2020高考化学刷题冲刺含最新模拟题专题十三化学能与热能讲义含解析

专题十三 化学能与热能

考点1　化学反应中能量变化的有关概念

1.[2018北京,7,6分]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。该历程示意图如图。

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.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂

C.①→②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.[2018海南,12,4分][双选]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。下列说法正确的是              (　　)

A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量

B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV

C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程

D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂

考点2　热化学方程式

3.[2019湖南四校摸底调研联考]H2O2(l)在有MnO2条件下和无MnO2条件下分解的能量变化如图所示。下列说法错误是              (　　)

A.有MnO2条件下的变化曲线是b曲线

 B.该反应能量变化类型与氢气燃烧反应的相同

 C.加MnO2后,正反应速率增大,逆反应速率减小

 D.该反应的热化学方程式为H2O2(l)H2O(l)+O2(g)　ΔH=(E1-E2) kJ·mol-1

4.[2017全国卷Ⅰ,28(2),5分]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　　　　　　　　。 

考点3　盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较

5.[2019浙江4月选考,23,2分]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):

　　　M2+(g)+C(g)　　M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)

　　　　MCO3(s)　　 　　　 MO(s)+CO2(g)

已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是 (　　)

A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0

B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0

C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)

D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3

6.(1)[2019全国卷Ⅲ,28(2)改编]已知:

CuCl2(s)CuCl(s)+Cl2(g)　ΔH1=83 kJ·mol-1

CuCl(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g)　ΔH2=-20 kJ·mol-1

CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)　ΔH3=-121 kJ·mol-1

则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=　　　kJ·mol-1。 

(2)[2017全国卷Ⅲ,28(3),2分]已知:As(s)+H2(g)+2O2(g)H3AsO4(s)　ΔH1

H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH2

2As(s)+O2(g)As2O5(s)　ΔH3

则反应As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)的ΔH=　　　　。

考点1　化学反应中能量变化的有关概念

考法1  化学反应中的能量变化

命题角度1　结合能量变化图像判断吸热反应和放热反应

1  [2015北京,9,6分]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

本题主要考查化学反应与能量变化,意在考查考生灵活运用所学知识的能力。根据能量变化示意图可以判断该反应为放热反应,A项错误;根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂,B项错误;CO2中含有极性键,C项正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程,D项错误。

  C

考法点睛·学习理解

解答本题的关键是将能量变化图像和反应过程示意图对照起来,正确提取反应过程图像中的能量变化信息。由题中左图信息可知,状态Ⅰ→状态Ⅲ,放出热量,从而判断A项正误;由题中右图信息可知,状态Ⅰ→状态Ⅱ→状态Ⅲ的反应过程,从而判断B、D项正误。

考点扫描

1.[2016海南,11改编]由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。

(1)由X→Y 反应的ΔH=E5-E2(　)

(2)由X→Z反应的ΔH<0(　)

2.[2016江苏,10A改编]如图所示 ,可表示燃料燃烧反应的能量变化(　)

提示:1.(1)✕　(2)√　2.✕

命题角度2　结合反应历程考查化学反应能量变化(新角度)

2  [2020四川乐山十校联考]NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如图1所示;研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2所示。下列说法正确的是

　　　　　                                                        　图1　　　　　　　　　　　　图2

A.NH3催化还原NO为吸热反应

B.过程Ⅰ中NH3断裂非极性键

C.过程Ⅱ中NO为氧化剂,Fe2+为还原剂

D.脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)

本题考查氧化还原反应等。反应物总能量高于生成物总能量,故NH3催化还原NO为放热反应,A项错误。过程Ⅰ中NH3断裂极性键,B项错误。过程Ⅱ中NO转化为N2,氮元素化合价由 +2 变为0,化合价降低,得电子作氧化剂;Fe2+在反应前后没有发生变化,故作催化剂,C项错误。由题图2得出脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g),D项正确。

  D

1. “一碳化工”是重要的化学工业,部分原理如下:

反应①　C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH1

反应②　C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH2=+130 kJ·mol-1

反应③　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3=-90.1 kJ·mol-1

反应④　2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH4

反应④的能量变化如图所示:

反应⑤　3CH3OH(g)CH3CHCH2(g)+3H2O(g)　ΔH5=-31.0 kJ·mol-1

已知:H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,H2O的汽化热(在标准状况下,1 mol 物质在一定温度下蒸发所需要的热量)为44 kJ·mol-1。回答下列问题:

(1)反应①的ΔH1=　　　　kJ·mol-1。 

(2)反应③中正反应的活化能　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)逆反应的活化能。 

(3)反应④中代表使用催化剂的曲线是　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),曲线Ⅰ的峰中出现小波谷的原因是　　　　　　　　　　　　,反应④的ΔH4=　　　　kJ·mol-1。 

(4)用适量的CO与H2反应,每生成420 g CH3CHCH2(g)时,　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　kJ的热量。 

考点2　热化学方程式

考法2热化学方程式的正误判断与书写

命题角度1　热化学方程式的正误判断

3 下列有关热化学方程式的叙述正确的是

A.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1,则氢气的燃烧热为241.8 kJ·mol-1

B.已知C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定

C.含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH+HClNaCl+H2O　ΔH=-57.4 kJ·mol-1

D.已知C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1,C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH2;则ΔH1<ΔH2

表示氢气燃烧热时产物中的水应该为液态,故A错误;已知C(石墨,s)C(金刚石,s)的ΔH>0,则石墨能量较低,更稳定,故B错误;含20.0g(即0.5mol)NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7kJ的热量,则中和热的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.4kJ·mol-1,故C错误;已知C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1,C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH2,完全燃烧时放出的热量多,故ΔH1<ΔH2,故D正确。

  D

命题角度2　结合物质循环图示书写热化学方程式(新角度)

4  (1)[2018北京,27(1),2分]近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:

反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)　ΔH1=+551 kJ·mol-1

反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH3=-297 kJ·mol-1

反应Ⅱ的热化学方程式:　。 

(2)[2015广东,31(1),2分]用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。

传统上该转化通过如右所示的催化循环实现。其中,反应①为2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s)　ΔH1

反应②生成1 mol Cl2(g)的反应热为ΔH2,则总反应的热化学方程式为　　　　　　　         　　　　　(反应热用ΔH1和ΔH2表示)。 

  (1)由于反应Ⅱ是二氧化硫的催化歧化反应,且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S,根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式:3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)。根据盖斯定律,反应Ⅰ与反应Ⅲ的热化学方程式相加得2H2SO4(l)+S(s)3SO2(g)+2H2O(g)　ΔH=+254kJ·mol-1,所以反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)　ΔH2=-254kJ·mol-1。(2)根据图示写出反应②CuCl2(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g)　ΔH2,由①+②可写出总反应的热化学方程式。

  (1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s)　ΔH2=-254 kJ·mol-1　(2)2HCl(g)+O2(g)Cl2(g)+H2O(g)　ΔH1+ΔH2

2. [高考组合]写出下列反应的热化学方程式。

(1)[2016天津,7(4)改编]Si与Cl两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ。已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式:　。 

(2)[2015安徽,27(4),3分]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　　　　　　　　　　　　。 

(3)[2014大纲卷,28(1),2分]已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为　　　　　　　　。 

考点3　盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较

考法3  反应热的计算

反应热已成为近几年高考的必考内容,主要在非选择题部分某一问中结合化学反应速率、化学平衡及工艺流程进行考查,考查内容常与盖斯定律的应用和计算有关。随着能源问题的日益突出,与新能源相关的考点也应引起关注。

命题角度1　根据键能计算反应热

5  [2018天津,10(2),4分]CO2与CH4经催化重整,制得合成气:

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:

则该反应的ΔH=　　　　。 

分别在v L恒温密闭容器A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和CO2各1 mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是　　　　(填“A”或“B”)。 

根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能,该反应的ΔH=(413×4+745×2)kJ·mol-1-(1075×2+436×2)kJ·mol-1=+120

kJ·mol-1。该反应为气体分子数增大的吸热反应,恒容时达到的平衡相当于恒压条件下达到平衡后增大压强,加压平衡向逆反应方向移动,故恒容时反应达平衡后吸收的热量比恒压时反应达平衡后吸收的热量少。

  +120 kJ·mol-1　B

考法点睛·应用实践

利用键能计算反应热的关键,就是要算清物质中化学键的数目,清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。

3. [高考组合]请回答下列问题:

(1)[2015新课标全国卷Ⅰ,28(3),2分]已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11 kJ·mol-1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量,则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为　　　　kJ。 

(2)[2015新课标全国卷Ⅱ,27(1),4分]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

已知反应①中相关的化学键键能数据如下:

由此计算ΔH1=　　　　kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 

命题角度2　根据盖斯定律计算反应热(热点角度)

6  [高考组合]请回答下列问题:

(1)[2018全国卷Ⅲ,28(2),2分]SiHCl3在催化剂作用下发生反应:

2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)　ΔH1=48 kJ·mol-1

3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)　ΔH2=-30 kJ·mol-1

则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为　　　　kJ·mol-1。 

(2)[2017全国卷Ⅱ,27(1)节选,2分]正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:

①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1

已知:②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1

③H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH3=-242 kJ·mol-1

反应①的ΔH1为　　　　kJ·mol-1。 

(3)[2016全国卷Ⅲ,27(4)②,2分]已知下列反应:

SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)　ΔH1

ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)　ΔH2

CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)　ΔH3

则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=　　　　。 

  (1)将已知热化学方程式依次编号为①、②,根据盖斯定律,由①×3+②可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)　ΔH=3×48kJ·mol-1-30kJ·mol-1=114kJ·mol-1。(2)根据盖斯定律,可得①=②-③,则ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119kJ·mol-1+242kJ·mol-1=123kJ·mol-1。(3)将三个反应依次记为①②③,根据盖斯定律,由①+②-③得SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)　ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。

  (1)114　(2)123　(3)ΔH1+ΔH2-ΔH3

考点扫描

1.[2017江苏,8改编]已知:①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH1=akJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH2=bkJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH3=ckJ·mol-1

④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH4=dkJ·mol-1

(1)反应CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(l)的ΔH=kJ·mol-1(　)

(2)反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1(　)

2.[2016全国卷Ⅱ,26(3),3分]①2O2(g)+N2(g)N2O4(l)　ΔH1

②N2(g)+2H2(g)N2H4(l)　ΔH2

③O2(g)+2H2(g)2H2O(g)　ΔH3

④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH4=-1048.9kJ·mol-1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4=　　　　,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为　。 

提示:1.(1)✕　(2)√　2.2ΔH3-2ΔH2-ΔH1　反应放热量大、产生大量气体

命题角度3　根据反应图像计算反应热

7  [2018山东潍坊统一考试]已知:1 g C(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2 kJ的热量;氧化亚铜与氧气反应的能量变化如图所示。下列叙述正确的是

A.碳[C(s)]的燃烧热为110.4 kJ·mol-1

B.1 mol CuO分解生成Cu2O放出73 kJ的热量

C.反应2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)的活化能为292 kJ·mol-1

D.足量碳与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

本题考查化学反应中的能量变化,涉及图像分析、燃烧热的概念及盖斯定律的应用。根据题意,C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH=-9.2×12kJ·mol-1=-110.4kJ·mol-1,而C(s)的燃烧热是指1molC(s)完全燃烧生成CO2时所放出的热量,A项错误;根据图示,2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)　ΔH=(348-640)kJ·mol-1=-292kJ·mol-1,则1molCuO分解生成Cu2O吸收的热量为kJ=73kJ,B项错误;2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s) 的反应热为-292kJ·mol-1,活化能为348kJ·mol-1,C项错误;①C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH=-110.4kJ·mol-1,②2Cu2O(s)+O2(g)4CuO(s)　ΔH=-292kJ·mol-1,根据盖斯定律,由①-②×,可得:C(s)+2CuO(s)Cu2O(s)+CO(g)　ΔH=-110.4kJ·mol-1-(-292kJ·mol-1)×=+35.6kJ·mol-1,D项正确。

  D

4.[2020贵州贵阳摸底考试]2 mol金属钠和1 mol 氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.相同条件下,K(s)的(ΔH'2+ΔH'3)<Na(s)的(ΔH2+ΔH3)

B.ΔH4的数值和Cl—Cl共价键的键能的数值相等

C.ΔH5<0,在相同条件下,2Br(g)的ΔH'5>ΔH5

D.ΔH7<0,且该过程形成了分子间作用力

考法4反应热的大小比较

1.根据反应物量的大小关系比较反应焓变大小

①H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1

②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2

反应②中H2的量更多,因此放热更多,|ΔH1|<|ΔH2|,但ΔH1<0,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2。

2.根据反应进行程度的大小比较反应焓变大小

③C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH3

④C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH4

反应④,C完全燃烧,放热更多,|ΔH3|<|ΔH4|,但ΔH3<0,ΔH4<0,故ΔH3>ΔH4。

3.根据反应物或生成物的状态比较反应焓变大小

⑤S(g)+O2(g)SO2(g)　ΔH5

⑥S(s)+O2(g)SO2(g)　ΔH6

方法一:图像法

由图像可知:|ΔH5|>|ΔH6|,但ΔH5<0,ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。

注意　使用图像法时需要知道已知反应的吸热、放热情况。

方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式

由⑤-⑥可得S(g)S(s)　ΔH=ΔH5-ΔH6<0,故ΔH5<ΔH6。

4.根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变大小

⑦2Al(s)+O2(g)Al2O3(s)　ΔH7

⑧2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s)　ΔH8

由⑦-⑧可得2Al(s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+Al2O3(s)　ΔH=ΔH7-ΔH8。已知铝热反应为放热反应,故ΔH<0,ΔH7<ΔH8。

注意　试题中可能出现比较ΔH、|ΔH|、Q的情况,其中只有ΔH需要带“+”“-”进行比较。

命题角度　反应热的大小比较

8  [2014新课标全国卷Ⅱ,13,6分]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

基础解法　根据题意,可写出热化学方程式:

CuSO4·5H2O(s)CuSO4(aq)+5H2O(l)　ΔH1>0;

CuSO4(s)CuSO4(aq)　ΔH2<0。

故CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l)　ΔH3=ΔH1-ΔH2>0(吸热)。从而推出ΔH2(小于0)<ΔH3(大于0),A项错误;由ΔH3=

ΔH1-ΔH2>0(其中ΔH2小于0)知,ΔH1<ΔH3,B项正确,C、D项错误。

能力解法:图示法。如图,由图中关系确定各选项。

  B

5. 下列各组热化学方程式的ΔH前者大于后者的是 (　　)

①C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH1

C(s)+O2(g) CO(g)　ΔH2

②S(s)+O2(g) SO2(g)　ΔH3

S(g)+O2(g) SO2(g)　ΔH4

③H2(g)+O2(g) H2O(l)　ΔH5

2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)　ΔH6

④CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)　ΔH7

CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(aq)　ΔH8

A.①③④ B.②④ C.②③④ D.①②③