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2022 高考化学二轮专题练习 专题突破练七 化学反应与热能
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这是一份2022 高考化学二轮专题练习 专题突破练七 化学反应与热能，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
专题突破练七 化学反应与热能
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.(2021北京43中月考)依据图示关系,下列说法不正确的是( )
A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
D.反应C(石墨)+CO2(g)2CO(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2
2.(2021河北新高考适应卷)已知25 ℃、101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ,2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.66 kJ·mol-1,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1。
则反应C(s)+12O2(g)CO(g)的反应热为( )
A.ΔH=-396.36 kJ·mol-1
B.ΔH=-198.55 kJ·mol-1
C.ΔH=-154.54 kJ·mol-1
D.ΔH=-110.53 kJ·mol-1
3.(2021辽宁抚顺六校月考)下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则1 mol硫酸与足量氢氧化钡溶液反应放热114.6 kJ
B.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则2H2O(l)2H2(g)+O2(g)反应的ΔH=+571.6 kJ·mol-1
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=-12Q kJ·mol-1
D.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
4.(2021北京顺义二模)乙烯与水加成制备乙醇的能量变化过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.反应①为加成反应
B.反应①和反应②均为放热反应
C.C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH=(E1-E2+E3-E4) kJ·mol-1
D.H2SO4是该合成过程的催化剂,可提高反应物的平衡转化率
5.(2021宁夏中卫一模)工业合成三氧化硫的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1,反应过程可用如图模拟(代表O2分子,代表SO2分子,代表催化剂)下列说法正确的是( )
A.过程Ⅰ和过程Ⅳ决定了整个反应进行的程度
B.过程Ⅱ为放热反应,过程Ⅲ为吸热反应
C.1 mol SO2和1 mol O2反应,放出的热量小于99 kJ
D.催化剂可降低整个反应的活化能,因此使ΔH发生变化
6.(2021吉林长春一模)室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
7.(2021广东佛山顺德二模)已知:①S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH1;②S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH2。下列说法不正确的是( )
A.硫燃烧过程中将化学能大部分转化为热能
B.相同条件下,1 mol S(s)比1 mol S(g)更稳定
C.两个反应的反应物的总键能都比生成物的总键能小
D.两个过程的能量变化可用上图表示
8.(2020河北邯郸教学质量检测)工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。化学原理:CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示:
化学键
C—H
CC
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol-1)
413
615
463
348
351
下列说法错误的是( )
A.上述合成乙醇的反应是加成反应
B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等
C.碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍
D.上述反应式中,ΔH=-96 kJ·mol-1
9.(2021江西六校联考二)反应CH4(g)+CO2(g)CH3COOH(g)在一定条件下可发生,该反应历程示意图如图所示。有人提出利用电化学处理,可提高能量的利用率,下列说法不正确的是( )
A.若设计为原电池,则通入甲烷的电极为负极
B.使用催化剂,可降低活化能和焓变,加快反应速率
C.由图像可知①→②放出能量并形成了碳碳单键
D.若设计为原电池,用稀硫酸作电解质溶液,正极反应为2CO2+8e-+8H+CH3COOH+2H2O
10.(2021重庆西南大学附中三模)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下。下列说法不正确的是( )
A.ΔH=ΔH1+ΔH2
B.ΔH=-226 kJ·mol-1
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+
11.(2021东北四校联考一模)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,再经下列历程实现NO3-的催化还原,进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是( )
A.Fe3O4参与了该循环历程
B.HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂
C.H2在反应历程中生成的H+起到调节体系pH的作用
D.在整个历程中,1 mol H2可还原1 mol NO3-
12.(2021广东梅州3月质检)科研人员提出CeO2催化合成DMC需经历三步反应,示意图如下。下列说法正确的是( )
A.反应过程中反应①②③中均有O—H键断裂
B.生成DMC总反应的原子利用率为100%
C.CeO2可有效提高反应物的平衡转化率
D.DMC与过量NaOH溶液反应生成Na2CO3和甲醇
13.(2021陕西西安调研)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,反应物的总键能大于生成物的总键能
D.ΔH=E1-E2,使用催化剂不仅改变活化能,也能改变反应热
14.(2021广东珠海一模)硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如下,下列说法中正确的是( )
A.过程①放出能量
B.过程④中,只形成了C—S键
C.硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应类型为取代反应
D.该催化剂可降低反应活化能,反应前后没有变化,并没有参加反应
15.(2021山西运城质检)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。下列说法不正确的是( )
A.等质量的金刚石和石墨完全燃烧,金刚石放出的热量更多
B.在通常状况下,金刚石和石墨相比,石墨更稳定
C.表示石墨燃烧热的热化学方程式为C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
D.36 g石墨转化成金刚石,放出的热量为5.7 kJ
16.(2021湖南新高考适应卷)活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示:
下列说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.产物的稳定性:P1>P2
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ·mol-1
D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)
17.(14分)(2021河南六市一模节选)含碳化合物在国民经济中有着重要的作用。
(1)甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源,研究其相关反应并合理利用具有重要意义。
已知:a.工业上甲烷可用于制造合成气,常温常压下其反应为CH4(g)+H2O(l)CO(g)+3H2(g) ΔH=+250.1 kJ·mol-1
b.CO(g)、H2(g)的燃烧热ΔH依次为-283.0 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1
常温常压下,8 g甲烷完全燃烧生成液态水时放出的热量为 kJ。
(2)甲酸被认为是理想的氢能载体,我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
回答下列问题:
①该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正= eV,该步骤的反应方程式为
。
②该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为
。
18.(14分)(2021湖北黄石二中月考)(1)已知:2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2
则ΔH1 (填“>”或“<”)ΔH2。
(2)2020年7月23日,“天问一号”火星探测器在海南文昌发射中心发射,火箭的第一、二级发动机中,所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮,偏二甲肼可用肼来制备。用肼(N2H4)作燃料,四氧化二氮作氧化剂,二者反应生成氮气和气态水。已知:
①N2(g)+2O2(g)N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式:
。
(3)25 ℃、101 kPa时,14 g CO在足量的O2中充分燃烧,放出141.3 kJ热量,则CO的燃烧热为ΔH= 。
(4)0.50 L 2.00 mol·L-1硫酸溶液与2.10 L 1.00 mol·L-1KOH溶液完全反应,放出114.6 kJ热量,该反应的中和热ΔH= 。
(5)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式是 。
19.(14分)(2021湖北武汉吴家山中学月考节选)CH4超干重整CO2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:
(1)已知相关反应的能量变化如图所示:
过程Ⅰ的热化学方程式为
。
(2)关于上述过程Ⅱ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ΔH
(3)其他条件不变,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)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;b点CH4的转化率高于c点,原因是
。
20.(14分)(1)甲醛(HCHO)俗称蚁醛,是一种重要的有机原料。
利用甲醇(CH3OH)制备甲醛
脱氢法:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)
ΔH1=+92.09 kJ·mol-1
氧化法:CH3OH(g)+12O2(g)HCHO(g)+H2O(g)
ΔH2
已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.64 kJ·mol-1,则ΔH2= 。
(2)(2020广东梅州质检节选)Ⅰ.近段时间,全国范围内的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。
汽车尾气中含有较多的NOx和CO,两种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。
①已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-564 kJ·mol-1
请写出把汽车尾气转化为无毒无害物质的热化学方程式: 。
②工业上可采用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,其中吸附在钯基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*CH3*+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 。
专题突破练七 化学反应与热能
1.D 解析:图中涉及反应为①C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;②C(石墨)+12O2(g)CO(g) ΔH;③CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1,由盖斯定律可知ΔH+ΔH2=ΔH1。燃烧放出大量的热,石墨燃烧为放热反应,故A正确;因C(石墨)燃烧生成CO可放出热量,则1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放出的热量多,故B正确;反应途径不改变反应物、生成物的总能量,则化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故C正确;根据盖斯定律,由①-2×③可得,C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,故D错误。
2.D 解析:已知25 ℃、101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ,则①H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.01 kJ·mol-1,由题意可知,②2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.66 kJ·mol-1、③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由③-12×②+①得C(s)+12O2(g)CO(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1-12×571.66 kJ·mol-1+44.01 kJ·mol-1=-110.53 kJ·mol-1,则反应C(s)+12O2(g)CO(g)的反应热为ΔH=-110.53 kJ·mol-1,故D正确。
3.B 解析:硫酸和氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀和水,所以此反应的反应热不是中和热,A错误;氢气的燃烧热是指1 mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量,且根据物质的量分析,反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)的ΔH=+571.6 kJ·mol-1,B正确;H2的燃烧热必须是1 mol H2燃烧生成液态水时所放出的能量,C错误;反应N2+3H22NH3为可逆反应,0.5 mol氮气不能完全反应,故不能准确计算反应的ΔH,D错误。
4.D 解析:由图可知乙烯与水加成制备乙醇的过程为:
①C2H4(g)+H2SO4(l)C2H5OSO3H(l) ΔH=E1-E2 kJ·mol-1;
②C2H5OSO3H(l)+H2O(l)C2H5OH(l)+H2SO4(l) ΔH=E3-E4 kJ·mol-1。
对比C2H4、H2SO4和C2H5OSO3H的化学式可知反应①为加成反应,A正确;由图可知反应①、反应②的反应物的总能量均高于生成物的总能量,均为放热反应,B正确;根据上述分析,由①+②,得C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH=(E1-E2+E3-E4) kJ·mol-1,C正确;H2SO4在两步反应中出现,在总反应中未出现,则H2SO4是该合成过程的催化剂,它可提高反应速率,但是不能使平衡发生移动,不能提高反应物的平衡转化率。
5.C 解析:过程Ⅰ是吸附放热过程,自发进行程度大,但过程Ⅱ是共价键断裂的过程,过程Ⅳ是生成物解吸过程,需要消耗能量,它们的活化能相对较大,过程Ⅱ和过程Ⅳ决定了全部反应进行的程度,A错误;由图可知,过程Ⅱ化学键断裂,为吸热过程,过程Ⅲ化学键形成,为放热过程,B错误;反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1是可逆反应,所以1 mol SO2和1 mol O2反应时消耗SO2的物质的量小于1 mol,放热小于99 kJ,C正确;催化剂不能改变反应的始态和终态,不能改变反应物和生成物的内能,所以不能改变反应热,D错误。
6.B 解析:根据题意知,CuSO4·5H2O(s)溶于水的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)Cu2+(aq)+SO42-(aq)+5H2O(l) ΔH1>0,CuSO4(s)溶于水的热化学方程式为CuSO4(s)Cu2+(aq)+SO42-(aq) ΔH2<0;根据盖斯定律知,CuSO4·5H2O受热分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3=ΔH1-ΔH2>0。根据上述分析知,ΔH2<ΔH3,A错误;ΔH1<ΔH3,B正确;ΔH3=ΔH1-ΔH2,C错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D错误。
7.D 解析:硫燃烧过程中将化学能大部分转化为热能,少量的化学能转化为光能,A说法正确;相同条件下,1 mol S(s)比1 mol S(g)含有的能量低,则1 mol S(s)比1 mol S(g)更稳定,B说法正确;两个反应均为放热反应,则反应物的总键能都比生成物的总键能小,C说法正确;1 mol S(g)和1 mol O2(g)具有的总能量比1 mol S(s)和1 mol O2(g)具有的总能量高,图像表示的与实际不符,D说法错误。
8.D 解析:题述反应式中,ΔH=615 kJ·mol-1+413 kJ·mol-1×4+463 kJ·mol-1×2-348 kJ·mol-1-413 kJ·mol-1×5-463 kJ·mol-1-351 kJ·mol-1=-34 kJ·mol-1,D项错误。
9.B 解析:CH4中碳元素的化合价为-4价,CO2中碳元素的化合价为+4价,CH3COOH中碳元素的平均化合价为0价,所以对于CH4来说,由反应物到生成物化合价升高,作还原剂,那么在原电池中通入甲烷的电极为负极,A不符合题意;催化剂只能降低活化能,不可能改变焓变,B符合题意;由题图可知,反应物能量高,生成物能量低,且催化过程中CH4中有碳氢键断裂,CH4中碳原子与CO2中碳原子形成单键,C不符合题意;CO2通入正极,在酸性条件下被还原生成CH3COOH,电极反应式正确,D不符合题意。
10.D 解析:①N2O+Pt2O+Pt2O2++N2 ΔH1,②Pt2O2++COPt2O++CO2 ΔH2,结合盖斯定律计算①+②得到N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2,故A正确;由图示分析可知,反应物能量高于生成物,反应为放热反应,反应焓变ΔH=134 kJ·mol-1-360 kJ·mol-1=-226 kJ·mol-1,故B正确;正反应活化能E1=134 kJ·mol-1,小于逆反应活化能E2=360 kJ·mol-1,故C正确;①N2O+Pt2O+Pt2O2++N2 ΔH1,②Pt2O2++COPt2O++CO2 ΔH2,反应过程中Pt2O+和Pt2O2+参与反应后又生成,则不需要补充,故D错误。
11.D 解析:由图可知,Fe3O4参与了该循环历程,因为铁离子有价态的变化,故A正确;HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂,而后形成了碳氧双键,故B正确;酸性条件下,NO3-比NO2-的氧化性更强,H+起到调节体系pH的作用,故C正确;在整个历程中,2 mol Fe(Ⅱ)可还原1 mol NO3-,氢气还原Fe3+,故D错误。
12.D 解析:根据示意图可知①中CH3OH生成CH3O—,CH3OH中的O—H键断裂,②中没有O—H键断裂,③中CH3OH生成CH3OCOOCH3,CH3OH中的O—H键断裂,故A错误;反应中有水分子生成,生成DMC总反应的原子利用率小于100%,B错误;催化剂的使用不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,C错误;DMC的结构中有酯基,能与过量NaOH溶液发生水解反应生成Na2CO3和甲醇,D正确。
13.A 解析:由图可知,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,A正确;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放热a kJ,由于该反应为可逆反应,得不到1 mol SO3(g),所以热化学方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的反应热不等于-2a kJ· mol-l,B不正确;该反应为放热反应,其ΔH<0,所以反应物的总键能小于生成物的总键能,C不正确;ΔH=E1-E2,使用催化剂能改变反应的活化能,但不改变反应热,D不正确。
14.C 解析:根据图示可知,过程①S—H键断裂,断开化学键吸收能量,故A错误;由图示可知过程④中形成了O—H键和C—S键,故B错误;由图示可知,硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应过程中,—SH取代了甲醇中的—OH,反应类型为取代反应,故C正确;催化剂可降低反应的活化能,加快反应速率,反应前后没有变化,但在中间过程参加了反应,故D错误。
15.D 解析:根据图像可知,金刚石与氧气的总能量大于石墨与氧气的总能量,完全燃烧生成产物的能量相同,所以金刚石完全燃烧放出的能量多,故A正确;等质量的金刚石的能量大于石墨的能量,能量越低越稳定,所以石墨稳定,故B正确;从图可知,12 mol O2和1 mol C(石墨)反应生成1 mol CO放出110.5 kJ的能量,1 mol CO和12 mol O2完全反应生成1 mol CO2放出283.0 kJ的能量,则1 mol O2和1 mol C(石墨)反应生成1 mol CO2放出393.5 kJ的能量。根据燃烧热的定义,表示石墨燃烧热的热化学方程式为C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1,故C正确;由上述分析可知,金刚石的能量比石墨高,所以石墨转化为金刚石应吸收热量,故D错误。
16.C 解析:由图示可知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高,即该反应为放热反应,故A错;产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低,所以产物P2比产物P1要稳定,故B错;由图示可知中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,相应的E正=186.19 kJ·mol-1,故C正确;由图示可知,由Z到产物P1所需的活化能低于由Z到产物P2所需的活化能,则由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2),故D错。
17.答案 (1)445.15 (2)①0.98 HCOOH*HCOO*+H*
②HCOOH(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-0.15 NAeV·mol-1
解析:(1)已知a.CH4(g)+H2O(l)CO(g)+3H2(g) ΔH=+250.1 kJ·mol-1,氢气、一氧化碳燃烧热的热化学方程式分别为:b.H2(g)+12O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1、c.CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1;甲烷完全燃烧生成液态水的化学方程式为d.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l),根据盖斯定律,a+3×b+c=d,d反应的ΔH=+250.1 kJ·mol-1-3×285.8 kJ·mol-1-283.0 kJ·mol-1=-890.3 kJ·mol-1,8 g甲烷的物质的量为8 g16 g· mol-1=0.5 mol,燃烧生成液态水时放出的热量为890.3 kJ·mol-1×0.5 mol=445.15 kJ。
(2)①反应所需能垒(活化能)越大,反应速率越慢,而决定该历程反应速率的是反应速率最慢的一步,即决定反应速率的是能垒最高的一步,该历程中三步正反应的能垒分别为[0.77-(-0.21)]eV=0.98 eV、(0.89-0.11) eV=0.78 eV、[0.46-(-0.08)]eV=0.54 eV,所以该历程中决定正反应速率的步骤的能垒为0.98 eV,该步反应方程式为HCOOH*HCOO*+H*。②结合反应历程可知,1分子HCOOH(g)分解得到1分子CO2(g)和1分子H2(g)释放0.15 eV能量,其热化学方程式为HCOOH(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-0.15 NAeV· mol-1。
18.答案:(1)< (2)2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 096.7 kJ·mol-1
(3)-282.6 kJ·mol-1 (4)-57.3 kJ·mol-1
(5)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
解析:(1)ΔH1表示碳完全燃烧的反应热,ΔH2表示碳不完全燃烧的反应热,碳完全燃烧放热多,且放热越多,ΔH越小。因此,ΔH1<ΔH2。
(2)根据盖斯定律,由2×②-①得:
2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2×(-543 kJ·mol-1)-(+10.7 kJ·mol-1)=-1 096.7 kJ·mol-1。
(3)25 ℃、101 kPa时,14 g CO在足量的O2中充分燃烧,放出141.3 kJ的热量,则1 mol CO(即28 g CO)完全燃烧放出的热量是141.3 kJ×2=282.6 kJ,即CO的燃烧热ΔH=-282.6 kJ·mol-1。
(4)由题意可知,硫酸和KOH反应生成2 mol H2O(l)放出114.6 kJ热量,则中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。
(5)N2与H2反应生成NH3的热化学方程式可表示为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=E(N≡N)+3E(H—H)-2×3E(N—H)=946 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
19.答案 (1)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+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,过程Ⅰ反应的化学方程式为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。由能量—反应进程曲线可得热化学方程式:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1(ⅰ)
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·mol-1(ⅱ)
(ⅰ)×2+(ⅱ)得过程Ⅰ的热化学方程式:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1
(2)由图可知,过程Ⅱ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ΔH。故ab正确,cd错误。
(3)催化剂能加快反应速率,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,则保持温度不变(800 ℃),将催化剂Ⅱ换成Ⅰ或Ⅲ,CH4转化率应不变,故a点不是化学平衡。同理,图中b、c两点都未达到化学平衡。据题意,b、c两点只有温度不同,b点温度较高,反应速率快,相同时间内CH4转化率高。
20.答案 (1)-149.73 kJ·mol-1
(2)①2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1 ②A ③CHO*+3H*CO*+4H*
解析:(1)根据盖斯定律,ΔH2=ΔH1+12ΔH3=-149.73 kJ·mol-1。
(2)①设已知的两个反应依次为反应1、反应2,汽车尾气中含有的NO和CO转化为无毒的N2和CO2,反应3为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),根据盖斯定律,反应2-反应1=反应3,则反应3的ΔH=-564 kJ·mol-1-(+180 kJ·mol-1)=-744 kJ·mol-1,反应3的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1。②一般来说,活化能低的化学反应速率快,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。③根据图示可知,过渡态Ⅳ两端物质的能量差值最大,放热最多,化学方程式为CHO*+3H*CO*+4H*。
专题突破练七 化学反应与热能
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.(2021北京43中月考)依据图示关系,下列说法不正确的是( )
A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
D.反应C(石墨)+CO2(g)2CO(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2
2.(2021河北新高考适应卷)已知25 ℃、101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ,2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.66 kJ·mol-1,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1。
则反应C(s)+12O2(g)CO(g)的反应热为( )
A.ΔH=-396.36 kJ·mol-1
B.ΔH=-198.55 kJ·mol-1
C.ΔH=-154.54 kJ·mol-1
D.ΔH=-110.53 kJ·mol-1
3.(2021辽宁抚顺六校月考)下列关于热化学反应的描述正确的是( )
A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则1 mol硫酸与足量氢氧化钡溶液反应放热114.6 kJ
B.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则2H2O(l)2H2(g)+O2(g)反应的ΔH=+571.6 kJ·mol-1
C.101 kPa时,2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,则H2的燃烧热ΔH=-12Q kJ·mol-1
D.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
4.(2021北京顺义二模)乙烯与水加成制备乙醇的能量变化过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.反应①为加成反应
B.反应①和反应②均为放热反应
C.C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH=(E1-E2+E3-E4) kJ·mol-1
D.H2SO4是该合成过程的催化剂,可提高反应物的平衡转化率
5.(2021宁夏中卫一模)工业合成三氧化硫的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1,反应过程可用如图模拟(代表O2分子,代表SO2分子,代表催化剂)下列说法正确的是( )
A.过程Ⅰ和过程Ⅳ决定了整个反应进行的程度
B.过程Ⅱ为放热反应,过程Ⅲ为吸热反应
C.1 mol SO2和1 mol O2反应,放出的热量小于99 kJ
D.催化剂可降低整个反应的活化能,因此使ΔH发生变化
6.(2021吉林长春一模)室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
7.(2021广东佛山顺德二模)已知:①S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH1;②S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH2。下列说法不正确的是( )
A.硫燃烧过程中将化学能大部分转化为热能
B.相同条件下,1 mol S(s)比1 mol S(g)更稳定
C.两个反应的反应物的总键能都比生成物的总键能小
D.两个过程的能量变化可用上图表示
8.(2020河北邯郸教学质量检测)工业上,在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇。化学原理:CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g) ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示:
化学键
C—H
CC
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol-1)
413
615
463
348
351
下列说法错误的是( )
A.上述合成乙醇的反应是加成反应
B.相同时间段内,反应中用三种物质表示的反应速率相等
C.碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍
D.上述反应式中,ΔH=-96 kJ·mol-1
9.(2021江西六校联考二)反应CH4(g)+CO2(g)CH3COOH(g)在一定条件下可发生,该反应历程示意图如图所示。有人提出利用电化学处理,可提高能量的利用率,下列说法不正确的是( )
A.若设计为原电池,则通入甲烷的电极为负极
B.使用催化剂,可降低活化能和焓变,加快反应速率
C.由图像可知①→②放出能量并形成了碳碳单键
D.若设计为原电池,用稀硫酸作电解质溶液,正极反应为2CO2+8e-+8H+CH3COOH+2H2O
10.(2021重庆西南大学附中三模)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下。下列说法不正确的是( )
A.ΔH=ΔH1+ΔH2
B.ΔH=-226 kJ·mol-1
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+
11.(2021东北四校联考一模)硝酸盐污染已成为一个日益严重的环境问题。甲酸(HCOOH)在纳米级Pd表面分解为活性H2和CO2,再经下列历程实现NO3-的催化还原,进而减少污染。已知Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)表示Fe3O4中二价铁和三价铁。下列说法错误的是( )
A.Fe3O4参与了该循环历程
B.HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂
C.H2在反应历程中生成的H+起到调节体系pH的作用
D.在整个历程中,1 mol H2可还原1 mol NO3-
12.(2021广东梅州3月质检)科研人员提出CeO2催化合成DMC需经历三步反应,示意图如下。下列说法正确的是( )
A.反应过程中反应①②③中均有O—H键断裂
B.生成DMC总反应的原子利用率为100%
C.CeO2可有效提高反应物的平衡转化率
D.DMC与过量NaOH溶液反应生成Na2CO3和甲醇
13.(2021陕西西安调研)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,反应物的总键能大于生成物的总键能
D.ΔH=E1-E2,使用催化剂不仅改变活化能,也能改变反应热
14.(2021广东珠海一模)硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如下,下列说法中正确的是( )
A.过程①放出能量
B.过程④中,只形成了C—S键
C.硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应类型为取代反应
D.该催化剂可降低反应活化能,反应前后没有变化,并没有参加反应
15.(2021山西运城质检)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。下列说法不正确的是( )
A.等质量的金刚石和石墨完全燃烧,金刚石放出的热量更多
B.在通常状况下,金刚石和石墨相比,石墨更稳定
C.表示石墨燃烧热的热化学方程式为C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
D.36 g石墨转化成金刚石,放出的热量为5.7 kJ
16.(2021湖南新高考适应卷)活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示:
下列说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.产物的稳定性:P1>P2
C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ·mol-1
D.相同条件下,由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)
17.(14分)(2021河南六市一模节选)含碳化合物在国民经济中有着重要的作用。
(1)甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源,研究其相关反应并合理利用具有重要意义。
已知:a.工业上甲烷可用于制造合成气,常温常压下其反应为CH4(g)+H2O(l)CO(g)+3H2(g) ΔH=+250.1 kJ·mol-1
b.CO(g)、H2(g)的燃烧热ΔH依次为-283.0 kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1
常温常压下,8 g甲烷完全燃烧生成液态水时放出的热量为 kJ。
(2)甲酸被认为是理想的氢能载体,我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
回答下列问题:
①该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正= eV,该步骤的反应方程式为
。
②该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为
。
18.(14分)(2021湖北黄石二中月考)(1)已知:2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2
则ΔH1 (填“>”或“<”)ΔH2。
(2)2020年7月23日,“天问一号”火星探测器在海南文昌发射中心发射,火箭的第一、二级发动机中,所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮,偏二甲肼可用肼来制备。用肼(N2H4)作燃料,四氧化二氮作氧化剂,二者反应生成氮气和气态水。已知:
①N2(g)+2O2(g)N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式:
。
(3)25 ℃、101 kPa时,14 g CO在足量的O2中充分燃烧,放出141.3 kJ热量,则CO的燃烧热为ΔH= 。
(4)0.50 L 2.00 mol·L-1硫酸溶液与2.10 L 1.00 mol·L-1KOH溶液完全反应,放出114.6 kJ热量,该反应的中和热ΔH= 。
(5)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式是 。
19.(14分)(2021湖北武汉吴家山中学月考节选)CH4超干重整CO2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:
(1)已知相关反应的能量变化如图所示:
过程Ⅰ的热化学方程式为
。
(2)关于上述过程Ⅱ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ΔH
(3)其他条件不变,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)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;b点CH4的转化率高于c点,原因是
。
20.(14分)(1)甲醛(HCHO)俗称蚁醛,是一种重要的有机原料。
利用甲醇(CH3OH)制备甲醛
脱氢法:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)
ΔH1=+92.09 kJ·mol-1
氧化法:CH3OH(g)+12O2(g)HCHO(g)+H2O(g)
ΔH2
已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.64 kJ·mol-1,则ΔH2= 。
(2)(2020广东梅州质检节选)Ⅰ.近段时间,全国范围内的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。
汽车尾气中含有较多的NOx和CO,两种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。
①已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-564 kJ·mol-1
请写出把汽车尾气转化为无毒无害物质的热化学方程式: 。
②工业上可采用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,其中吸附在钯基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*CH3*+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 。
专题突破练七 化学反应与热能
1.D 解析:图中涉及反应为①C(石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;②C(石墨)+12O2(g)CO(g) ΔH;③CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1,由盖斯定律可知ΔH+ΔH2=ΔH1。燃烧放出大量的热,石墨燃烧为放热反应,故A正确;因C(石墨)燃烧生成CO可放出热量,则1 mol C(石墨)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放出的热量多,故B正确;反应途径不改变反应物、生成物的总能量,则化学反应的ΔH只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,故C正确;根据盖斯定律,由①-2×③可得,C(石墨)+CO2(g)2CO(g) ΔH=ΔH1-2ΔH2,故D错误。
2.D 解析:已知25 ℃、101 kPa下,1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ,则①H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.01 kJ·mol-1,由题意可知,②2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.66 kJ·mol-1、③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1,根据盖斯定律,由③-12×②+①得C(s)+12O2(g)CO(g) ΔH=+131.29 kJ·mol-1-12×571.66 kJ·mol-1+44.01 kJ·mol-1=-110.53 kJ·mol-1,则反应C(s)+12O2(g)CO(g)的反应热为ΔH=-110.53 kJ·mol-1,故D正确。
3.B 解析:硫酸和氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀和水,所以此反应的反应热不是中和热,A错误;氢气的燃烧热是指1 mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量,且根据物质的量分析,反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)的ΔH=+571.6 kJ·mol-1,B正确;H2的燃烧热必须是1 mol H2燃烧生成液态水时所放出的能量,C错误;反应N2+3H22NH3为可逆反应,0.5 mol氮气不能完全反应,故不能准确计算反应的ΔH,D错误。
4.D 解析:由图可知乙烯与水加成制备乙醇的过程为:
①C2H4(g)+H2SO4(l)C2H5OSO3H(l) ΔH=E1-E2 kJ·mol-1;
②C2H5OSO3H(l)+H2O(l)C2H5OH(l)+H2SO4(l) ΔH=E3-E4 kJ·mol-1。
对比C2H4、H2SO4和C2H5OSO3H的化学式可知反应①为加成反应,A正确;由图可知反应①、反应②的反应物的总能量均高于生成物的总能量,均为放热反应,B正确;根据上述分析,由①+②,得C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH=(E1-E2+E3-E4) kJ·mol-1,C正确;H2SO4在两步反应中出现,在总反应中未出现,则H2SO4是该合成过程的催化剂,它可提高反应速率,但是不能使平衡发生移动,不能提高反应物的平衡转化率。
5.C 解析:过程Ⅰ是吸附放热过程,自发进行程度大,但过程Ⅱ是共价键断裂的过程,过程Ⅳ是生成物解吸过程,需要消耗能量,它们的活化能相对较大,过程Ⅱ和过程Ⅳ决定了全部反应进行的程度,A错误;由图可知,过程Ⅱ化学键断裂,为吸热过程,过程Ⅲ化学键形成,为放热过程,B错误;反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1是可逆反应,所以1 mol SO2和1 mol O2反应时消耗SO2的物质的量小于1 mol,放热小于99 kJ,C正确;催化剂不能改变反应的始态和终态,不能改变反应物和生成物的内能,所以不能改变反应热,D错误。
6.B 解析:根据题意知,CuSO4·5H2O(s)溶于水的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)Cu2+(aq)+SO42-(aq)+5H2O(l) ΔH1>0,CuSO4(s)溶于水的热化学方程式为CuSO4(s)Cu2+(aq)+SO42-(aq) ΔH2<0;根据盖斯定律知,CuSO4·5H2O受热分解的热化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3=ΔH1-ΔH2>0。根据上述分析知,ΔH2<ΔH3,A错误;ΔH1<ΔH3,B正确;ΔH3=ΔH1-ΔH2,C错误;ΔH1+ΔH2<ΔH3,D错误。
7.D 解析:硫燃烧过程中将化学能大部分转化为热能,少量的化学能转化为光能,A说法正确;相同条件下,1 mol S(s)比1 mol S(g)含有的能量低,则1 mol S(s)比1 mol S(g)更稳定,B说法正确;两个反应均为放热反应,则反应物的总键能都比生成物的总键能小,C说法正确;1 mol S(g)和1 mol O2(g)具有的总能量比1 mol S(s)和1 mol O2(g)具有的总能量高,图像表示的与实际不符,D说法错误。
8.D 解析:题述反应式中,ΔH=615 kJ·mol-1+413 kJ·mol-1×4+463 kJ·mol-1×2-348 kJ·mol-1-413 kJ·mol-1×5-463 kJ·mol-1-351 kJ·mol-1=-34 kJ·mol-1,D项错误。
9.B 解析:CH4中碳元素的化合价为-4价,CO2中碳元素的化合价为+4价,CH3COOH中碳元素的平均化合价为0价,所以对于CH4来说,由反应物到生成物化合价升高,作还原剂,那么在原电池中通入甲烷的电极为负极,A不符合题意;催化剂只能降低活化能,不可能改变焓变,B符合题意;由题图可知,反应物能量高,生成物能量低,且催化过程中CH4中有碳氢键断裂,CH4中碳原子与CO2中碳原子形成单键,C不符合题意;CO2通入正极,在酸性条件下被还原生成CH3COOH,电极反应式正确,D不符合题意。
10.D 解析:①N2O+Pt2O+Pt2O2++N2 ΔH1,②Pt2O2++COPt2O++CO2 ΔH2,结合盖斯定律计算①+②得到N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2,故A正确;由图示分析可知,反应物能量高于生成物,反应为放热反应,反应焓变ΔH=134 kJ·mol-1-360 kJ·mol-1=-226 kJ·mol-1,故B正确;正反应活化能E1=134 kJ·mol-1,小于逆反应活化能E2=360 kJ·mol-1,故C正确;①N2O+Pt2O+Pt2O2++N2 ΔH1,②Pt2O2++COPt2O++CO2 ΔH2,反应过程中Pt2O+和Pt2O2+参与反应后又生成,则不需要补充,故D错误。
11.D 解析:由图可知,Fe3O4参与了该循环历程,因为铁离子有价态的变化,故A正确;HCOOH分解时,碳氢键和氧氢键发生了断裂,而后形成了碳氧双键,故B正确;酸性条件下,NO3-比NO2-的氧化性更强,H+起到调节体系pH的作用,故C正确;在整个历程中,2 mol Fe(Ⅱ)可还原1 mol NO3-,氢气还原Fe3+,故D错误。
12.D 解析:根据示意图可知①中CH3OH生成CH3O—,CH3OH中的O—H键断裂,②中没有O—H键断裂,③中CH3OH生成CH3OCOOCH3,CH3OH中的O—H键断裂,故A错误;反应中有水分子生成,生成DMC总反应的原子利用率小于100%,B错误;催化剂的使用不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,C错误;DMC的结构中有酯基,能与过量NaOH溶液发生水解反应生成Na2CO3和甲醇,D正确。
13.A 解析:由图可知,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,A正确;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放热a kJ,由于该反应为可逆反应,得不到1 mol SO3(g),所以热化学方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的反应热不等于-2a kJ· mol-l,B不正确;该反应为放热反应,其ΔH<0,所以反应物的总键能小于生成物的总键能,C不正确;ΔH=E1-E2,使用催化剂能改变反应的活化能,但不改变反应热,D不正确。
14.C 解析:根据图示可知,过程①S—H键断裂,断开化学键吸收能量,故A错误;由图示可知过程④中形成了O—H键和C—S键,故B错误;由图示可知,硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应过程中,—SH取代了甲醇中的—OH,反应类型为取代反应,故C正确;催化剂可降低反应的活化能,加快反应速率,反应前后没有变化,但在中间过程参加了反应,故D错误。
15.D 解析:根据图像可知,金刚石与氧气的总能量大于石墨与氧气的总能量,完全燃烧生成产物的能量相同,所以金刚石完全燃烧放出的能量多,故A正确;等质量的金刚石的能量大于石墨的能量,能量越低越稳定,所以石墨稳定,故B正确;从图可知,12 mol O2和1 mol C(石墨)反应生成1 mol CO放出110.5 kJ的能量,1 mol CO和12 mol O2完全反应生成1 mol CO2放出283.0 kJ的能量,则1 mol O2和1 mol C(石墨)反应生成1 mol CO2放出393.5 kJ的能量。根据燃烧热的定义,表示石墨燃烧热的热化学方程式为C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1,故C正确;由上述分析可知,金刚石的能量比石墨高,所以石墨转化为金刚石应吸收热量,故D错误。
16.C 解析:由图示可知,反应物所具有的能量之和比生成物所具有的能量之和高,即该反应为放热反应,故A错;产物P2所具有的能量比产物P1所具有的能量低,所以产物P2比产物P1要稳定,故B错;由图示可知中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大,相应的E正=186.19 kJ·mol-1,故C正确;由图示可知,由Z到产物P1所需的活化能低于由Z到产物P2所需的活化能,则由中间产物Z转化为产物的速率:v(P1)>v(P2),故D错。
17.答案 (1)445.15 (2)①0.98 HCOOH*HCOO*+H*
②HCOOH(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-0.15 NAeV·mol-1
解析:(1)已知a.CH4(g)+H2O(l)CO(g)+3H2(g) ΔH=+250.1 kJ·mol-1,氢气、一氧化碳燃烧热的热化学方程式分别为:b.H2(g)+12O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1、c.CO(g)+12O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1;甲烷完全燃烧生成液态水的化学方程式为d.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l),根据盖斯定律,a+3×b+c=d,d反应的ΔH=+250.1 kJ·mol-1-3×285.8 kJ·mol-1-283.0 kJ·mol-1=-890.3 kJ·mol-1,8 g甲烷的物质的量为8 g16 g· mol-1=0.5 mol,燃烧生成液态水时放出的热量为890.3 kJ·mol-1×0.5 mol=445.15 kJ。
(2)①反应所需能垒(活化能)越大,反应速率越慢,而决定该历程反应速率的是反应速率最慢的一步,即决定反应速率的是能垒最高的一步,该历程中三步正反应的能垒分别为[0.77-(-0.21)]eV=0.98 eV、(0.89-0.11) eV=0.78 eV、[0.46-(-0.08)]eV=0.54 eV,所以该历程中决定正反应速率的步骤的能垒为0.98 eV,该步反应方程式为HCOOH*HCOO*+H*。②结合反应历程可知,1分子HCOOH(g)分解得到1分子CO2(g)和1分子H2(g)释放0.15 eV能量,其热化学方程式为HCOOH(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-0.15 NAeV· mol-1。
18.答案:(1)< (2)2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 096.7 kJ·mol-1
(3)-282.6 kJ·mol-1 (4)-57.3 kJ·mol-1
(5)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1
解析:(1)ΔH1表示碳完全燃烧的反应热,ΔH2表示碳不完全燃烧的反应热,碳完全燃烧放热多,且放热越多,ΔH越小。因此,ΔH1<ΔH2。
(2)根据盖斯定律,由2×②-①得:
2N2H4(g)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2×(-543 kJ·mol-1)-(+10.7 kJ·mol-1)=-1 096.7 kJ·mol-1。
(3)25 ℃、101 kPa时,14 g CO在足量的O2中充分燃烧,放出141.3 kJ的热量,则1 mol CO(即28 g CO)完全燃烧放出的热量是141.3 kJ×2=282.6 kJ,即CO的燃烧热ΔH=-282.6 kJ·mol-1。
(4)由题意可知,硫酸和KOH反应生成2 mol H2O(l)放出114.6 kJ热量,则中和热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。
(5)N2与H2反应生成NH3的热化学方程式可表示为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=E(N≡N)+3E(H—H)-2×3E(N—H)=946 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
19.答案 (1)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+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,过程Ⅰ反应的化学方程式为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。由能量—反应进程曲线可得热化学方程式:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2 kJ·mol-1(ⅰ)
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·mol-1(ⅱ)
(ⅰ)×2+(ⅱ)得过程Ⅰ的热化学方程式:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247.4 kJ·mol-1
(2)由图可知,过程Ⅱ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ΔH。故ab正确,cd错误。
(3)催化剂能加快反应速率,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,则保持温度不变(800 ℃),将催化剂Ⅱ换成Ⅰ或Ⅲ,CH4转化率应不变,故a点不是化学平衡。同理,图中b、c两点都未达到化学平衡。据题意,b、c两点只有温度不同,b点温度较高,反应速率快,相同时间内CH4转化率高。
20.答案 (1)-149.73 kJ·mol-1
(2)①2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1 ②A ③CHO*+3H*CO*+4H*
解析:(1)根据盖斯定律,ΔH2=ΔH1+12ΔH3=-149.73 kJ·mol-1。
(2)①设已知的两个反应依次为反应1、反应2,汽车尾气中含有的NO和CO转化为无毒的N2和CO2,反应3为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),根据盖斯定律,反应2-反应1=反应3,则反应3的ΔH=-564 kJ·mol-1-(+180 kJ·mol-1)=-744 kJ·mol-1,反应3的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=-744 kJ·mol-1。②一般来说,活化能低的化学反应速率快,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。③根据图示可知,过渡态Ⅳ两端物质的能量差值最大,放热最多,化学方程式为CHO*+3H*CO*+4H*。
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