1、专题五 化学能与热能 考点一 化学反应中能量变化的有关概念及计算 6.(2016 江苏单科,8,2 分)通过以下反应均可获取 H2。下列有关说法正确的是()太阳光催化分解水制氢:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H1=571.6 kJmol-1 焦炭与水反应制氢:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H2=131.3 kJmol-1 甲烷与水反应制氢:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H3=206.1 kJmol-1 A.反应中电能转化为化学能 B.反应为放热反应 C.反应使用催化剂,H3 减小 D.反应 CH4(g)C(s)+2H2(g)的 H=74.8 kJmol
2、-1 答案 D A 项,反应中太阳能转化为化学能,故错误;B 项,反应为吸热反应,故错误;C 项,使用催化剂不能改变反应的反应热(H),故错误;D 项,根据盖斯定律,-可得 CH4(g)C(s)+2H2(g)H=74.8 kJmol-1,故正确。评析 本题以热化学方程式为基础考查四个相关的问题,涉及能量转化形式识别、热效应判断、催化剂与 H的关系以及应用盖斯定律进行计算等,难度中等。7.(2015 北京理综,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
3、 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.状态状态表示 CO 与 O2 反应的过程 答案 C A 项,CO 和 O 生成 CO2 是放热反应;B 项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO 中的化学键没有断裂形成 C 和 O;C 项,图中 CO 和 O 生成的 CO2 分子中含有极性共价键;D 项,状态状态表示 CO 与 O 反应的过程。8.(2014 江苏单科,11,4 分)下列有关说法正确的是()A.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀 B.2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该
4、反应的 H0 C.加热 0.1 molL-1 Na2CO3 溶液,C -的水解程度和溶液的 pH 均增大 D.对于乙酸与乙醇的酯化反应(H0),加入少量浓硫酸并加热,该反应的反应速率和平衡常数均增大 答案 C A 项,若在海轮外壳上附着一些铜块,则 Fe、Cu 和海水构成原电池,海轮外壳腐蚀更快,A 项错误;B 项,该反应是熵减的反应,S0,要在常温下自发进行,则 H0,B 项错误;加热会促进 C -水解,c(OH-)增大,pH 增大,C 项正确;D 项,酯化反应是放热反应,加热会加快反应速率,但平衡逆向移动,平衡常数减小,D 项错误。9.(2013 北京理综,6,6 分)下列设备工作时,将化
5、学能转化为热能的是()A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 答案 D 硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,A 项错误;锂离子电池是将化学能转化为电能的装置,B项错误;太阳能集热器是将太阳能转化为热能的装置,C 项错误;燃气通过燃气灶发生燃烧反应,如 CH4+2O2 CO2+2H2O,实现了化学能到热能的转化,D 项正确。10.(2012 大纲全国,9,6 分)反应 A+B C(H0),X C(H0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案 D A+B C 的 H0,说明 X 的能量应高于反应物 A、B 的能量之和,故 C 项错误,D 项正确。11
6、.(2012 江苏单科,4,2 分)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中 E1 表示正反应的活化能,E2 表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是()A.该反应为放热反应 B.催化剂能改变该反应的焓变 C.催化剂能降低该反应的活化能 D.逆反应的活化能大于正反应的活化能 答案 C 由题图可知,生成物的总能量高于反应物的总能量,故该反应为吸热反应;催化剂能降低该反应的活化能,但不能改变该反应的焓变;E1E2,说明正反应的活化能大于逆反应的活化能。12.(2014 北京理综,26,14 分,)NH3 经一系列反应可以得到 HNO3 和 NH4NO3,如下图所示。(1)中,NH3 和 O2 在
7、催化剂作用下反应,其化学方程式是 。(2)中,2NO(g)+O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时,分别测得 NO 的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线(如图)。比较 p1、p2 的大小关系:。随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是 。(3)中,降低温度,将 NO2(g)转化为 N2O4(l),再制备浓硝酸。已知:2NO2(g)N2O4(g)H1 2NO2(g)N2O4(l)H2 下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母)。N2O4 与 O2、H2O 化合的化学方程式是 。(4)中,电解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如图所示。为使电解产物全部转化为 NH4NO3,
8、需补充物质 A。A是 ,说明理由:。答案(1)4NH3+5O2 4NO+6H2O(2)p1p2 减小(3)A 2N2O4+O2+2H2O 4HNO3(4)NH3 根据反应:8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生的 HNO3 多 解析(1)NH3 催化氧化生成 NO,所以化学方程式为:4NH3+5O2 4NO+6H2O。(2)采用“定一议二”的分析方法,在相同温度的条件下,p1 时 NO 平衡转化率低,p2 时 NO 平衡转化率高,由反应特点知:p1p2。在相同压强的条件下,NO 的平衡转化率随温度升高而下降,所以温度升高,平衡常数减小。(3)降低温度,NO2 转化成 N2O4,
9、所以 H10,H20,再根据物质(N2O4)的状态可判断出 NO2 转化成液态 N2O4放热更多。故选 A。N2O4 与 O2、H2O 发生化合反应,产物应为 HNO3,所以反应方程式为:2N2O4+O2+2H2O 4HNO3。(4)由图示知,阴极反应为:NO+6H+5e-N +H2O,阳极反应为:NO+2H2O-3e-N -+4H+,根据得失电子守恒可判断出:当转移的电子数目相同时,阳极产生的 N -的物质的量多于阴极产生的 N 的物质的量,为使电解产物全部转化为 NH4NO3,可补充 NH3。评析 本题综合性较强,考查了氧化还原反应、化学平衡、反应热、电解原理等知识点,考生平时若能熟练掌握
10、化学反应原理的知识,本题得分率会较高。考点二 热化学方程式的书写及正误判断 4.(2014 大纲全国,28,15 分,)化合物 AX3 和单质 X2 在一定条件下反应可生成化合物 AX5。回答下列问题:(1)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 。(2)反应 AX3(g)+X2(g)AX5(g)在容积为 10 L 的密闭容器中进行。起始时 AX3 和 X2 均为 0.2 mol。反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图所示。列式计
11、算实验 a 从反应开始至达到平衡时的反应速率 v(AX5)=。图中 3 组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率 v(AX5)由大到小的次序为 (填实验序号);与实验 a 相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是:b 、c 。用 p0 表示开始时总压强,p 表示平衡时总压强,表示 AX3 的平衡转化率,则 的表达式为 ;实验 a 和 c 的平衡转化率:a 为 、c 为 。答案(1)AX3(l)+X2(g)AX5(s)H=-123.8 kJmol-1(2)=1.710-4 molL-1min-1 bca 加入催化剂。反应速率加快,但平衡点没有改变 温度升高。反应速率加快,但平衡点向逆反应方向移动(
12、或反应容器的容积和起始物质的量未改变,但起始总压强增大)=2(1-)50%40%解析(1)由题意知,室温时,AX3 是液体,AX5 是固体,所以热化学方程式为 AX3(l)+X2(g)AX5(s)H=-123.8 kJmol-1。(2)开始时 n0=0.4 mol,总压强为 160 kPa,平衡时总压强为 120 kPa,设平衡时的总物质的量为 n,则 =,n=0.4 mol =0.3 mol。AX3(g)+X2(g)AX5(g)起始量/mol:0.2 0.2 0 平衡量/mol:0.2-x 0.2-x x(0.2-x)+(0.2-x)+x=0.3,x=0.1,v(AX5)=1.710-4 m
13、olL-1min-1。AX3(g)+X2(g)AX5(g)初始 0.2 mol 0.2 mol 0 变化 x mol x mol x mol 平衡(0.2-x)mol(0.2-x)mol x mol =-=-,解得 x=-所以=-=2(1-);把实验 a、c 起始与平衡时对应的压强代入上式,解得:实验 a 的转化率 a=2(1-)=50%,实验 c 的转化率 c=2(1-)=40%。评析 本题以化学平衡为载体,考查了热化学方程式的书写,化学反应速率、化学平衡、转化率的计算等。综合性较强,难度适中。5.(2013 北京理综,26,14 分,)NOx 是汽车尾气中的主要污染物之一。(1)NOx 能
14、形成酸雨,写出 NO2 转化为 HNO3 的化学方程式:。(2)汽车发动机工作时会引发 N2 和 O2 反应,其能量变化示意图如下:写出该反应的热化学方程式:。随温度升高,该反应化学平衡常数的变化趋势是 。(3)在汽车尾气系统中装置催化转化器,可有效降低 NOx 的排放。当尾气中空气不足时,NOx 在催化转化器中被还原成 N2 排出。写出 NO 被 CO 还原的化学方程式:。当尾气中空气过量时,催化转化器中的金属氧化物吸收 NOx 生成盐。其吸收能力顺序如下:12MgO20CaO38SrO0,H30,H40 C.H1=H2+H3 D.H3=H4+H5 答案 C 根据反应的热效应可知:H10、H
15、30、H4c(H2P -)3Ca2+2HP -Ca3(PO4)2+2H+(4)HCl 解析(1)H3=H1+6H2=+3 359.26 kJmol-1+6(-89.61 kJmol-1)=+2 821.6 kJmol-1。(2)题给反应的电子转移情况为:反应中 60 mol CuSO4 和 5 mol P4 共同氧化了 6 mol P4,其中 60 mol CuSO4 氧化的 P4 的物质的量为 6 mol =3 mol。(3)仔细观察题给曲线不难得出制取 NaH2PO4 应控制 pH 范围为 45.5;pH=8 时,溶液中 c(HP -)c(H2P -)。Ca2+与 P -结合生成 Ca3(
16、PO4)2 沉淀,减小了 P -浓度,使 HP -H+P -平衡正向移动,c(H+)不断增大,故最终溶液显酸性。(4)X 的核磁共振氢谱显示其分子中只含一种化学环境的氢原子,结构应高度对称,依题意可写出反应的方程式为+4HCl。8.(2012 天津理综,10,14 分,)金属钨用途广泛,主要用于制造硬质或耐高温的合金,以及灯泡的灯丝。高温下,在密闭容器中用 H2 还原 WO3 可得到金属钨,其总反应为:WO3(s)+3H2(g)W(s)+3H2O(g)请回答下列问题:(1)上述反应的化学平衡常数表达式为 。(2)某温度下反应达平衡时,H2 与水蒸气的体积比为 23,则 H2 的平衡转化率为 ;
17、随温度的升高,H2 与水蒸气的体积比减小,则该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。(3)上述总反应过程大致分为三个阶段,各阶段主要成分与温度的关系如下表所示:温度 25 550 600 700 主要成分 WO3 W2O5 WO2 W 第一阶段反应的化学方程式为 ;580 时,固体物质的主要成分为 ;假设 WO3 完全转化为 W,则三个阶段消耗 H2 物质的量之比为 。(4)已知:温度过高时,WO2(s)转变为 WO2(g);WO2(s)+2H2(g)W(s)+2H2O(g)H=+66.0 kJmol-1 WO2(g)+2H2(g)W(s)+2H2O(g)H=-137.9 kJmol-1 则
18、WO2(s)WO2(g)的 H=。(5)钨丝灯管中的 W 在使用过程中缓慢挥发,使灯丝变细,加入 I2 可延长灯管的使用寿命,其工作原理为:W(s)+2I2(g)WI4(g)。下列说法正确的有 。a.灯管内的 I2 可循环使用 b.WI4 在灯丝上分解,产生的 W 又沉积在灯丝上 c.WI4 在灯管壁上分解,使灯管的寿命延长 d.温度升高时,WI4 的分解速率加快,W 和 I2 的化合速率减慢 答案(14 分)(1)K=(2)60%吸热(3)2WO3+H2 W2O5+H2O W2O5、WO2 114(4)+203.9 kJmol-1(5)a、b 解析(1)题述反应中,WO3 和 W 为固体,故
19、该反应的化学平衡常数表达式为 K=。(2)设平衡时,水蒸气的体积为 3 L,则消耗 H2 的体积也为 3 L,反应起始时 H2 的体积应为 3 L+2 L=5 L,则 H2 的平衡转化率为 100%=60%。随温度的升高,H2 与水蒸气的体积比减小,说明平衡正向移动,根据勒夏特列原理可知,正反应是吸热反应。(3)由表中信息可知,第一阶段的反应物和生成物分别为 WO3 和 W2O5;580 时固体物质的主要成分为 W2O5 和WO2;三个阶段的化学反应分别为 2WO3+H2 W2O5+H2O,W2O5+H2 2WO2+H2O,2WO2+4H2 2W+4H2O,若 WO3 完全转化为 W,则三个阶段消耗 H2 的物质的量之比为 114。(4)用第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式得:WO2(s)WO2(g)H=+66.0 kJmol-1+137.9 kJmol-1=+203.9 kJmol-1。(5)根据工作原理可知,灯管内的 I2 可循环使用;温度约 3 000 时,WI4 在灯丝上分解,产生的 W 又沉积在灯丝上,故加入 I2 可延长灯管的使用寿命,a、b 正确,c 错误;温度升高,WI4 的分解速率加快,W 和 I2 的化合速率也加快,d错误。