2021届高三高考化学一轮复习 专题五　化学反应中的能量变化（分考点练习）

这是一份2021届高三高考化学一轮复习 专题五　化学反应中的能量变化（分考点练习），共15页。试卷主要包含了29 eV的能量，下列说法正确的是，最新报道等内容，欢迎下载使用。

专题五　化学反应中的能量变化
考点一　反应热的有关概念
1.炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧,活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示,活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法错误的是(　　)

A.氧分子的活化包括O—O键的断裂与C—O键的生成
B.每活化一个氧分子放出0.29 eV的能量
C.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV
D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
答案　C　
2.下列说法正确的是(　　)
A.锂电池使用时,能量只存在由化学能到电能的转化
B.已知P4(白磷,s)4P(红磷,s)　ΔH=-18.4 kJ·mol-1,故白磷比红磷稳定
C.H2在Cl2中燃烧:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=-184.6 kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=-184.6 kJ·mol-1
D.测定中和反应的反应热时,其他不变,用醋酸代替盐酸测得的反应热ΔH偏大
答案　D　
3.研究表明CO与N2O在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,两步反应分别为①N2O+Fe+ N2+FeO+ (慢)、②FeO++CO CO2+Fe+ (快)。下列说法正确的是(　　)

A.反应①是氧化还原反应,反应②是非氧化还原反应
B.两步反应均为放热反应,总反应的化学反应速率由反应②决定
C.Fe+使反应的活化能减小,FeO+是中间产物
D.若转移1 mol电子,则消耗11.2 L N2O
答案　C　
4.中国学者在水煤气变换[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH]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Ⅰ、过程Ⅲ均为放热过程
B.过程Ⅲ生成了具有极性共价键的H2、CO2
C.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
D.图示过程中的H2O均参与了反应过程
答案　D　
5.2SO2(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0.5 mol O2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热a kJ,其热化学方程式为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-2a kJ·mol-1
C.该反应中,反应物的总键能小于生成物的总键能
D.ΔH=E1-E2,使用催化剂改变活化能,但不改变反应热
答案　B　
6.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生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
答案　C　
7.甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
CO
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413
由此计算ΔH1=　　　　kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 
(2)反应①的化学平衡常数K表达式为　　　　　　　　;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为　　　　(填曲线标记字母),其判断理由是　 
　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1　　　　　　　　　　　　　图2　　
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而　　　　(填“增大”或“减小”),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　;图2中的压强由大到小为　　　　,其判断理由是　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)-99　+41(每空2分,共4分)
(2)K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)[或Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)](1分)
a　反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小(每空1分,共2分)
(3)减小　升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低(1分,2分,共3分)
p3>p2>p1　相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高(每空2分,共4分)
考点二　热化学方程式　盖斯定律及其应用
1.N2O和CO是环境污染性气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应原理为N2O(g)+CO(g) CO2(g)+N2(g)　ΔH,有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.ΔH=ΔH1+ΔH2
B.ΔH=-226 kJ/mol
C.该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
D.为了实现转化需不断向反应器中补充Pt2O+和Pt2O2+
答案　D　
2.一定条件下,在水溶液中1 mol ClOx-(x=0,1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A.上述离子中结合H能力最强的是E
B.上述离子中最稳定的是A
C.C B+D反应的热化学方程式为2ClO2-(aq) ClO3-(aq)+ClO-(aq)　ΔH=-76 kJ·mol-1
D.B A+D的反应物的键能之和小于生成物的键能之和
答案　A　
3.HBr被O2氧化依次由如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成,1 mol HBr被氧化为Br2放出12.67 kJ热量,其能量与反应过程曲线如图所示。
(Ⅰ)HBr(g)+O2(g) HOOBr(g)
(Ⅱ)HOOBr(g)+HBr(g) 2HOBr(g)
(Ⅲ)HOBr(g)+HBr(g) H2O(g)+Br2(g)
下列说法中正确的是(　　)
A.三步反应均为放热反应
B.步骤(Ⅰ)的反应速率最慢
C.HOOBr比HBr和O2稳定
D.热化学方程式为4HBr(g)+O2(g) 2H2O(g)+2Br2(g)　ΔH=-12.67 kJ·mol-1
答案　B　
4.我国利用合成气直接制烯烃获重大突破,其原理是:
反应①:C(s)+12O2(g) CO(g)　ΔH1
反应②:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　ΔH2
反应③:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3=-90.1 kJ·mol-1
反应④:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2(g)　ΔH4,能量变化如下图所示

反应⑤:3CH3OH(g) CH3CH CH2(g)+3H2O(g)　ΔH5=-31.0 kJ·mol-1
下列说法正确的是(　　)
A.反应③使用催化剂,ΔH3减小
B.反应④中正反应的活化能大于逆反应的活化能
C.ΔH1-ΔH2<0
D.3CO(g)+6H2(g) CH3CH CH2(g)+3H2O(g)　ΔH=-121.1 kJ·mol-1
答案　C　
5.黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为:
S(s)+2KNO3(s)+3C(s) K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)　ΔH=x kJ·mol-1
已知:碳的燃烧热ΔH1=a kJ·mol-1
S(s)+2K(s) K2S(s)　ΔH2=b kJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g) 2KNO3(s)　ΔH3=c kJ·mol-1
则x为(　　)
A.3a+b-c B.c-3a-b C.a+b-c D.c-a-b
答案　A　
6.CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g) CH4(g)　ΔH=-75 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1
C(s)+12O2(g) CO(g)　ΔH=-111 kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH=　　　　kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是　　　　(填标号)。 
A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为　　　　mol2·L-2。 
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:

积碳反应
CH4(g) C(s)+2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1)
75
172
活化能/
(kJ·mol-1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断,催化剂X　　　　Y(填“优于”或“劣于”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是　　　　(填标号)。 

A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)247　A　13
(2)①劣于　相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大　AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
7.近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:
(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是　　　　　(填标号)。 
A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以
B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸
C.0.10 mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1
D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为　　　 　　　、
　　　　　　　　　 　　　,制得等量H2所需能量较少的是　　　　　。 
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率α1=　　　　　%,反应平衡常数K=　　　　　。 
②在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2　　　　　α1,该反应的ΔH　　　　　0。(填“>”“<”或“=”) 
③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是　　　　　(填标号)。 
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
答案　(1)D
(2)H2O(l) H2(g)+12O2(g)　ΔH=286 kJ·mol-1　H2S(g) H2(g)+S(s)　ΔH=20 kJ·mol-1　系统(Ⅱ)
(3)①2.5　2.8×10-3　②>　>　③B
8.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示:

(1)反应Ⅰ的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层——含低浓度I2的H2SO4层和含高浓度I2的HI层。
①根据上述事实,下列说法正确的是　　　(选填序号)。 
a.两层溶液的密度存在差异
b.加I2前,H2SO4溶液和HI溶液不互溶
c.I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶
②辨别两层溶液的方法是 　　　　　　。 
③经检测,H2SO4层中c(H+)∶c(SO42-)=2.06∶1。其比值大于2的原因是　 。 
(3)反应Ⅱ:2H2SO4(l) 2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550 kJ·mol-1。
它由两步反应组成:ⅰ.H2SO4(l) SO3(g)+H2O(g)　ΔH=+177 kJ·mol-1;ⅱ.SO3(g)分解。
L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时,ⅱ中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。

①X代表的物理量是　　　　。 
②判断L1、L2的大小关系,并简述理由: 　　　　　　　　　。 
答案　(12分)(1)SO2+I2+2H2O H2SO4+2HI
(2)①a、c
②观察颜色,颜色深的是HI层,颜色浅的是H2SO4层
③H2SO4层中含有少量HI
(3)①压强
②L1 9.硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值。某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4,其流程如下:

已知:NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙胺(沸点:33 ℃)。
(1)在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气,该操作的目的是　　　　　　　。原料中的金属钠通常保存在　　　　中,实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有　　　　、　　　　、玻璃片和小刀等。 
(2)请配平第①步反应的化学方程式:
　NaBO2+　SiO2+　Na+　H2 　NaBH4+　Na2SiO3
(3)第②步分离采用的方法是　　　　　;第③步分出NaBH4并回收溶剂,采用的方法是　　　　　　。 
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 　　　　 　　　　。 
答案　(1)除去反应器中的水蒸气和空气　煤油　镊子　滤纸
(2)1NaBO2+2SiO2+4Na+2H2 1NaBH4+2Na2SiO3
(3)过滤　蒸馏
(4)NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216.0 kJ·mol-1
10.为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O 15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择　　　　(填字母编号)。 
A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是　　　　　　　　 　　　　　　。 
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25 ℃,101 kPa时:
4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s)　ΔH=-1 648 kJ/mol
C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH=-393 kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g) 2FeCO3(s)　ΔH=-1 480 kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是　 。 
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2 Fe+2Li2S,正极反应式是　　　　　　　　　　　　　　。 
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3　　　　kg。 
答案　(1)Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
(2)C
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
(4)4FeCO3(s)+O2(g) 2Fe2O3(s)+4CO2(g)　ΔH=-260 kJ/mol
(5)FeS2+4Li++4e- Fe+2Li2S或FeS2+4e- Fe+2S2-
(6)0.011 8ab-0.646c或29ab2 450-1 131c1 750
11.合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。
(1)一定温度下,某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示,纵轴为平衡时氢气的压强(p),横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比(H/M)。

在OA段,氢溶解于M中形成固溶体MHx,随着氢气压强的增大,H/M逐渐增大;在AB段,MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy,氢化反应方程式为:zMHx(s)+H2(g) zMHy(s)　ΔH1(Ⅰ);在B点,氢化反应结束,进一步增大氢气压强,H/M几乎不变。反应(Ⅰ)中z=　　　　(用含x和y的代数式表示)。温度为T1时,2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL,吸氢速率v=　　　　mL·g-1·min-1。反应(Ⅰ)的焓变ΔH1　　　　0(填“>”“=”或“< ”)。 
(2)η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例,则温度为T1、T2时,η(T1)　　η(T2)(填“>”“=”或“< ”)。当反应(Ⅰ)处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,达平衡后反应( Ⅰ )可能处于图中的　　　　点(填“b”“c”或“d”),该贮氢合金可通过　　　　或　　　　的方式释放氢气。 
(3)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应。温度为T时,该反应的热化学方程式为　　　　　　　。 
已知温度为T时:
CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+165 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1
答案　(1)2y-x　30　<　(2)>　c　加热　减压
(3)CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)
ΔH=-206 kJ·mol-1