2021高考化学(广东专用)二轮考点突破-第一部分-基本概念-专题五-化学能与热能-.docx

专题五化学能与热能化学反应中能量变化的概念及计算1.(2021年北京理综,6,6分)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是()ABCD硅太阳能电池锂离子电池太阳能集热器燃气灶解析:硅太阳能电池是将光能转化为电能,A错误;锂离子电池是化学电池,将化学能转化为电能,B错误;太阳能集热器将光能转化为热能,C错误;燃气灶工作时将化学能转化为热能,D正确。答案:D2.(2022年大纲全国理综,9,6分)反应A+BC(H0),XC(H0,为吸热反应,则说明A+B总能量小于X,第步H0,为放热反应,则说明X能量大于C。则正确的图像应为D。答案:D3.(2022年江苏化学,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.催化剂能转变该反应的焓变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解析:该反应的反应物总能量低于生成物总能量,为吸热反应,A错误;有催化剂和无催化剂时,H相同,说明催化剂不能转变该反应的焓变,B错误;无催化剂时,该反应的活化能为E1,有催化剂时,活化能E2小于E1,说明催化剂能降低该反应的活化能,C正确;逆反应的活化能为E2,正反应的活化能为E1,E2a g,C项正确;图4中,t时反应未达平衡,则此时反应物转化率尚未达到最大,D项错误。答案:C6.(2011年上海化学,11,3分)依据碘与氢气反应的热化学方程式(i)I2(g)+H2(g)2HI(g)+9.48 kJ(ii)I2(s)+H2(g)2HI(g)-26.48 kJ下列推断正确的是()A.254 g I2(g)中通入2 g H2(g),反应放热9.48 kJB.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJC.反应(i)的产物比反应(ii)的产物稳定D.反应(ii)的反应物总能量比反应(i)的反应物总能量低解析:氢气和碘蒸气反应是可逆反应,反应物不行能完全反应,A错误;(i)式减(ii)式可得1 mol气态碘转化为1 mol固态碘放出35.96 kJ的热量,B错;反应(i)、(ii)产物相同,其稳定性相同,C错;等物质的量的物质固态时能量较低,气态时能量较高,D选项正确。答案:D7.(2010年山东理综,10,4分)下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是()A.生成物总能量确定低于反应物总能量B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率C.应用盖斯定律,可计算某些难以直接测量的反应焓变D.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的H不同解析:若反应放热,则生成物总能量低于反应物总能量;若反应吸热,则生成物总能量高于反应物总能量,故A错。反应速率与反应本身吸热或者放热没有必定的联系,B错。C是盖斯定律的重要应用,正确。H与反应条件无关,只取决于反应物与生成物的总能量的相对大小。答案:C8.(2010年大纲全国理综,7,6分)下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25 ,101 kPa):C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)H=-2 878 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(g)H=-2 658 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO(g)+5H2O(l)H=-1 746 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO(g)+5H2O(g)H=-1 526 kJ/mol由此推断,正丁烷的燃烧热是()A.-2 878 kJ/molB.-2 658 kJ/molC.-1 746 kJ/molD.-1 526 kJ/mol解析:本题考查对燃烧热概念的理解。燃烧热是指在常温常压条件下,1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物所释放出的热量。本题中正丁烷完全燃烧生成的稳定的氧化物应为液态水和CO2。答案:A热化学方程式的书写及正误推断1.(2022年安徽理综,12,6分)氢氟酸是一种弱酸,可用来刻蚀玻璃。已知25 时:HF(aq)+OH-(aq)F-(aq)+H2O(l)H=-67.7 kJmol-1H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)H=-57.3 kJmol-1在20 mL 0.1 molL-1氢氟酸中加入V mL 0.1 molL-1 NaOH溶液,下列有关说法正确的是()A.氢氟酸的电离方程式及热效应可表示为:HF(aq)F-(aq)+H+(aq)H=+10.4 kJmol-1B.当V=20时,溶液中:c(OH-)=c(HF)+c(H+)C.当V=20时,溶液中:c(F-)0时,溶液中确定存在:c(Na+)c(F-)c(OH-)c(H+)解析:依据盖斯定律,将式减去式可得:HF(aq)H+(aq)+F-(aq)H=-10.4 kJmol-1,故A项错误;当V=20时,两者恰好完全反应生成NaF,依据质子守恒:c(OH-)=c(HF)+c(H+),B项正确;C中溶液体积为40 mL,因F-水解,故c(F-)0时,有四种状况:V值很小,溶液呈酸性,有c(F-)c(H+)c(Na+)c(OH-)或c(F-)c(Na+)c(H+)c(OH-);溶液呈中性:c(Na+)=c(F-)c(OH-)=c(H+);纯NaF溶液:c(Na+)c(F-)c(OH-)c(H+);NaOH明显过量,c(Na+)c(OH-)c(F-)c(H+),故D项错误。答案:B2.(2022年北京理综,26,13分)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O(1)已知:i.反应A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。ii.H2O的电子式是。反应A的热化学方程式是。断开1 mol HO键与断开1 mol HCl键所需能量相差约为kJ,H2O中HO键比HCl中HCl键(填“强”或“弱”)。(2)对于反应A,如图是4种投料比n(HCl)n(O2),分别为11、21、41、61下,反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。曲线b对应的投料比是。当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是 。投料比为21、温度为400 时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是。解析:(1)H2O分子是由共价键形成的极性分子,其电子式为。热化学方程式书写时要留意反应物和生成物的聚集状态,据计量系数确定H,因反应条件为400 ,所以H2O为气态。4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=-115.6 kJ/mol。化学反应的实质是旧键断裂、新键生成,反应过程中能量的变化取决于断旧键时吸取的能量和成新键时放出能量的多少,设HCl键键能为x,HO键键能为y,4HCl+OO2ClCl+H=-115.6 kJ/mol4x+498 kJ/mol=2243 kJ/mol+4y-115.6 kJ/mol则:y-x= kJ/mol=31.9 kJ/mol,键能差约为32 kJ/mol,因yx,所以HO键键能比HCl键键能强。(2)对于反应4HCl+O22Cl2+2H2O,HCl与O2的投料比越大,HCl的转化率越低,所以对应a、b、c、d曲线的投料比分别为61、41、21、11。该反应为放热反应,温度越高HCl转化率越低,而投料比越大,转化率越小,所以,要达到相同的HCl平衡转化率,投料比越大对应的温度越高。据图像所给信息投料比21为曲线c,400 时转化率为80%, 4HCl + O22Cl2+2H2O(g)起始量:2 mol 1 mol 0 0转化量:2 mol80%0.4 mol 0.8 mol0.8 mol平衡量:0.4 mol 0.6 mol 0.8 mol0.8 mol则Cl2的物质的量分数为:100%=30.8%。答案:(1)4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=-115.6 kJ/mol32强(2)41投料比越高,对应的反应温度越低30.8%3.(2011年新课标全国理综,27,14分)科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热H分别为-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol-1和-726.5 kJmol-1。请回答下列问题:(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是kJ;(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为;(3)在容积为2 L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的状况下,考察温度对反应的影响,试验结果如图所示(注:T1、T2均大于300 ):下列说法正确的是(填序号)温度为T1时,从反应开头到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= molL-1min-1该反应在T1时的平衡常数比T2时的小该反应为放热反应处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时增大(4)在T1温度时,将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO2的转化率为,则容器内的压强与起始压强之比为;(5)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为 、正极的反应式为 。抱负状态下,该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ,则该燃料电池的理论效率为(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。解析:(1)由题意知H2(g)+ O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1,所以分解10 mol水消耗能量285.8 kJmol-110 mol=2 858 kJ。(2)由题意知:CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.5 kJmol-1-得:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1(3)v(CH3OH)= molL-1min-1。由图知T2时曲线斜率大于T1时曲线斜率且先达平衡,故T2T1,升温甲醇的产量下降,所以该反应为放热反应,则T1时的平衡常数比T2时大。T1到T2时平衡左移,增大。综上正确的是。(4)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)始:1 mol3 mol00转: mol3 mol mol mol平:(1-)mol(3-3)mol mol mol=1-。(5)甲醇燃烧生成CO2和H2O,酸性条件下生成或消耗H+,不能毁灭OH-。负极:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+,正极:O2+6H+6e-3H2O。理论效率为电能与H的比,所以为100%=96.6%。答案:(1)2 858(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1(3)(4)1-(5)CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+O2+6H+6e-3H2O96.6%4.(2010年北京理综,26,14分)某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以N和NH3H2O的形式存在,该废水的处理流程如下:氨氮废水低浓度氨氮废水含HNO3废水达标废水(1)过程:加NaOH溶液,调整pH至9后,升温至30 ,通空气将氨赶出并回收。用离子方程式表示加NaOH溶液的作用: 。用化学平衡原理解释通空气的目的: 。(2)过程:在微生物作用的条件下,N经过两步反应被氧化成N。两步反应的能量变化示意图如下:第一步反应是反应(选填“放热”或“吸热”),推断依据是 。1 mol N(aq)全部氧化成N(aq)的热化学方程式是 。(3)过程:确定条件下,向废水中加入CH3OH,将HNO3还原成N2。若该反应消耗32 g CH3OH转移6 mol电子,则参与反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是。解析:(1)加NaOH溶液使NH3H2ON+OH-平衡逆向移动,有利于生成NH3H2O,升温有利于NH3H2ONH3+H2O的平衡向正反应方向移动,利于除氨。“通空气将氨赶出并回收”是将废水中的NH3让空气带走,利于平衡正向移动。(2)由图示可看出反应物的总能量大于生成物的总能量,所以是放热反应。依据盖斯定律可知,1 mol N(aq)被全部氧化成N(aq)的反应热H=-273 kJ/mol+(-73 kJ/mol)=-346 kJ/mol。(3)32 g CH3OH是1 mol,失6 mol e-生成CO2,由得失电子守恒知,消耗HNO3: mol,所以两者之比为56。答案:(1)N+OH-NH3H2O废水中的NH3被空气带走,使NH3H2ONH3+H2O的平衡向正反应方向移动,利于除氨(2)放热H=-273 kJ/molH2解析:化学反应自发地向熵增大的方向进行,故A错误;B项,反应条件与反应的热效应无关,错;D项焓变是负值,所以H1H2,故错误。答案:C热化学方程式的书写及正误推断4.(2022东莞摸底)25 、101 kPa 下:2Na(s)+O2(g)Na2O(s)H1=-414 kJ/mol;2Na(s)+O2(g)Na2O2(s)H2=-511 kJ/mol。下列说法正确的是()A.反应和的产物都只含离子键B.反应和中,反应物的总能量都比生成物总能量低C.由上述反应可知Na的燃烧热H为-414 kJ/molD.25 、101 kPa 下,Na2O2(s)+2Na(s)2Na2O(s)H=-317 kJ/mol解析:反应的产物Na2O2中除含离子键外,还含有共价键,A错误;由于反应放热,反应和中,反应物的总能量都比生成物总能量高,B错误;Na的燃烧热应为1 mol Na完全燃烧生成Na2O(s)所放出的热量,其H为-207 kJ/mol,C错误;由反应2-即可得到:Na2O2(s)+2Na(s)2Na2O(s)H=-317 kJ/mol,D正确。答案:D5.(2021黑龙江双鸭山一中模拟)已知甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出的热量为55.625 kJg-1。下列热化学方程式中不正确的是()A.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H =-890 kJ/molB.CH4(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l)H=-445 kJ/molC.CO2(g)+H2O(l)CH4(g)+O2(g)H=+445 kJ/molD.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-55.625 kJ/mol解析:题目中给出的数据意义是:燃烧1 g的甲烷放出55.625 kJ的热量,应当换算成燃烧1 mol甲烷放出的热量为890 kJ。热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-890 kJ/mol,其他系数与热量相对应的方程式均正确。答案选D。答案:D6.(2021四川巴中三中模拟)下列热化学方程式中,正确的是()A.甲烷的燃烧热H为-890.3 kJmol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H=-890.3 kJmol-1B.含20.0 g的NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ 的热量,则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为:NaOH(aq)+CH3COOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l)H=-57.4 kJmol-1C.上图是298 K、101 Pa时CO和H2合成CH3OH(g)的反应过程中能量变化的曲线图,则该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=+91 kJmol-1D.已知:2Zn(s)+O2(g)2ZnO(s)H=-701.0 kJ/mol2Hg(l)+O2(g)2HgO(s)H=-181.6 kJ/mol则Zn(s)+HgO(s)ZnO(s)+Hg(l)H=-259.7 kJmol-1解析:燃烧热是在确定条件下,1 mol可燃物完全