③-(①+②×3)得所求反应的ΔH=+161.1kJ·mol-1,则热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH=+161.1kJ·mol-1。