1、专题十化学能与热能应用篇【应用集训】1.(2020胶州一中高三月考,11)利用含碳化合物合成燃料是解决能源危机的重要方法,已知CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反应过程中的能量变化情况如图所示,曲线和曲线分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。下列判断正确的是()A.该反应的H=+91 kJmol-1B.加入催化剂,该反应的H变小C.反应物的总能量小于生成物的总能量D.如果该反应生成液态CH3OH,则H减小答案D2.(2020五莲、安丘等6月联考,12)已知反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,在催化剂存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述
2、正确的是()A.反应的H=E4-E3+E2-E1B.加入催化剂,H不变,活化能降低,反应速率加快C.加入催化剂后反应经过两步完成,其中第一步决定反应速率D.向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生反应,达平衡时放出92.4 kJ热量答案B3.(2021届历城第二中学月考,8)以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图如下:相关反应的热化学方程式为反应:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)H1=-213 kJmol-1反应:H2SO4(aq) SO2(g)+H2O(l)+12O2(g)H2=+327 kJmol-1
3、反应:2HI(aq)H2(g)+I2(g)H3=+172 kJmol-1下列说法不正确的是()A.该过程实现了太阳能到化学能的转化B.SO2和I2对总反应起到了催化剂的作用C.总反应的热化学方程式为2H2O(l)2H2 (g)+O2(g)H=+286 kJmol-1D.该过程降低了水分解制氢反应的活化能,但总反应的H不变答案C4.(2020省实验中学高三2月月考,10)以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径,该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。下列说法正确的是()A.过程中钛氧键断裂会释放能量B.该反应中,光能和热能转化为化学能C.使用
4、TiO2作催化剂可以降低反应的焓变,从而提高化学反应速率D.CO2分解反应的热化学方程式为2CO2(g)2CO(g)+O2(g)H=+30 kJ/mol答案B5.(2021届济南大学城实验高中一诊,10)已知反应S2O82-(aq)+2I-(aq)2SO42-(aq)+I2(aq),若往该溶液中加入含Fe3+的某溶液,反应机理:2Fe3+(aq)+2I-(aq) I2(aq)+2Fe2+(aq)2Fe2+(aq)+S2O82-(aq)2Fe3+(aq)+2SO42-(aq)下列有关说法不正确的是()A.增大S2O82-浓度或I-浓度,反应、反应的反应速率均加快B.Fe3+是该反应的催化剂C.因
5、为正反应的活化能比逆反应的活化能小,所以该反应是放热反应D.往该溶液中滴加淀粉溶液,溶液变蓝,适当升温,蓝色加深答案D6.(2021届青岛通济实验学校月考,11)如图(Ea表示活化能)是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质的能量变化关系图,下列说法正确的是()A.Cl可由Cl2在高温条件下生成,是CH4与Cl2反应的催化剂B.升高温度,Ea1、Ea2均减小,反应速率加快C.增大Cl2的浓度,可提高反应速率,但不影响H的大小D.第一步反应的速率大于第二步反应答案C7.(2020青岛三模)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)使用不同催化剂的调控中,研究人员发现
6、,一定条件下,Pt 单原子催化剂有着高达 90.3%的甲醇选择性。反应历程如图,其中吸附在催化剂表面上的物种用*表示,TS 表示过渡态。下列说法正确的是()A.该反应的H0B.经历 TS1,CO2共价键发生断裂,且生成羧基C.能垒(活化能)为 1.48 eV 的反应为 HCOOH*(g)+2H2(g)H2COOH*(g)+32H2(g)D.如果换用铜系催化剂,所得反应历程与上图相同答案C创新篇【创新集训】1.(2021届山东师范大学附中高三期中,2)理论研究表明,在101 kPa和298 K下,HCNHNC异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是()A.HCN比HNC稳定B.该异构化
7、反应的H=59.3 kJmol-1C.使用催化剂,不能改变反应的反应热D.升高温度,该反应正反应速率增大的程度大于逆反应速率增大的程度答案B2.(2020威海一模,15)已知丙烯与HCl发生加成反应有两种可能,如图1所示;其中丙烯加H+的位能曲线如图2所示。下列说法错误的是()图2A.过渡态()比过渡态()稳定B.生成的过程所需活化能较低,速率快C.中碳原子的杂化方式相同D.丙烯与HCl发生加成反应,主要生成产物答案C3.(2021届德州高三期中,20,节选)脱除燃气中的H2S既可防止大气污染还可回收硫资源等。回答下列问题:(2)脱除H2S最早的方法是可再生吸附法。其吸附原理如图:下列说法不正
8、确的是。a.脱除H2S总反应的热效应H=H1+H2b.Fe2O3H2O是该反应的吸附剂,降低了反应的活化能c.Fe2S3H2O可使反应的焓变减小d.为了实现转化需要不断补充Fe2O3H2O和Fe2S3H2O脱硫过程中反应的化学方程式为;再生过程中,氧化剂与氧化产物的质量比为。答案(2) bcd3H2S+Fe2O3H2O3H2O+Fe2S3H2O12教师专用题组 创新篇【创新集训】1.下图是金属镁和卤素单质(X2)反应的能量变化示意图。下列说法正确的是()A.由图可知此温度下MgBr2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为MgBr2(s)+Cl2(g)MgCl2(s)+Br2(g)H=+117
9、 kJmol-1B.热稳定性:MgI2MgBr2MgCl2MgF2C.工业上可电解MgCl2溶液冶炼金属镁,该过程需吸收热量D.金属镁和卤素单质(X2)的反应能自发进行是因为H均小于零答案D由图中数据可知Mg(s)+Br2(g)MgBr2(s)H=-524 kJmol-1;Mg(s)+Cl2(g)MgCl2(s)H=-641 kJmol-1,运用盖斯定律-可得MgBr2(s)+Cl2(g)Br2(g)+MgCl2(s)H=(-641)-(-524) kJmol-1=-117 kJmol-1,A不正确;物质能量越高越不稳定,故热稳定性:MgI2MgBr2MgCl2MgF2,B不正确;工业上可电解
10、熔融态的MgCl2冶炼金属镁,C不正确;Mg(s)+X2(g)MgX2(s),该反应的S0,反应能自发进行,H必小于零,D正确。关联知识电解MgCl2溶液阴极产物为H2和Mg(OH)2,阳极产物为Cl2,总反应方程式为MgCl2+2H2OMg(OH)2+H2+Cl2。2.CO2和CH4催化重整可制备合成气,对减缓燃料危机具有重要的意义,其反应历程示意图如下:下列说法不正确的是()A.合成气的主要成分为CO和H2B.既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成C.吸收能量D.Ni在该反应中作催化剂答案C由题图可知CO2和CH4在Ni催化作用下,最终生成CO和H2,A项正确;化学反应的过程中存在反应物中键的
11、断裂和生成物中键的形成,由题图可知过程中既有碳氧键的断裂,又有碳氧键的形成,B项正确;由题图可知反应物的能量总和大于生成物的能量总和,则的过程放出能量,C项错误;由题图可知CO2和CH4催化重整生成CO和H2的过程中Ni的质量和化学性质没有发生变化,Ni在该反应中作催化剂,D项正确。题目价值本题以CO2和CH4催化重整生产燃料的反应历程图为背景,分析物质化学变化、伴随反应发生的能量转化与物质微观结构之间的关系,体现了化学对现在社会的正面影响。3.以Pt-g-C3N4为催化剂,用光催化氧化法脱除NO的过程如图所示。该脱除过程中,下列说法不正确的是()A.该过程为太阳能转化为化学能B.Pt端发生的
12、是氧化反应C.过程发生的电极反应为H2O2-2e- O2+2H+D.过程的化学方程式为2NO2+H2O2 2HNO3答案C由题图可知,在光催化条件下,NO发生氧化反应最终生成HNO3,在此过程中,太阳能转化为化学能,A项正确。该光催化氧化法的脱除原理为原电池原理,其中g-C3N4端为原电池正极,O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H+2e- H2O2;则Pt端为原电池负极,NO失电子发生氧化反应,电极反应式为NO-2e-+H2O NO2+2H+,B项正确、C项错误。NO2和H2O2发生氧化还原反应生成HNO3,化学方程式为2NO2+H2O2 2HNO3,D项正确。4.研究表明CO与N2
13、O在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示,两步反应分别为N2O+Fe+ N2+FeO+ (慢)、FeO+CO CO2+Fe+ (快)。下列说法正确的是()A.反应是氧化还原反应,反应是非氧化还原反应B.两步反应均为放热反应,总反应的化学反应速率由反应决定C.Fe+使反应的活化能减小,FeO+是中间产物D.若转移1 mol电子,则消耗11.2 L N2O答案CA项,反应、均有元素化合价的升降,因此都是氧化还原反应,A错误;B项,由题图可知,反应、都是放热反应,总反应的化学反应速率由速率慢的反应决定,B错误;C项,Fe+作催化剂,使反应的活化能减小,FeO+是反应过程中产生的物质,因此
14、是中间产物,C正确;D项,由于没有指明外界条件,所以不能确定气体的体积,D错误。易错警示根据“水桶效应”可知,若一个反应分几个基元反应完成,则速率最慢的基元反应决定总反应速率。5.(双选)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd()表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd()表面的物种用*标注。下列说法错误的是()A.中包含CH键的断裂过程B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是C.该历程中制约反应速率的方程式为CHO*+3H* CO*+4H*D.由此历程可知: CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)HEa2”或“H1H2”)。(2)图2为丙
15、烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(其中压强分别为104 Pa和105 Pa)。图2104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是(填“”“”“”或“”)。104 Pa、500 时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=(已知:气体分压=气体总压体积分数)。(3)利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图3。图3已知:CO和H2的燃烧热(H)分别为-283.0 kJmol-1、-285.8 kJmol-1。图中催化剂为。298 K时,该工艺总反应的热化学方程式为。该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂
16、活性,原因是。答案(1)增大增大Ea1Ea2(2)3.3103 Pa(3)CrO3CO2(g)+C3H8(g) C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)H=+121.5 kJmol-1碳和二氧化碳反应生成一氧化碳气体,脱离催化剂解析(1)由题图1可知主反应为吸热反应,充入水蒸气提供热量即提高反应温度,K(主反应)增大,丙烷转化率(C3H8)增大;副反应活化能小,反应更容易发生。(2)C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)H1=+124.3 kJ/mol,控制变量分析:压强不变,温度升高,平衡正向移动;温度不变,压强增大,平衡逆向移动,可判断题图2丙烯的曲线为。104 Pa、500 时,丙烷
17、和丙烯的平衡体积分数为33%,设丙烷起始物质的量为1 mol,变化量x,则C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)起始1 mol00变化xxx平衡1 mol-xxxx1mol+x=33%,解得x=0.5 mol,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=0.51.5104Pa0.51.5104Pa0.51.5104Pa3.3103 Pa。(3)题图3中反应为3C3H8+2CrO3 3C3H6+3H2O+Cr2O3,反应为3CO2+Cr2O3 2CrO3+3CO,故CrO3为催化剂,Cr2O3为中间产物。由已知,CO和H2的燃烧热(H)分别为-283.0 kJmol-1、-285.8 kJmol-1,则.CO(g)+12O2(g) CO2(g)H1=-283.0 kJmol-1.H2(g)+12O2(g) H2O(l)H2=-285.8 kJmol-1 .C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)H3=+124.3 kJmol-1根据盖斯定律,由+-得到该工艺总反应的热化学方程式:CO2(g)+C3H8(g) C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)H=+121.5 kJmol-1。该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,是因为碳和二氧化碳反应生成一氧化碳气体,脱离催化剂表面。
