2022届高考化学一轮复习课后限时集训练习18化学能与热能含答案

这是一份2022届高考化学一轮复习课后限时集训练习18化学能与热能含答案，共10页。试卷主要包含了最新报道，下列有关反应热的叙述中正确的是，已知，过渡态理论认为，热催化合成氨面临的两难问题是等内容，欢迎下载使用。


1．CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下：
下列说法不正确的是( )
A．合成气的主要成分为CO和H2
B．①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成
C．①→②吸收能量
D．Ni在该反应中作催化剂
C [①的总能量大于②的总能量，故①→②放出能量，C项错误。]
2．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图所示：
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．同物质的量的CO和O反应比CO与O2反应放出更多热量
D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
C [A项，CO和O生成CO2是放热反应，错误；B项，图示中CO未断键，错误；D项，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程，错误。]
[教师用书备选]
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·ml－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．表示石墨燃烧热的化学方程式为C(石墨，s)＋1/2O2(g)===CO(g) ΔH＝－393.5 kJ·ml－1
D [当石墨燃烧生成CO2(g)时的反应热才是燃烧热，D项错误。]
3．下列有关反应热的叙述中正确的是( )
(1)已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ/ml，则氢气的燃烧热为ΔH＝－241.8 kJ/ml；
(2)由单质A转化为单质B是一个吸热过程，由此可知单质B比单质A稳定；
(3)X(g)＋Y(g)===Z(g)＋W(s) ΔH>0，恒温恒容条件下达到平衡后加入X，上述反应的ΔH增大；
(4)已知：
上表数据可以计算出的反应热；
(5)由盖斯定律推知：在相同条件下，金刚石或石墨燃烧生成1 ml CO2固体时，放出的热量相等；
(6)25 ℃，101 kPa，时，1 ml碳完全燃烧生成CO2所放出的热量为碳的燃烧热
A．(1)(2)(3)(4) B．(3)(4)(5)
C．(4)(5) D．(6)
D [(1)中的H2O为气态，不稳定，不能确定H2燃烧热，错误；(2)中B能量高，不稳定，错误；(3)中ΔH与X的加入量无关，错误；(4) 中不存在C===C和C—C，无法计算反应热。]
4．化学反应的ΔH等于反应物的总键能与生成物的总键能之差。
工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热ΔH为( )
A．＋412 kJ·ml－1 B．－412 kJ·ml－1
C．＋236 kJ·ml－1 D．－236 kJ·ml－1
C [Si是原子晶体，1个Si原子与周围的4个Si形成4个Si—Si，所以1 ml Si的共价键有2 ml，即1 ml Si中含有2 ml Si—Si。由反应的化学方程式可知，该反应的ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－2E(Si—Si)－4E(H—Cl)＝(4×360＋2×436－2×176－4×431) kJ·ml－1＝＋236 kJ·ml－1。]
5．已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH1＝－394 kJ·ml－1
②H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g)
ΔH2＝－242 kJ·ml－1
③2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH3＝－2 510 kJ·ml－1
④2C(s)＋H2(g)===C2H2(g) ΔH4
下列说法正确的是 ( )
A．反应①放出197 kJ的热量，转移4 ml电子
B．由反应②可知1 ml气态水分解所放出的热量为242 kJ
C．反应③表示C2H2标准燃烧热的热化学方程式
D．ΔH4＝2ΔH1＋ΔH2－eq \f(1,2)ΔH3
D [1 ml C参与反应①，放出的热量为394 kJ，转移电子为4 ml，故放出197 kJ热量时，转移2 ml电子，A项错误；气态水分解需要吸收热量，B项错误；表示燃烧热的热化学方程式中可燃物的化学计量数必须为1，且生成物应为稳定的化合物，H2O的稳定状态应是液态，而不是气态，C项错误。 ]
6．根据如图所示能量循环图，下列说法正确的是( )
2K(s)＋Cl2(g)eq \(――→,\s\up7(ΔH))2KCl(s)
A．ΔH1>0；ΔH2<0
B．ΔH3>0；ΔH4<0
C．ΔH5>0；ΔH<0
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4－ΔH5
B [固态转化为气态吸热，ΔH1>0，气态原子转化为气态金属离子吸热，则ΔH2>0，故A错误；断裂化学键吸收能量，非金属原子的气态转化为离子放热，则ΔH3>0，ΔH4<0，故B正确；气态离子转化为固态放热，则ΔH5<0，故C错误；由盖斯定律可知，反应一步完成与分步完成的热效应相同，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5，故D错误。]
7．(2020·北京师大附中模拟)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
D [A项，过程Ⅰ为断键过程，吸热，错误；B项，H—H键为非极性键，错误；C项，催化剂不改变反应的ΔH，错误。]
8．过渡态理论认为：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是从反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。如图1是1 ml NO2与1 ml CO恰好反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图。
图1 图2
(1)试写出NO2和CO反应的热化学方程式：
，
该反应的活化能是 kJ·ml－1。
(2)在密闭容器中进行的上述反应是可逆反应，则其逆反应的热化学方程式为
，
该反应的活化能为 kJ·ml－1。
(3)图2是某同学模仿图1画出的NO(g)＋CO2(g)===NO2(g)＋CO(g)的能量变化示意图。则图中E3＝ kJ·ml－1，E4＝ kJ·ml－1。
[解析] (1)图中E1是正反应的活化能，即该反应的活化能为134 kJ·ml－1。正反应的活化能和逆反应的活化能之间的能量差即为反应热。(2)可逆反应逆反应的反应热应该与正反应的反应热的数值相等，但符号相反。(3)E3即该反应的活化能，等于E2，E4是反应物与生成物的能量之差，即反应热。
[答案] (1)NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)
ΔH＝－234 kJ·ml－1 134
(2)NO(g)＋CO2(g)===NO2(g)＋CO(g) ΔH＝＋234 kJ·ml－1 368
(3)368 234
9．热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti—H—Fe双温区催化剂(Ti—H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti—H—Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是( )
A．①为N≡N键的断裂过程
B．①②③在低温区发生，④⑤在高温区发生
C．④为N原子由Fe区域向Ti—H区域的传递过程
D．使用Ti—H—Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
C [由题图可知过程①为N2吸附过程，A项错误；高温有利于化学键的断裂，过程②③涉及N≡N键的断裂，由题图反应历程的物质变化可知，过程②③在Fe区域进行，则Fe区域为高温区，Ti—H区域为低温区，故过程①②③在高温区发生，过程④⑤在低温区发生，B项错误；由题图反应历程的物质变化可知过程④前后N原子位置发生了变化，故过程④为N原子由Fe区域向Ti—H区域的传递过程，C项正确；不管是否使用催化剂，合成氨均为放热反应，D项错误。]
[教师用书备选]
(1)(2017·全国卷Ⅰ，节选)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 。
(2)(2017·全国卷Ⅲ，节选)已知：
As(s)＋eq \f(3,2)H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH2
2As(s)＋eq \f(5,2)O2(g)===As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝ 。
[解析] (1)系统(Ⅰ)：令题干中的四个热化学方程式依次编号为①②③④，由①＋②＋③可得出H2O(l)===H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
系统(Ⅱ)：②＋③＋④可得出H2S(g)===S(s)＋H2(g) ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4
(2)将反应依次编为反应①②③，根据盖斯定律，将反应①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s) ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。
[答案] (1)H2O(l)===H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g) ΔH＝286 kJ·ml－1 H2S(g)===H2(g)＋S(s) ΔH＝20 kJ·ml－1 系统(Ⅱ)
(2)2ΔH1－3ΔH2－ΔH3
10．(1)研究表明N2O与CO在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，下列说法正确的是 (填序号)
①反应的ΔH<0
②Fe＋使反应的活化能降低
③反应若在2 L的密闭容器中进行，温度越高反应速率一定越快
④Fe＋＋N2O===FeO＋＋N2、FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2两步反应均为吸热反应
(2)利用CO2、CH4在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，在能源和环境上具有双重意义。重整过程中的催化转化原理如图所示。
已知：反应a CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1；
反应b CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋158.6 kJ·ml－1。
①过程Ⅱ中第二步反应的化学方程式为
。
②只有过程Ⅰ投料比n(CH4)∶n(CO2)＝ ，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。
③该技术中总反应的热化学方程式为 。
(3)肼作为火箭燃料，NO2作氧化剂，两者反应生成N2和H2O(g)。
已知：①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)
ΔH＝＋67.7 kJ·ml－1；
②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－534 kJ·ml－1。
假设一次火箭发射所用气态肼质量为3.2吨，则放出的热量为 kJ。
[解析] (1)①由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，则反应是放热反应，所以反应的ΔH<0，正确；②Fe＋是反应的催化剂，降低了反应的活化能，加快了化学反应速率，正确；③总反应方程式为N2O＋COeq \(=====,\s\up7(Fe＋))N2＋CO2，反应中使用Fe＋作催化剂，由于催化剂只有在适当的温度下活性最大，所以温度越高，反应速率不一定越快，错误；④由题图可知反应分Fe＋＋N2O===FeO＋＋N2、FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2两步进行，且都是反应物的总能量高于生成物的总能量，所以这两步反应均为放热反应，错误。
(2)①由题图可知，过程Ⅱ中第一步反应是为了实现含H物质与含C物质的分离，故第一步反应为一氧化碳、二氧化碳、氢气与四氧化三铁、氧化钙反应生成气态水、铁和碳酸钙的反应；过程Ⅱ中第二步反应是为了得到富含CO的气体，反应的化学方程式为3Fe＋4CaCO3eq \(========,\s\up7(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑。②结合过程Ⅰ反应CH4(g)＋CO2(g)===2H2(g)＋2CO(g)中H2与CO的比例，以及过程Ⅱ第二步反应中Fe、CaCO3、Fe3O4、CaO的比例可知，过程Ⅱ第一步反应为Fe3O4＋4CaO＋2CO＋2H2＋2CO2eq \(========,\s\up7(一定条件))3Fe＋4CaCO3＋2H2O，因此n(CH4)∶n(CO2)为1∶3时，过程Ⅱ中催化剂组成才会保持不变。③根据盖斯定律，由4a－3b可得CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝(＋206.2 kJ·ml－1)×4－(＋158.6 kJ·ml－1)×3＝＋349 kJ·ml－1。
(3)因①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ·ml－1，②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ·ml－1。根据盖斯定律，将热化学方程式②×2－①得气态肼和NO2(g)反应的热化学方程式：2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 135.7 kJ·ml－1。故燃烧3.2吨气态肼时放出的热量为eq \f(1,2)×1 135.7 kJ·ml－1×3.2×106 g÷32 g·ml－1≈5.7×107 kJ。
[答案] (1)①②
(2)①3Fe＋4CaCO3eq \(========,\s\up7(一定条件))Fe3O4＋4CaO＋4CO↑ ②1∶3 ③CH4(g)＋3CO2(g)===2H2O(g)＋4CO(g) ΔH＝＋349 kJ·ml－1
(3)5.7×107
物质
外观
熔点
燃烧热/(kJ·ml－1)
金刚石
无色，透明固体
？
395.4
石墨
灰黑，不透明固体
？
393.5
共价键
C—C
C===C
C—H
H—H
键能/ (kJ/ml)
348
610
413
436
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/
(kJ·ml－1)
460
360
436
431
176
347