1、化学能与热能(45分钟100分)一、选择题(本题包括9小题,每题6分,共54分) 1.根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是()A.CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B.该反应的焓变大于零C.该反应中有离子键断裂也有共价键断裂,化学键断裂吸收能量,化学键生成放出能量D.由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应【解析】选D。因为碳酸钙受热分解是吸热反应,CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量,焓变大于零,A、B正确;在CaCO3中,Ca2+和C之间存在离子键,C中C与O之间存在共价键,故反应中有离子键断裂也有共价键断裂,断键吸收能量
2、,成键放出能量,C正确;需要加热才发生的反应不一定为吸热反应,如碳的燃烧反应就是放热反应,D错误。2.H2与ICl的反应分、两步进行,其能量曲线如图所示,下列有关说法错误的是()A.反应、反应均为放热反应B.反应、反应均为氧化还原反应C.反应比反应的速率慢,与相应正反应的活化能无关D.反应、反应的焓变之和为H=-218 kJmol-1【解析】选C。根据图象可知,反应和反应中反应物总能量都大于生成物,则反应、均为放热反应,A正确;反应、中都存在元素化合价变化,所以反应、都是氧化还原反应,B正确;反应比反应的速率慢,说明反应中正反应的活化能较大,反应中正反应的活化能较小,C错误;反应、反应总的能量
3、变化为218 kJ,根据盖斯定律可知,反应、反应的焓变之和为H=-218 kJmol-1,D正确。3.利用CO2和CH4重整可制合成气(主要成分为CO、H2)。下列有关说法正确的是()CH4(g)C(s)+2H2(g)H1 =+75.0 kJmol-1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+ 41.0 kJmol-1CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)H3=-131.0 kJmol-1A.反应为放热反应B.反应中化学能转化为热能C.反应使用催化剂,H3减小D.反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的H4=+247 kJmol-1【解析】选D。反应H0,
4、都是吸热反应,吸收的热量转变成物质的内能,即热能转变成化学能,A、B均错误;催化剂不能改变反应的焓变,C错误;利用盖斯定律,D选项可以将已知三个反应 +-,则H4=H1+H2-H3=75.0+41.0-(-131.0)=+247 (kJmol-1),D正确。4.已知X、Y、Z、W有如图所示的转化关系,已知焓变:H=H1+H2,则X、Y不可能是()A.C、COB.AlCl3、Al(OH)3C.Fe、Fe(NO3)2D.Na2O、Na2O2【解析】选D。根据H=H1+H2分析X、Y、Z之间的转化符合图示即可。 ,A正确;,B正确;,C正确;Na2O、Na2O2不符合上述转化关系,D错误。5.已知热
5、化学方程式:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)H=-Q kJmol-1(Q0)。下列说法正确的是()A.相同条件下,2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)所具有的能量小于2 mol SO3(g)所具有的能量B.将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)置于一密闭容器中充分反应后,放出的热量为Q kJC.若使用催化剂,该反应的|H|减小D.如将一定量SO2(g)和O2(g)置于某密闭容器中充分反应后放热Q kJ,则此过程中有2 mol SO2(g)被氧化【解析】选D。由于SO2和O2反应放热,所以相同条件下,2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)所具有的能量大
6、于2 mol SO3(g)所具有的能量,A项错误;SO2和O2的反应是可逆反应,将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)置于一密闭容器中充分反应后,转化掉的SO2小于2 mol ,放出的热量小于Q kJ,B项错误;催化剂只改变活化能不改变H,C项错误。6.硫酸是基础化学工业的重要产品,下列为接触法制硫酸的反应:4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)H=-3 412 kJmol-12SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196.6 kJmol-1SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)H=-130.3 kJmol-1下列说法正确的是()A.反应中使用
7、催化剂越多释放出的热量越大B.反应中1 mol FeS2(s)参与反应放出的热量为3 412 kJC.64 g SO2与1 mol O2在密闭容器中发生反应释放出98.3 kJ热量D.FeS2生成H2SO4的热化学方程式可表示为2FeS2(s)+O2(g)+4H2O(l)Fe2O3(s)+4H2SO4(l)H=-2 620.4 kJmol-1【解析】选D。催化剂不影响反应热大小,A错误;反应中1 mol FeS2(s)参与反应放出的热量为 kJ=853 kJ,B错误;由于反应属于可逆反应,故1 mol SO2不能完全转化为SO3,释放出的热量小于98.3 kJ,C错误;根据盖斯定律,由+2+4
8、可得:2FeS2(s)+O2(g)+4H2O(l)Fe2O3(s)+4H2SO4(l)H=-2 620.4 kJmol-1,D正确。7.已知:NaHCO3在水溶液中水解的热化学方程式为NaHCO3(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)+NaOH(aq)H=a kJmol-1;稀盐酸和稀NaOH的中和热为b kJmol-1。则等物质的量的NaHCO3(aq)与稀盐酸(aq)反应的H等于()A.(a+b) kJmol-1B.(a-b) kJmol-1C.-(a-b) kJmol-1D.-(a+b) kJmol-1【解析】选B。理解中和热的特点,抓住盖斯定律的原理。根据中和热的定义,可以写出:H+
9、(aq)+OH-(aq)H2O(l)H=-b kJmol-1;NaHCO3水解的离子方程式为HC(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)+OH-(aq)H=a kJmol-1。由盖斯定律可知,所求反应可通过+得HC(aq)+H+(aq)H2CO3(aq)H=(a-b) kJmol-1,B项正确。【加固训练】燃煤烟气脱硫可用生物质热解气(主要成分:CO、CH4、H2)将SO2在一定条件下还原为单质硫。已知:C(s)+O2(g)CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1CO2(g)+C(s)2CO(g)H2=+172.5 kJmol-1S(s)+O2(g)SO2(g)H3=-296.0 kJm
10、ol-1则反应2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g)的H为()A.+270 kJmol-1B.+862 kJmol-1C.-270 kJmol-1D.-862 kJmol-1【解析】选C。根据盖斯定律,由-可得,2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g)H=H1-H2-H3=-393.5 kJmol-1-172.5 kJmol-1-(-296.0 kJmol-1)=-270 kJmol-1,本题选C。8.火箭燃料肼(H2NNH2)在燃烧过程中的能量变化如图所示。已知:化学键NNOONNOHNH断开1 mol共价键所需的能量/kJ159498943460a下列判断错误的是()
11、A.表中的a=389B.图示中的H3=2 249 kJmol-1C.N2比O2稳定D.N2H4在氧气中燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-534 kJmol-1【解析】选A。H3=(498+159+4a)kJmol-1=(2 783-534)kJmol-1=2 249 kJmol-1,解得a=398,A错误、B正确;N2中键能大,因此比O2稳定,C正确;根据图象可知N2H4在氧气中燃烧的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H=-534 kJmol-1,D正确。9.(能力挑战题)已知:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g
12、)+3H2(g)H=+49.0 kJmol-1CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.9 kJmol-1下列说法正确的是()A.由反应可计算CH3OH的燃烧热B.反应中的能量变化可以如图表示,且H=E1-E2C.可推知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.8 kJmol-1D.可推知CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)H0,可推知CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)H-192.9 kJmol-1,D错误。二、非选择题(本题包括3小题,共46分)10.(14分)催化剂是化工技术的核心,绝大多数的化工生产均需采用催化工艺
13、。(1)人们常用催化剂来选择反应进行的方向。图1所示为一定条件下1 mol CH3OH与O2发生反应时,生成CO、CO2或HCHO的能量变化图反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去。在催化剂作用下,CH3OH与O2反应主要生成_(填“CO”“CO2”或“HCHO”)。2HCHO(g)+O2(g)2CO(g)+2H2O(g)H=_。(2)反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如图2所示,回答下列问题:该反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:E1_(填“增大”“减小”或“不变”,下同),E2_。反应体系中加入催化剂对反应热
14、是否有影响?_,原因是_。【解析】(1)使用催化剂可以降低反应的活化能,活化能越低,普通分子越容易转化成活化分子,反应越容易,反应速率越快,生成HCHO的活化能最低。根据图可知2HCHO(g)+O2(g)2CO(g)+2H2O(g)中反应物能量高,生成物能量低,故该反应为放热反应,然后依据图中给出数据可得H=-(676-158-283)2 kJmol-1=-470 kJmol-1。(2)反应物总能量高于生成物总能量,为放热反应。反应体系中加入催化剂,降低反应所需的活化能,所以E1、E2均减小,但H不变。答案:(1)HCHO-470 kJmol-1(2)放热减小减小否反应物和生成物的能量差是不变
15、的11.(15分)(2018大连模拟)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究特点。.已知:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=-115.6 kJmol-1H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)H=-184 kJmol-1(1)H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是 _。(2)断开1 mol HO键所需能量为_ kJ。.已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+206.2 kJmol-1CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+247.4 kJmol-1又知CH4的燃烧热为890.3 kJmol-1。(1)利用上
16、述已知条件写出甲烷完全燃烧的热化学方程式:_。(2)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法,CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为_。(3)高温下H2O可分解生成分子或原子。高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图所示。图中A、B表示的物质依次是_,等物质的量的A、H2化学能较低的物质是_。【解析】.(1)根据盖斯定律,由第一个热化学方程式+第二个热化学方程式2可得2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-115.6 kJmol-1-184 kJmol-12=-483.6 kJmol-1。(2)反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)发生
17、过程中断裂2 mol HH键和1 mol OO键,形成4 mol HO键,则2E(HH)+E(OO)-4E(HO)=-483.6 kJmol-1,E(HO)= kJmol-1=462.9 kJmol-1,即断开1 mol HO键所需能量为462.9 kJ。.(1)由CH4的燃烧热为890.3 kJmol-1可得甲烷完全燃烧的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1。(2)根据盖斯定律,由2-即可得到CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)H=+165.0 kJmol-1。(3)观察图象信息知,高温时水先分解生成H2、O
18、2,然后两种单质分子可继续分解成氢原子、氧原子,由于氢原子比氧原子多,故A是氢原子,B是氧原子。氢气分子分解成氢原子时需要吸收能量,故化学能较低的物质是氢气分子。答案:.(1)2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.6 kJmol-1(合理即可)(2)462.9.(1)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1(2)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)H=+165.0 kJmol-1(3)H、O(或氢原子、氧原子)H212.(17分)(能力挑战题)人类研究氢能源从未间断过,而热化学循环分解水制 H2是在水反应体系中加入一
19、种中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为H2和O2,这是一种节约能源、节省反应物料的技术,图1是热化学循环制氢气的流程:(1)实验测得,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为_。 (2)整个流程参与循环的物质是_和_(填化学式),最难进行的反应是_(填序号)。 (3)汞虽然有毒,但用途广泛。用汞和溴化钙作催化剂,可以在较低温度下经过下列反应使水分解制氢气和氧气:CaBr2+2H2O Ca(OH)2+2HBr;HgBr2+Ca(OH)2 CaBr2+HgO+H2O;2HgO 2Hg+O2。反应的化学方程式为_。(4)合成氨用的H2可以甲烷为原料
20、制得。有关化学反应的能量变化如图2所示,则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为_。【解析】(1)1 g氢气燃烧生成液态水放出142.9 kJ热量,则2 g氢气即1 mol 氢气燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1。(2)反应为二氧化硫和碘单质、水的反应:SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI,反应为硫酸分解生成二氧化硫、水、氧气:2H2SO42SO2+O2+2H2O,反应为碘化氢分解:2HIH2+I2,整个流程参与循环的物质是SO2、I2,最难进行的反应
21、是。(3)根据反应知反应有HgBr2生成,根据HgBr2知反应的产物HBr参与反应,所以反应为Hg+2HBrHgBr2+H2。(4)由题图可写出相应的热化学方程式:CO(g)+O2 (g)CO2(g)H=-282 kJmol-1,H2(g)+O2(g)H2O(g)H=-241.8 kJmol-1,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-846.3 kJmol-1,由盖斯定律-(+3)得所求反应的H=+161.1 kJmol-1,则热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+161.1 kJmol-1。答案:(1)H2(g)+O2(g)H2O(l) H=-285.8 kJmol-1(2)SO2I2(3)Hg+2HBrHgBr2+H2(4)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+161.1 kJmol-1
