1、专题十二化学能与热能考点1 化学反应中能量变化的有关概念1.2021贵州贵阳摸底考试某反应过程的能量变化如图所示,下列说法错误的是()A.该反应为放热反应,H0B.反应过程b有催化剂参与C.反应过程a的活化能大于E1D.该反应可能需要加热才能发生2.2021江苏盐城期中工业合成氨反应在催化剂表面的反应历程及能量变化如图所示,下列说法正确的是()A.增大压强,之间的能量差值会增大B.合成氨的正、逆反应的焓变相同C.合成氨的过程是吸热过程D.若使用催化剂,生成等量的NH3需要的时间更短考点2 热化学方程式3.2021四川成都龙泉二中月考改编CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下:C
2、O(g)+12O2(g)CO2(g)H1=a kJ/mol;H2(g)+12O2(g)H2O(g)H2=b kJ/mol;C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)H3=c kJ/mol。下列说法正确的是()A.H10B.2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H=-2b kJ/molC.CO2与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%D.2CO(g)+4H2(g)H2O(g)+C2H5OH(l)H=(2a+4b-c) kJ/mol4.6分汽车尾气中的NOx和CO会污染环境,在汽车尾气系统中安装催化转化器,可有效降低NOx和CO的排放。已知:2CO(g)+O2(g)2C
3、O2(g)H=-566 kJ mol-1N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180 kJ mol-12NO(g)+O2(g)2NO2(g)H=-116.5 kJ mol-1回答下列问题:(1)CO的燃烧热为。若1 mol N2(g)、1 mol O2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收946 kJ、498 kJ的能量,则1 mol NO(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为kJ。(2)CO将NO2还原为单质的热化学方程式为。考点3 盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较5.已知可分别通过如下两个反应制取氢气:a.CH3CH2OH(g)+H2O(g)4H2(g)+2CO(g)H=+256.
4、6 kJmol-1b.2CH3CH2OH(g)+O2(g)6H2(g)+4CO(g)H=+27.6 kJmol-1则下列说法正确的是()A.乙醇的燃烧热H=-13.8 kJmol-1B.升高反应a的反应温度,乙醇的平衡转化率减小C.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-229 kJmol-1D.制取等量的氢气,反应b吸收的能量更少6.2021湖南师范大学附中月考改编,6分氮和碳的氧化物分别是造成大气污染、温室效应的主要物质。请回答下列问题:(1)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程由两步基元反应组成,相关信息如下(E为活化能):第一步:2NO(g)N2O2(g)E1=82 k
5、Jmol-1;N2O2(g)2NO(g)E1=205 kJmol-1第二步:N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)E2=82 kJmol-1;2NO2(g)N2O2(g)+O2(g)E2=72 kJmol-1则2NO(g)+O2(g)2NO2(g)H=kJmol-1。(2)相关物质的燃烧热、化学键的键能如表所示:物质H2CO CH4燃烧热/(kJmol-1)285.8283.0890.3化学键HHCOCOHOCHNHE/(kJmol-1)4367451 076463413946391CO2转化为CH4的反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的H=kJmol-1。CH4转化
6、为合成气的反应CH4(g)+H2O(l)3H2(g)+CO(g)的H=kJmol-1。一、选择题(每小题6分,共48分)1.原创已知:白磷(P4)分子为正四面体结构,P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(s)H=Q kJmol-1;PP、ClCl、PCl键的键能分别为a kJmol-1、b kJmol-1、c kJmol-1。下列叙述正确的是()A.白磷的燃烧热为Q kJmol-1B.Q=6a+10b-20c4C.1 mol P4在5 mol Cl2中燃烧放出热量-0.5Q kJD.Q6a+10b-20c2.2021湖南五市十校联考已知下列几种含碳化合物间的转化及能量变化关系如图所示。下列说
7、法正确的是()A.C(s)+2H2(g)CH4(g)H=+74.8 kJmol-1B.1 mol C(s)完全燃烧可释放779.7 kJ能量C.CO的燃烧热:H=-110.6 kJmol-1D.CO(g)具有的能量大于CO2(g)3. 2021四川巴中模拟如图是1 mol金属镁和卤素单质反应的H(单位:kJmol-1)示意图,反应物和生成物均为常温时的稳定状态。下列选项错误的是()A.由图可知,MgF2(s)+Br2(l)MgBr2(s)+F2(g)H=+600 kJmol-1B.MgI2与Br2反应的HMgBr2MgCl2MgF24.新题型2021江西南昌摸底考试我国科研人员研究了在Cu-Z
8、nO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇的过程,其主要反应历程如图所示(其中H2H+*H,*标记的物质是该反应历程中的中间产物或过渡态)。下列说法错误的是()A.第步中有非极性键的断裂B.水在反应历程中是可以循环使用的物质C.Cu-ZnO-ZrO2催化剂降低了反应的活化能D.第步反应是一个吸热反应5.2020辽宁大连期中考试已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H1CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H2下列推断正确的是()A.若CO的燃烧热为H3,则H2的燃烧热为H3-H1B.反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的H=H2-H1C.若反应的反应
9、物总能量低于生成物总能量,则H206.2021广州大学附属中学等三校一联改编某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的历程,该历程如图所示(图中只画出了HAP的部分结构,用18O标记羟基磷灰石中的羟基氧原子)。下列说法正确的是()A.反应物的键能之和大于生成物的键能之和B.HAP改变了该反应的历程和焓变,增大了反应速率C.经过该催化氧化过程后18O仍然在HAP中D.反应过程中,碳原子由sp2杂化变为sp杂化7.新角度2021山东省实验中学一诊N2O和CO是环境污染性气体,可在Pt2O+表面转化为无害气体,有关化学反应的物质变化过程如图1所示,能量变化过程
10、如图2所示,下列说法正确的是()A.总反应为放热反应B.Pt2O2+是该反应的催化剂C.加入Pt2O+,可使反应的焓变减小D.为了实现转化需不断补充Pt2O+和Pt2O2+ 8.新角度化学上,规定稳定单质的生成热为0;可用物质的生成热表示该物质的相对能量高低。氮的几种氧化物的相对能量如表所示(25 ,101 kPa条件下):物质及状态N2O(g)NO(g)NO2(g)N2O4(l)N2O5(g)相对能量/(kJmol-1)829033-2011下列推断不正确的是()A.在5种氮的氧化物中,NO(g)最活泼B.N2O4(l)2NO2(g)H=-86 kJmol-1C.N2O5(g)2NO2(g)
11、+12O2(g)H=+55 kJmol-1D.1 mol N2O(g)分解成N2(g)和O2(g)需要放出82 kJ能量二、非选择题(共33分)9.2021四川泸县模拟,10分2019年11月28日7时52分,在太原卫星发射中心,长征四号丙运载火箭成功将高分十二号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。其中,长征四号丙运载火箭推进剂以肼(N2H4)为燃料,NO2为氧化剂,反应生成N2和水蒸气。已知:N2(g)+2O2(g)2NO2(g)H1=+67.7 kJmol-1;N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H2=-534 kJmol-1;12H2(g)+12F2(g)HF(g)H3=
12、-269 kJmol-1;H2(g)+12O2(g)H2O(g)H4=-242 kJmol-1。(1)肼和NO2反应的热化学方程式为 。此反应用于火箭推进,除释放大量能量和快速产生气体外,还有一个很大的优点是。(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,反应释放的能量更大,则肼和氟气反应的热化学方程式为。(3)肼-空气碱性(KOH为电解质)燃料电池(氧化产物为大气主要成分)的能量转化率高。写出负极的电极反应式:。已知:电流效率可用单位质量的燃料提供的电子数表示。肼-空气碱性燃料电池、氨气-空气碱性(KOH为电解质)燃料电池(氧化产物是大气主要成分)的电流效率之比为。10.2021江西南昌等地摸
13、底测试组合,13分(1)以NH3、CO2为原料生产重要的高效氮肥尿素CO(NH2)2,涉及反应的反应过程中能量变化示意图如图1所示:图1写出第一步反应的热化学方程式:。已知两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤,可判断Ea1(填“”“”或“=”)Ea3。(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了丙烷在六方氮化硼催化剂表面氧化脱氢制丙烯的反应历程,部分历程如图2所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。图2该历程中决速步骤能垒(活化能)为eV。该历程中最低能垒对应步骤的化学方程式为。该历程之后可能发生反应的化学方程式为。(3)已知.C(s)+CO2(g)2CO(g)H1=+172 kJmo
14、l-1;.CaSO4(s)+2C(s)2CO2(g)+CaS(s)H2=+226 kJmol-1。若某反应的平衡常数表达式为K=c4(CO),请结合反应、写出此反应的热化学方程式:。又知该反应正反应的活化能Ea(正)=a kJmol-1,则其逆反应的活化能Ea(逆)=。11.2021安徽怀宁二中月考改编,10分请根据要求回答问题: (1)图1所示是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,已知E1=134 kJmol-1、E2=368 kJmol-1。若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1(填“ 增大”“减小”或“不变”,后同
15、),H。请写出NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)的热化学方程式:。(2)已知:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49.0 kJmol-1CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.9 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H=-44 kJmol-1则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为。(3)已知白磷的燃烧热为d kJmol-1,白磷及其完全燃烧的产物的结构如图2所示,则表中x=(用含a、b、c、d的代数式表示)。化学键PPPOOOPO键能/(kJmol-1)abcx(4) 钌(Ru)及其化合物在合成工业上有广泛用
16、途,如图3所示是用钌基催化剂催化合成甲酸的过程示意图。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。根据图3写出生成1 mol HCOOH(l)的反应的热化学方程式:。 答案专题十二化学能与热能1.A反应物的总能量大于生成物的总能量,为放热反应,H0,A项错误;反应过程b与a相比,活化能小,应是有催化剂参与,B、C项正确;加热可提供反应所需的活化能,促使反应发生,D项正确。2.D之间的能量差是化学键断裂要吸收的能量,即反应的活化能,增大压强,反应的活化能不变,A项错误。由题图知,合成氨的正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,焓变不相同,B项错误。合成氨的过程为放热过程,C项错误。使用催化
17、剂能够加快反应速率,D项正确。3.D反应为CO(g)的燃烧反应,一定为放热反应,H10,A错误。反应中的水为气态,而选项B中水为液态,故无法计算选项B中反应的焓变,B错误。CO2与H2合成C2H5OH的反应为2CO2(g)+6H2(g)3H2O(g)+C2H5OH(l),原子利用率小于100%,C错误。根据盖斯定律由2+4-可得2CO(g)+4H2(g)H2O(g)+C2H5OH(l)H=(2a+4b-c) kJ/mol,D正确。4.(1)283 kJ mol-1(2分)632(2分)(2)2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)H=-1 195.5 kJmol-1(2分)【解析
18、】(1)由2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566 kJmol-1可知, 2 mol CO完全燃烧放出566 kJ的热量,所以1 mol CO完全燃烧放出283 kJ的热量,则CO的燃烧热为283 kJmol-1。若1 mol N2(g)、1 mol O2(g) 分子中化学键断裂时分别需要吸收946 kJ、498 kJ的能量,设NO(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为x kJmol-1,由N2(g)+O2(g)2NO(g)H=(946+498-2x)kJmol-1=+180 kJmol-1,解得x=632,所以1 mol NO(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为632 kJ。(
19、2)根据盖斯定律由2-可得2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)H=-1 195.5 kJmol-1。5.D根据题意,无法得知乙醇的燃烧热,A项错误;升高反应a的反应温度,平衡正向移动,乙醇的平衡转化率增大,B项错误;根据盖斯定律,由反应b-反应a2得2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-485.6 kJmol-1,C项错误;制取等量的氢气,反应b吸收的能量低于反应a,D项正确。6.(每空2分)(1)-113(2)-270+250.1【解析】(1)反应的焓变等于正反应的活化能-逆反应的活化能,则第一步基元反应为2NO(g)N2O2(g)H1=82 kJmol-1-205
20、kJmol-1=-123 kJmol-1;第二步基元反应为N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)H2=82 kJmol-1-72 kJmol-1=10 kJmol-1,结合盖斯定律,+得2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)H=H1+H2=-123 kJmol-1+10 kJmol-1=-113 kJmol-1。(2)计算反应热时需要注意物质的状态,若热化学方程式中H2O是气态,应利用键能计算反应热;若热化学方程式中H2O是液态,应利用燃烧热计算反应热。CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的H=2E(CO)+4E(HH)-4E(CH)-4E(HO)=(2745+4436-
21、4413-4463) kJmol-1=-270 kJmol-1,切勿弄错分子中化学键的个数或忽略方程式中分子式前的化学计量数。根据燃烧热写出如下热化学方程式:i.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H1=-890.3 kJmol-1;ii.H2(g)+12O2(g)H2O(l)H2=-285.8 kJmol-1;iii.CO(g)+12O2(g)CO2(g)H3=-283.0 kJmol-1。根据盖斯定律知i-3ii-iii得CH4(g)+H2O(l)3H2(g)+CO(g)H=H1-3H2-H3=(-890.3+3285.8+283.0) kJmol-1=+250.1 kJ
22、mol-1。1.D白磷的燃烧热指的是1 mol 白磷在氧气中完全燃烧生成五氧化二磷固体所放出的热量,A错误;用键能估算反应热时反应物和生成物均只能是气态,即生成PCl5气体时反应热是(6a+10b-20c)kJmol-1(不能除以4),而题中PCl5是固态,B错误;燃烧时会生成PCl3,则1 mol P4在5 mol Cl2中燃烧放出的热量不一定是-0.5Q kJ,C错误;因Q0且绝对值比|6a+10b-20c|大,故Q6a+10b-20c,D正确。2.CA项,根据题图可知,题给反应物和生成物的能量差为965.1 kJmol-1-890.3 kJmol-1=74.8 kJmol-1,反应物总能
23、量高于产物总能量,为放热反应,故H=-74.8 kJmol-1,错误。B项,根据物质之间变化特点,无法得出1 mol C(s)完全燃烧释放的能量,错误。C项,CO燃烧热方程式为CO(g)+12 mol O2(g)CO2(g)H,根据题图可得反应物和生成物的能量差965.1 kJmol-1-854.5 kJmol-1=110.6 kJmol-1,燃烧反应为放热反应,故H=-110.6 kJmol-1,正确。D项,根据题图可以得出1 mol CO(g)和12 mol O2(g)具有的能量大于1 mol CO2(g),但不能得出CO(g)具有的能量大于CO2(g),错误。3.D由题图可得Mg(s)+
24、F2(g)MgF2(s)H=-1 124 kJmol-1,Mg(s)+Br2(l)MgBr2(s)H=-524 kJmol-1,Mg(s)+I2(s)MgI2(s)H=-364 kJmol-1。根据盖斯定律,由-得MgF2(s)+Br2(l)MgBr2(s)+F2(g)H=+600 kJmol-1,A项正确。根据盖斯定律,由-得MgI2(s)+Br2(l)MgBr2(s)+I2(s)H=-160 kJmol-1,H0,B项正确。由题图可知Mg和Br2反应生成MgBr2为放热反应,故电解MgBr2制Mg是吸热反应,C项正确。MgI2、MgBr2、MgCl2、MgF2均为离子晶体,离子半径F-Cl
25、-Br-I-,离子半径越小,与Mg2+的作用力越强,所以化合物的热稳定性顺序为MgI2MgBr2MgCl20,C项错误。放热反应,焓变是负值,则放出的热量越多,焓变越小,所以若等物质的量的CO和H2完全燃烧生成气态产物时前者放热更多,则H10,D项错误。6.D根据甲醛的燃烧反应可知甲醛与氧气生成CO2和H2O的反应为放热反应,则反应物的键能之和小于生成物的键能之和,A项错误;催化剂能够改变反应的历程,但是不能改变反应的焓变,B项错误;从题图可知,反应结束后18O在H2O中,C项错误;甲醛分子中碳原子为sp2杂化,产物CO2分子中碳原子是sp杂化,D项正确。7.A从题图2可以看出,总反应的反应物
26、的总能量比生成物的总能量高,因此总反应为放热反应,A项正确。Pt2O+是该反应的催化剂,Pt2O2+是反应的中间产物,二者均不需要补充,催化剂只能改变反应的活化能,不能改变反应的焓变,B、C、D项错误。8.BA项,由题给表格中的数据可知,NO(g)的相对能量最高,化学性质最活泼,最不稳定,推断正确。B项,反应热等于生成物的总能量与反应物的总能量之差,该反应的H=66 kJmol-1-(-20 kJmol-1)=+86 kJmol-1,推断错误。C项,该反应的H=66 kJmol-1+0-11 kJmol-1=+55 kJmol-1,推断正确。D项,N2O(g)N2(g)+12O2(g),该反应
27、的H=(0+0-82) kJmol-1=-82 kJmol-1,推断正确。9.(1)N2H4(g)+NO2(g)32N2(g)+2H2O(g)H=-567.85 kJmol-1(2分)产物为N2和H2O,对环境无污染(2分)(2)N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)H=-1 126 kJmol-1(2分)(3)N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O(2分)1724(2分)【解析】(1)根据盖斯定律,由-12即得到N2H4(g)+NO2(g)32N2(g)+2H2O(g)H=-534 kJmol-1-67.7 kJmol-112=-567.85 kJmol-1。根据方程式可知,
28、生成物是N2和H2O,对环境无污染。(2)根据盖斯定律,由4-2+即得到N2H4(g)+2F2(g)N2(g)+4HF(g)H=-1 126 kJmol-1。(3)由题意知,肼-空气碱性燃料电池的总反应为N2H4+O2N2+2H2O,负极电极反应式为N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O。氨气-空气碱性燃料电池总反应为4NH3+3O22N2+6H2O,负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,电流效率之比为432634=1724。10.(除标明外,每空2分)(1)2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)H=Ea1-Ea2(1分)(2)1.73H*+O2*HO2*
29、(或C3H7*+H*+O2*HO2*+C3H7*)2H2O22H2O+O2 (3)CaSO4(s)+4C(s)4CO(g)+CaS(s)H=+570 kJmol-1(a-570) kJmol-1【解析】(1)由第一步反应的能量变化示意图可知,第一步反应的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)H=Ea1-Ea2。两步反应中第二步反应是生产尿素的决速步骤,说明第二步反应是慢反应,控制总反应速率,即第二步反应速率小于第一步反应速率,故第二步反应的活化能较第一步反应的活化能大。(2)该反应历程中的决速步骤为慢反应,活化能越大,反应速率越小,根据题图2,活化能最大的为1.73
30、 eV。该历程中最低能垒对应步骤的化学方程式为H*+O2*HO2*或C3H7*+H*+O2*HO2*+C3H7*。该历程中的产物之一为过氧化氢,其不稳定易分解,故可能发生的反应为2H2O22H2O+O2。(3)根据该反应的平衡常数表达式K=c4(CO)可知,该反应只有生成物CO为气体,且其化学计量数为4。根据已知的两个热化学方程式结合盖斯定律,由+2得新的热化学方程式:CaSO4(s)+4C(s)4CO(g)+CaS(s)H=+226 kJmol-1+(+172 kJmol-1)2=+570 kJmol-1。H=Ea(正)-Ea(逆),则Ea(逆)=a kJmol-1-570 kJmol-1=
31、(a-570) kJmol-1。11.(除标明外,每空2分)(1)减小(1分)不变(1分)NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g)H=-234 kJmol-1(2)CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-764.7 kJmol-1(3)6a+5c+d-12b4(4)H2(g)+CO2(g)HCOOH(l)H=-31.2 kJmol-1【解析】(1)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小,催化剂不能改变反应物的总能量和生成物的总能量,即反应热不变,所以催化剂对反应热无影响,由题图1可知,1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成CO2
32、(g)和NO(g)的反应热为正、逆反应的活化能之差,则反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g)H=-234 kJmol-1。(2)根据盖斯定律,由3-2+2得甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-192.9 kJmol-13-49.0 kJmol-12+(-44 kJmol-1)2=-764.7 kJmol-1。(3)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,1 mol白磷完全燃烧需要断开6 mol PP键,5 mol OO键,形成12 mol PO键、4 mol PO键,由反应热=反应物化学键断裂吸收的总能量-生成物化学键形成释放的总能量知,-d kJ=6 mola kJmol-1+5 molc kJmol-1-(12 molb kJmol-1+4 molx kJmol-1),解得x=6a+5c+d-12b4。(4)根据题图3可知,CO2(g)和H2(g)为反应物,HCOOH(l)为生成物,92 g HCOOH(l)的物质的量为92g46gmol-1=2 mol,所以生成1 mol液体HCOOH放出31.2 kJ热量,热化学方程式为H2(g)+CO2(g)HCOOH(l)H=-31.2 kJmol-1。