专题能力训练3　化学反应与能量 （含答案解析）

专题能力训练3　化学反应与能量

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(共7小题,每小题6分,共42分。每小题只有1个选项符合题意)

1.下列说法或表示方法正确的是(　　)

A.反应物的总能量低于生成物的总能量时,该反应一定不能发生

B.强酸跟强碱反应放出的热量就是中和热

C.大多数化合反应发生时,断键时吸收的热量小于成键时放出的热量

D.在101 kPa、25 ℃时,12 g C完全燃烧生成CO,放出110.35 kJ热量,则C的燃烧热为110.35 kJ·mol-1

答案:C

解析:反应物的总能量低于生成物的总能量即吸热反应,可以发生,A错误;中和热是指强酸强碱的稀溶液完全中和生成1 mol水时放出的热量,B错误;大多数化合反应是放热反应,C正确;1 mol可燃物充分燃烧,生成稳定的氧化物时所放出的热量才是燃烧热,D错误。

2.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

答案:C

3.下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是(　　)

A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能

B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能

C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能

D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能

答案:A

解析:B项、C项属于电化学反应,一定有电子转移,一定发生氧化还原反应;D项营养物质为人类提供能量的过程,是被O2氧化的过程,发生了氧化还原反应;A项光能转化成电能的过程没有新物质生成,没有发生化学反应,故选A。

4.下列有关叙述正确的是(　　)

A.CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol-1,则CO2分解的热化学方程式为:2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　ΔH=+283.0 kJ·mol-1

B.向1 L 0.5 mol·L-1的NaOH溶液中加入下列物质:①稀醋酸　②浓硫酸　③稀硝酸恰好完全反应,其焓变ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系是:ΔH1<ΔH3<ΔH2

C.一定条件下,将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)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.已知氯气、溴蒸气分别与氢气的反应可表示为(Q1、Q2的值均大于零):

H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1

H2(g)+Br2(g)2HBr(g)　ΔH=-Q2 kJ·mol-1

则Q1>Q2

答案:D

解析:燃烧热是指1 mol可燃物充分燃烧,生成稳定的氧化物所放出的热量,所以CO2分解的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　ΔH=+566.0 kJ·mol-1,A错误;醋酸是弱电解质,电离时吸热,浓硫酸溶于水时放热,放热多少排序为浓硫酸>稀硝酸>稀醋酸,又因为放热反应中ΔH为负值,故ΔH2<ΔH3<ΔH1,B错误;因为N2和H2的反应为可逆反应,0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)只能部分反应,无法计算焓变,C错误;氢气与氯气反应放出的热量多,D正确。

5.下图为两种途径制备硫酸的过程,反应条件略。下列说法不正确的是(　　)

A.途径②增大O2浓度可提高SO2转化率

B.含1 mol H2SO4的浓溶液与足量NaOH反应,放出的热量即为中和热

C.途径②中SO2和SO3均属于酸性氧化物

D.若ΔH1<ΔH2+ΔH3,则2H2O2(aq)2H2O(l)+O2(g)为放热反应

答案:B

解析:增大一种反应物的浓度,可以提高另一种反应物的转化率,A正确;在稀溶液中,酸和碱完全反应生成1 mol H2O时释放出的热量是中和热,B错误;SO2、SO3均为酸性氧化物,C正确;由盖斯定律可知,D正确。

6.亚硝酸氯(结构式为)是有机合成中的重要试剂。它可由Cl2与NO反应制得,反应方程式为2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)。已知几种化学键的键能数据如下表所示:

当Cl2与NO反应生成ClNO的过程中转移了5 mol电子,理论上放出的热量为(　　)

A.175.5 kJ

B.275.5 kJ

C.177.5 kJ

D.277.5 kJ

答案:D

7.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

答案:A

解析: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=(-393.5 kJ·mol-1)×2+(-285.8 kJ·mol-1)×2-(-870.3 kJ·mol-1)=-488.3 kJ·mol-1,选A。

二、非选择题(共4小题,共58分)

8.(8分)(1)研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

已知拆开1 mol H2、1 mol O2和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ;CH3OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol-1。

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)

ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 

(2)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸气重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:

已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)    ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 

答案:(1)-93　(2)-41.2

解析:(1)根据题意,可得①H2(g)+O2(g)H2O(l)    ΔH=(436+496×-462×2) kJ·mol-1=-240 kJ·mol-1

②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-627 kJ·mol-1,则所求热化学方程式可由①×3-②得到,根据盖斯定律,ΔH=-93 kJ·mol-1。

(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③、④,则所求热化学方程式可由④-③得到,根据盖斯定律,ΔH=-41.2 kJ·mol-1。

9.(15分)(1)已知:

①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)

ΔH=+86.89 kJ·mol-1

②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-638.51 kJ·mol-1

由上述热化学方程式可知:CH3OH的燃烧热　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)638.51 kJ·mol-1。 

已知水的汽化热为44 kJ·mol-1,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为　　　　　　　　　　　。 

(2)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2]。已知:

①2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)

ΔH=-159.5 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH=+116.5 kJ·mol-1

③H2O(l)H2O(g)　　　ΔH=+44.0 kJ·mol-1

写出CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式　　　　　　　　　　　　。 

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

(2)2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)　ΔH=-87.0 kJ·mol-1

解析:(1)表示燃烧热的热化学方程式中应生成液态水,气态水变为液态水放出热量,故1 mol甲醇完全燃烧生成液态水释放的热量应大于638.51 kJ·mol-1。

①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH=+86.89 kJ·mol-1

②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-638.51 kJ·mol-1

③H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44 kJ·mol-1

根据盖斯定律,(②-①)得④H2(g)+O2(g)H2O(g)

ΔH=-241.8 kJ·mol-1,④-③得H2(g)+O2(g)H2O(l)

ΔH=-285.8 kJ·mol-1。

(2)根据盖斯定律,①+②-③:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)　ΔH=-87.0 kJ·mol-1。

10.(2018全国Ⅲ)(15分)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:

(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式　。 

(2)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。 

(3)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343 K时反应的平衡转化率α=　　　　　%。平衡常数K343 K=　　　　　(保留2位小数)。 

②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是　　　　　　　　　;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。 

③比较A、B处反应速率大小:vA　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)vB。反应速率v=v正-v逆=k正-k逆,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算A处的=　　　　　(保留1位小数)。 

答案:(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl

(2)114　(3)①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)　③大于　1.3

解析:(1)SiHCl3与H2O反应生成(HSiO)2O为非氧化还原反应,由原子守恒配平:2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl。

(2)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

ΔH1=48 kJ·mol-1 ①

3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)

ΔH2=-30 kJ·mol-1 ②

根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)　ΔH=114 kJ·mol-1。

(3)①由图根据“先拐先平速率大”可知A点所在曲线温度较高,则343 K时平衡转化率为22%;

设SiHCl3起始物质的量为1 mol,则有

　　　　　 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

起始物质的量/mol 1 0 0

转化物质的量/mol 0.22 0.11 0.11

平衡物质的量/mol 0.78 0.11 0.11

平衡常数K343 K=≈0.02。

③A处反应相当于在B处反应的基础上升高温度,反应速率vA大于vB;

达平衡时v正、v逆相等,k正=k逆

=K343 K=0.02

A处SiHCl3转化率为20%,设起始时SiHCl3物质的量为1 mol,则有:

　　　 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

起始物质的量/mol 1 0 0

转化物质的量/mol 0.2 0.1 0.1

a点物质的量/mol 0.8 0.1 0.1

此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,

=1.28≈1.3。

11.(2017北京理综)(20分)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:

钛精矿粗TiCl4纯TiCl4

资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质

(1)氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知:TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)

ΔH1=+175.4 kJ·mol-1

2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH2=-220.9 kJ·mol-1

①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　。 

②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据下图判断:CO2生成CO反应的ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”),判断依据: 　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

④氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤渣中含有　　　　　　　　　　　　　。

(2)精制过程:粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下:

物质a是　　　　,T2应控制在　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH=-45.5 kJ·mol-1

②>　随温度升高,CO含量增大,说明生成CO的反应是吸热反应

③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液

④MgCl2、AlCl3、FeCl3

(2)SiCl4　高于136 ℃,低于181 ℃

解析:(1)①根据盖斯定律,将第一个反应与第二个反应直接相加可得:TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2=+175.4 kJ·mol-1+(-220.9 kJ·mol-1)=-45.5 kJ·mol-1。

②根据图像可以看出,随着温度的升高,n(CO)逐渐增大,而n(CO2)逐渐减小,说明CO2生成CO的反应为吸热反应,则CO2生成CO反应的ΔH>0。

③要将尾气中的HCl变为盐酸,用水吸收即可;而将Cl2变为FeCl3溶液,则吸收液应为FeCl2溶液。因HCl极易溶于水,故应先将尾气通入水中得到粗盐酸,再通入FeCl2溶液中得到FeCl3溶液;最后将剩余尾气通入NaOH溶液中吸收,防止污染空气。

④根据表格中所列的TiCl4及所含杂质氯化物的性质可知,室温下,AlCl3、FeCl3、MgCl2为固体,且它们在TiCl4中溶解度较小,故滤渣中含有AlCl3、FeCl3、MgCl2。

(2)根据表格中的各物质的熔、沸点可知,在蒸馏塔一中首先变为气态的物质是沸点最低的SiCl4。在蒸馏塔二中,要蒸馏出纯净的TiCl4,则不能使其他高沸点的物质汽化,所以温度T2要高于136 ℃,但应低于181 ℃。