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专题五 化学能与热能
真题考点·高效突破
考点一:化学反应中能量变化的概念及计算
【真题题组】
1.D 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。
2.D 该反应第①步ΔH>0,为吸热反应,则说明A+B总能量小于X,第②步ΔH<0,为放热反应,则说明X能量大于C。则正确的图像应为D。
3.C 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,ΔH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,E2<E1,D错误。
4.B 水的分解为一吸热反应,即产物能量应高于反应物能量。另外,催化剂可降低反应所需的活化能。
5.C 图1表示的为放热反应,A项错误;图2中,0.100 0 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH应大于1小于2,图中标注等于1,B项错误;图3中,80 ℃时KNO3饱和溶液中溶解的m(KNO3)>a 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。
6.D 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。
7.C 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。ΔH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。
8.A 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。
考点二:热化学方程式的书写及正误推断
【真题题组】
1.B 依据盖斯定律,将①式减去②式可得:HF(aq)H+(aq)+F-(aq) ΔH=-10.4 kJ·mol-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-)<c(Na+)=0.05 mol·L-1,C项错误;当V>0时,有四种状况:①V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-);②溶液呈中性:c(Na+)=c(F-)>c(OH-)=c(H+);③纯NaF溶液:c(Na+)>c(F-)>c(OH-)>c(H+);④NaOH明显过量,c(Na+)>c(OH-)>c(F-)>c(H+),故D项错误。
2.解析:(1)①H2O分子是由共价键形成的极性分子,其电子式为 。
②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ΔH,因反应条件为400 ℃,所以H2O为气态。
4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)
ΔH=-115.6 kJ/mol。
③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H—Cl键键能为x,H—O键键能为y,
4H—Cl+O—O2Cl—Cl+
ΔH=-115.6 kJ/mol
4x+498 kJ/mol=2×243 kJ/mol+4×y-115.6 kJ/mol
则:y-x= kJ/mol=31.9 kJ/mol,键能差约为32 kJ/mol,因y>x,所以H—O键键能比H—Cl键键
能强。
(2)①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6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。
②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。
③据图像所给信息投料比2∶1为曲线c,400 ℃时转化率为80%,
4HCl + O2 2Cl2 + 2H2O(g)
起始量: 2 mol 1 mol 0 0
转化量: 2 mol×80% 0.4 mol 0.8 mol 0.8 mol
平衡量: 0.4 mol 0.6 mol 0.8 mol 0.8 mol
则Cl2的物质的量分数为:×100%=30.8%。
答案:(1)①
②4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)
ΔH=-115.6 kJ/mol
③32 强
(2)①4∶1 ②投料比越高,对应的反应温度越低
③30.8%
3.解析:(1)由题意知H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH=-285.8 kJ·mol-1,所以分解10 mol水消耗能量285.8 kJ·mol-1×10 mol=2 858 kJ。
(2)由题意知:CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-283.0 kJ·mol-1①
CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-726.5 kJ·mol-1②
②-①得:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-443.5 kJ·mol-1
(3)①v(CH3OH)= = = mol·L-1·min-1。
②③由图知T2时曲线斜率大于T1时曲线斜率且先达平衡,故T2>T1,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。
④T1到T2时平衡左移,增大。
综上正确的是③④。
(4)CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
始: 1 mol 3 mol 0 0
转: α mol 3α mol α mol α mol
平: (1-α)mol (3-3α)mol α mol α 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ΔH的比,所以为×100%=96.6%。
答案:(1)2 858
(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-443.5 kJ·mol-1
(3)③④
(4)1-
(5)CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+
O2+6H++6e-3H2O 96.6%
4.解析:(1)加NaOH溶液使NH3·H2ON+OH-平衡逆向移动,有利于生成NH3·H2O,升温有利于NH3·H2ONH3+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)①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。
②依据盖斯定律可知,1 mol N(aq)被全部氧化成N(aq)的反应热ΔH=-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5∶6。
答案:(1)①N+OH-NH3·H2O
②废水中的NH3被空气带走,使NH3·H2ONH3+H2O的平衡向正反应方向移动,利于除氨
(2)①放热 ΔH=-273 kJ/mol<0(或反应物的总能量大于生成物的总能量)
②N(aq)+2O2(g)2H+(aq)+N(aq)+H2O(l)
ΔH=-346 kJ/mol
(3)5∶6
考点三:盖斯定律及焓变的计算
【真题题组】
1.A 按题干挨次给4个热化学方程式编号,依据盖斯定律,④=×①+×②-2×③,
即ΔH4=(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)。
2.C 由①、②两个反应过程可知,CeO2没有消耗,因此A项正确;由题中信息可知该过程实现了太阳能向化学能的转化,B项正确;依据盖斯定律可知,ΔH1=-(ΔH2+ΔH3),C项错误;书写电池电极反应式时,要留意电解质溶液的影响,在碱性条件下生成的CO2会与OH-反应生成C,D项正确。
3.A 给题中方程式依次编号为①、②、③、④,观看④与①、②、③方程式的系数关系知,则需①×2,②×5,③×12,然后依据盖斯定律,②×5+③×12-①×2即得热化学方程式④,故ΔH=12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1,则A正确。
4.C 选项A,由于P—P键的键长大于P—Cl键的键长,键长越短键能越大,故P—P键的键能小于P—Cl键的键能,A错误;选项B,由于不知道PCl5(g)PCl5(s)的反应热ΔH,所以不能求得Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(s)的反应热ΔH,B错误;选项C,设Cl—Cl键的键能为x,将题中已知的两个式子按挨次依次编号为①、②,将②-①可得4Cl2(g)+4PCl3(g)4PCl5(g) ΔH=(b-a)kJ·mol-1,由于化学反应中断键吸热、成键放热,可得4x+4×3×1.2c kJ·mol-1-4×5×c kJ·mol-1
=(b-a)kJ·mol-1,解得x= kJ·mol-1,C正确;D项,设P—P键的键能为y,将①×5-②×3可得:2P4(g)+12PCl5(g)20PCl3(g) ΔH=(5a-3b)kJ·mol-1,依据盖斯定律,可得2×6y+12×5×c kJ·mol-1-20×3×
12c kJ·mol-1=(5a-3b)kJ·mol-1,解得y= kJ·mol-1,故D错误。
5.B ×100%=15%,A项正确;电离常数Ka只与温度有关,加CH3COONa平衡向左移动,但平衡常数不变,B项错误;环己烯比环己烷多一个碳碳双键,燃烧热大了169 kJ·mol-1,假如苯分子中有三个碳碳双键,则其燃烧热会比环己烷大169 kJ·mol-1×3=507 kJ·mol-1,而实际大了3 916 kJ·mol-1-3 265 kJ·mol-1=651 kJ·mol-1,故苯分子中不含独立的碳碳双键,C项正确;将D项中热化学方程式按挨次依次编号为①、②、③、④,则③×6-①×2-②×6,可得目标方程式④正确,则D项正确。
6.A 本题属于盖斯定律的应用,观看第三个化学方程式的反应物与生成物,可通过前两个化学方程式转化得到。给三个化学方程式依次编号为①、②、③,③=①+2×②,则有ΔH3=ΔH1+2ΔH2。
7.C 反应过程可表示为
利用盖斯定律
ΔH=ΔH1-ΔH2
=-12.1 kJ·mol-1-(-55.6 kJ·mol-1)
=+43.5 kJ·mol-1。
8.D 依据题意,结合盖斯定律有:H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH=-72 kJ/mol-30 kJ/mol=-102 kJ/mol,而化学反应的反应热ΔH等于破坏反应物化学键所吸取的能量-形成生成物化学键所放出的能量,即ΔH=436 kJ/mol+a kJ/mol-2×369 kJ/mol,即-102 kJ/mol=436 kJ/mol+a kJ/mol-738 kJ/mol,a=200。
9.B 设H2与CH4的物质的量分别是x和y,则有
解得
即混合气体中H2与CH4物质的量之比是1∶3。
10.A 把已知两个方程式变换为:
①2Fe(s)+CO2(g)Fe2O3(s)+C(s)
ΔH=-234.1 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-590.25 kJ·mol-1
①+②得:
2Fe(s)+O2(g)Fe2O3(s),
ΔH=-234.1 kJ·mol-1+(-590.25 kJ·mol-1)
=-824.4 kJ·mol-1。
三年模拟·力气提升
1.A 图中反应物总能量大于生成物总能量,所以为放热反应,只有A项是放热反应。
2.C 中和热是指在稀溶液中,1 mol H+与1 mol OH-反应生成1 mol液态水放出的热量为55.6 kJ(由题干中知),而HCN(aq)与NaOH(aq) 反应的中和热ΔH为-12.1 kJ/mol,则说明HCN电离吸取了一部分热量,则HCN电离的ΔH=-12.1 kJ/mol
-(-55.6 kJ/mol)=+43.5 kJ/mol,C正确。
3.C 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ΔH1<ΔH2,故错误。
4.C 热化学方程式中的系数代表物质的量,且要指明物质的聚集状态,C项正确。
5.D N2与H2的反应是可逆反应,0.5 mol N2和1.5 mol H2不会完全反应,若完全反应则放出的热量会更多,由于反应热是指完全反应时放出的热量,A错误;由于石墨转化为金刚石吸热,所以金刚石能量高,则金刚石不如石墨稳定,B错误;燃烧热生成的H2O应为液态,C错误;n(NaOH)=0.5 mol,但由于NaOH固体溶于水要放热,所以D中放出的热量应大于28.7 kJ。
6.D 燃烧热是在确定条件下,1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,水的稳定状态为液态,选项A不正确;醋酸是弱电解质,存在电离平衡,而电离是吸热的,所以选项B不正确;依据图像可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,反应是放热反应,ΔH应小于0,选项C不正确;依据盖斯定律可知,选项D正确。
7.A 据题意知,应满足第①个反应所吸取的热量与第②个反应所放出的热量相等,则84.2 kJ·mol-1×n(CH3OH)=
483.6 kJ·mol-1×n(O2),即≈。
8.A 把方程式(①-②)/2,得出C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH=(-221.0 kJ·mol-1+483.6 kJ·mol-1)/2=+131.3 kJ·mol-1,所以选A。
9.A 由方程式:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1可知,2 mol SO2和1 mol O2完全反应放出的热量是Q kJ,转化率为90%,放出的热量为0.9Q kJ,即Q1=0.9Q;2 mol SO3在同一条件下只能转化10%,则吸取的热量为0.1Q kJ,即Q2=0.1Q,则Q>Q1>Q2。
10.C 依据反应CO2+NaOHNaHCO3、CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,则22 g CO2通入750 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中充分反应产物为NaHCO3、Na2CO3的混合物。设参与反应生成NaHCO3的CO2物质的量为a,参与反应生成Na2CO3的CO2物质的量为b,则a+b=0.5 mol,a+2b=0.75 mol,解得:a=b=0.25 mol。依据热量列关系,上述反应中产生0.25 mol NaHCO3放出的热量为(x-0.25y)kJ,故选C项。
11.解析:(1)E1<E2,甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是吸热反应。
(2)反应热与反应的始态和终态有关,与反应的途径无关,故反应热相同。
答案:(1)吸热 (2)相同 一个化学反应的反应热仅与反应始态和终态有关,而与反应的途径无关
(3)CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)
ΔH=+(E2-E1)kJ·mol-1
12.解析:(1)物质熔化时需断键,断键需吸取能量,而键能越大的物质,断键所吸取能量越大,熔点越高。所以熔点:SiC>Si;SiCl4<SiO2。
(2)相邻的四个硅原子形成正四周体结构。
(3)1 mol硅中含2 mol Si—Si键,再依据:ΔH=反应物的键能-生成物的键能,得ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-2E(Si—Si)-4E(H—Cl)=4×360 kJ/mol+2×436 kJ/mol-2×176 kJ/mol-4×431 kJ/mol=+236 kJ/mol。
答案:(1)> <
(2)
(3)+236
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