高中三年级化学《化学能与热能》

专题八化学能与热能选考

化学考点1化学反应中能量变化的有关概念及计算1.(2020天津,10,3分)理论研究表明,在101kPa和298K下,HCN(g)

HNC(g)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.该异构化反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1C.正反应的活化能大于逆反应的活化能D.使用催化剂,可以改变反应的反应热答案

D由题图可知,1molHCN的能量比HNC的能量低59.3kJ,则HCN更稳定,则该异构化反应

是吸热反应,反应的ΔH=+59.3kJ·mol-1,A、B项正确;由题图可知,正反应的活化能是186.5kJ·mol-1,

逆反应的活化能为127.2kJ·mol-1,C项正确;催化剂不改变反应热,D项错误。2.(2020浙江7月选考,22,2分)关于下列ΔH的判断正确的是

()C

(aq)+H+(aq)

HC

(aq)

ΔH1C

(aq)+H2O(l)

HC

(aq)+OH-(aq)

ΔH2OH-(aq)+H+(aq)

H2O(l)

ΔH3OH-(aq)+CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq)+H2O(l)

ΔH4A.ΔH1<0

ΔH2<0B.ΔH1<ΔH2C.ΔH3<0

ΔH4>0D.ΔH3>ΔH4

答案

B①:HC

(aq)

C

(aq)+H+(aq)为HC

的电离,电离吸热,可得DH1<0,②:C

(aq)+H2O(l)

HC

(aq)+OH-(aq)属于水解过程,水解一般吸热,故DH2>0,A项错误,B项正确;④:OH-(aq)+CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq)+H2O(l)属于中和反应,故DH4<0,C项错误;④-③可得⑤:CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq)+H+(aq)DH5,电离吸热,故DH5>0,DH4-DH3=DH5>0,故DH4>DH3,D项错误。3.(2019海南单科,5,2分)根据图中的能量关系,可求得C—H键的键能为

()

A.414kJ·mol-1B.377kJ·mol-1C.235kJ·mol-1D.197kJ·mol-1

答案

A从图中信息可知C(s)+2H2(g)

CH4(g),ΔH=-75kJ·mol-1。ΔH=旧键断裂吸收的总能量-新键形成放出的总能量,设C—H键键能为xkJ·mol-1,则(717+864)kJ·mol-1-4xkJ·mol-1=-75kJ·mol-1,解

得x=414,A正确。4.(2018海南单科,12,4分)(双选)炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活

化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法

正确的是

()A.每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVC.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂答案

CD由图可知,每活化一个氧分子要放出0.29eV的能量,A不正确。活化能是指反应过程

中的最大能垒,图中在无水情况下,活化能为0.75eV;有水情况下,活化能为0.57eV,两者之间的差

值为0.18eV,B错误;从图中小球的变化来看,起始氧原子是相连的,最终氧原子是分开的,且氧原子

与碳原子相连,即经历了O—O键的断裂和C—O键的生成过程,C正确;炭黑与氧气生成活化氧,活

化氧与二氧化硫反应会转化为三氧化硫和炭黑,故炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的

催化剂,D正确。5.(2020浙江7月选考,27,4分)100mL0.200mol·L-1CuSO4溶液与1.95g锌粉在量热计中充分反应。

测得反应前温度为20.1℃,反应后最高温度为30.1℃。已知:反应前后,溶液的比热容均近似为4.18J·g-1·℃-1、溶液的密度均近似为1.00g·cm-3,忽略溶液体

积、质量变化和金属吸收的热量。请计算:(1)反应放出的热量Q=

J。(2)反应Zn(s)+CuSO4(aq)

ZnSO4(aq)+Cu(s)的ΔH=

kJ·mol-1(列式计算)。答案(1)4.18×103(2)-

=-209解析(1)由于反应前后溶液的密度均近似为1.00g·cm-3,忽略溶液体积和质量的变化,故溶液反应

前后的质量m=100cm3×1.00g·cm-3=100g。又知溶液比热容c≈4.18J·g-1·℃-1,所以该反应放出的热

量Q=cmΔT=cm(T后-T前)=4.18J·g-1·℃-1×100g×(30.1℃-20.1℃)=4.18×103J。(2)Zn和CuSO4的物质的量分别为n(Zn)=

mol=0.03mol,n(CuSO4)=0.100L×0.200mol·L-1=0.02mol,根据关系式Zn~CuSO4可知,Zn过量,CuSO4完全反应,即0.02molCuSO4与Zn完全反应放出

kJ的热量,得Zn(s)+CuSO4(aq)

ZnSO4(aq)+Cu(s)

ΔH=-

kJ·mol-1=-209kJ·mol-1。6.(2016海南单科,6,2分)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)

+80O2(g)

57CO2(g)+52H2O(l),已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为()A.3.8×104kJ·mol-1B.-3.8×104kJ·mol-1C.3.4×104kJ·mol-1D.-3.4×104kJ·mol-1

以下为教师用书专用答案

D燃烧热指的是101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ,则燃烧1mol油酸甘油酯释放出热量为

kJ≈3.4×104kJ,反应的燃烧热ΔH=-3.4×104kJ·mol-1,D正确。7.(2016海南单科,11,4分)(双选)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是

()

A.由X→Y反应的ΔH=E5-E2B.由X→Z反应的ΔH<0C.降低压强有利于提高Y的产率D.升高温度有利于提高Z的产率答案

BC

根据化学反应的实质,由X→Y反应的ΔH=E3-E2,A项错误;由图像可知,X→Z反应中,反

应物的总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,即由X→Z反应的ΔH<0,B项正确;根据化学反

应2X(g)

3Y(g)知,该反应是反应前后气体体积增加的可逆反应,降低压强,平衡正向移动,有利于提高Y的产率,C项正确;由B分析可知,X→Z的反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,Z的产

率降低,D项错误。8.(2015课标Ⅱ,27,14分)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、

CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:①CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH1②CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH2③CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH3回答下列问题:(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:由此计算ΔH1=

kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3=

kJ·mol-1。(2)反应①的化学平衡常数K表达式为

;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化

关系的曲线为

(填曲线标记字母),其判断理由是

。化学键H—HC—OC

OH—OC—HE/(kJ·mol-1)4363431076465413

图1图2

(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所

示。α(CO)值随温度升高而

(填“增大”或“减小”),其原因是

;图2中的

压强由大到小为

,其判断理由是

。答案(1)-99+41(每空2分,共4分)(2)K=

[或Kp=

](1分)a反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小(每空1分,共2分)(3)减小升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热

反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低(1分,2分,共3

分)

p3>p2>p1相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;

而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化

率升高(每空2分,共4分)解析(1)由反应热与键能的关系可得,ΔH1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-3×413kJ·mol-1-343kJ·

mol-1-465kJ·mol-1=-99kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应③=②-①,则ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58kJ·mol-1-(-99kJ·

mol-1)=+41kJ·mol-1。(2)由化学平衡常数的定义知,K=

;ΔH1<0,即反应①是放热反应,升高温度,K值减小,故a曲线能正确反映平衡常数K随温度变化的关系。审题技巧解答此类题时主要注意四点:①横、纵坐标的含义;②依据横、纵坐标分析曲线变化

趋势以及它们的意义;③图中的起点、拐点、变点;④如果有多个变量在图中呈现,一般采用控制

变量的方法,定一议二。解题关键

ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=反应物的总键能-生成物的总键能。考点2热化学方程式的书写盖斯定律及其应用1.(2019浙江4月选考,23,2分)MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):M2+(g)+C

(g)

M2+(g)+O2-(g)+CO2(g)↑ΔH1↑ΔH3MCO3(s)

MO(s)+CO2(g)已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是

()A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3

答案

C

ΔH1为破坏MCO3(s)中离子键所需吸收的能量,ΔH1>0,因Mg2+半径比Ca2+小,故MgCO3中

离子键比CaCO3强,A正确;C

分解为CO2和O2-为吸热过程,ΔH2>0,因ΔH2(MgCO3)和ΔH2(CaCO3)均表示C

分解所吸收的热量,则ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),B正确;根据题给能量关系及盖斯定律可知:ΔH1(CaCO3)+ΔH2(CaCO3)=ΔH(CaCO3)+ΔH3(CaO)…①,ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)=ΔH(MgCO3)

+ΔH3(MgO)…②,①式-②式结合考虑ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)得:ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3

(CaO)-ΔH3(MgO)+ΔH(CaCO3)-ΔH(MgCO3),因ΔH(CaCO3)≠ΔH(MgCO3),故C错误;MCO3(s)分解为

MO(s)和CO2(g)为吸热过程,ΔH>0,考虑到ΔH1+ΔH2=ΔH+ΔH3,故有ΔH1+ΔH2>ΔH3,D正确。2.(2018浙江4月选考,21,2分)氢卤酸的能量关系如图所示:

下列说法正确的是

()A.已知HF气体溶于水放热,则HF的ΔH1<0B.相同条件下,HCl的ΔH2比HBr的小C.相同条件下,HCl的(ΔH3+ΔH4)比HI的大D.一定条件下,气态原子生成1molH—X键放出akJ能量,则该条件下ΔH2=akJ·mol-1

答案

DHF气体溶于水放热,则由HF(aq)→HF(g)需要吸收热量,因此ΔH1>0,故A错误;HCl比HBr

稳定,则HCl的ΔH2比HBr的大,故B错误;ΔH3是H(g)→H+(g)的热效应,ΔH4是H+(g)→H+(aq)的热效应,

所以,HCl和HI的(ΔH3+ΔH4)相等,故C错误;由题图可知,H(g)+X(g)

HX(g)

ΔH7=-ΔH2=-akJ·mol-1,则ΔH2=akJ·mol-1,故D正确。3.(2017江苏单科,8,2分)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法

的是

()①C(s)+H2O(g)

CO(g)+H2(g)

ΔH1=akJ·mol-1②CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)

ΔH2=bkJ·mol-1③CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3=ckJ·mol-1④2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH4=dkJ·mol-1A.反应①、②为反应③提供原料气B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一C.反应CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+

H2O(l)的ΔH=

kJ·mol-1D.反应2CO(g)+4H2(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1

答案

C结合题给信息,反应①、②产生的H2和CO2可以作为反应③的原料,故A正确;反应③产

生了甲醇,是CO2资源化利用的一种方法,故B正确;根据反应④知,CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+

H2O(g)的ΔH=

kJ·mol-1,但选项反应中水为液态,故ΔH不等于

kJ·mol-1,故C错误;根据盖斯定律,②×2+③×2+④可得2CO(g)+4H2(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d)kJ·mol-1,故D正确。解题技巧本题考查盖斯定律的应用,可以从以下方面应对:1.掌握ΔH的比较方法。比较ΔH的相对大小时需考虑正、负号。放热越多,ΔH越小;吸热越多,ΔH

越大。2.掌握盖斯定律在反应热大小比较中的应用,要关注以下三方面:(1)同一反应,生成物的状态不同,ΔH不同;(2)同一反应,反应物的状态不同,ΔH不同;(3)对不同反应,当它们之间有关联时,ΔH也有一定的关联。4.(2018课标Ⅱ,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具

有重要意义。回答下列问题:(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)

2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H2(g)

CH4(g)

ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+

O2(g)

CO(g)

ΔH=-111kJ·mol-1该催化重整反应的ΔH=

kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是

(填标

号)。A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时

CO2的转化率是50%,其平衡常数为

mol2·L-2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下

表:

积碳反应CH4(g)

C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)

2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能/(kJ·mol-1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断,催化剂X

Y(填“优于”或“劣于”),理由是

。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关

系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确

的是

(填标号)。

A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。

在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)

从大到小的顺序为

。

答案(1)247A

(2)①劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能

相对小,消碳反应速率大AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)解析(1)C(s)+2H2(g)

CH4(g)

ΔH=-75kJ·mol-1①C(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH=-394kJ·mol-1②C(s)+

O2(g)

CO(g)

ΔH=-111kJ·mol-1③运用盖斯定律,③×2-①-②可得CH4(g)+CO2(g)

2CO(g)+2H2(g)

ΔH=[(-111×2)-(-75)-(-394)]kJ·mol-1=247kJ·mol-1。正反应为气体体积增大的吸热反应,故升温、减压有利于平衡正向移动,提高

CH4的平衡转化率,A正确。列三段式:CH4(g)+CO2(g)

2CO(g)+2H2(g)始2mol1mol0mol0mol转0.5mol0.5mol1mol1mol平1.5mol0.5mol1mol1molK=

=

=

mol2·L-2。(2)①积碳反应与消碳反应均为吸热反应,升高温度时,K积、K消均增加;由题图可知600℃以后积碳

量减小,说明升高温度,v消增加的倍数比v积增加的倍数大,故A、D正确。②由题图可知,时间相同时积碳量a>b>c,说明积碳速率a>b>c,由v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5可知,p(CH4)

一定时,积碳速率与p(CO2)成反比,故pa(CO2)<pb(CO2)<pc(CO2)。易错警示(2)②解答时一定要注意速率方程中[p(CO2)]-0.5=

。5.(2017课标Ⅰ,28,14分)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有

参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是

(填标号)。A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸C.0.10mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为

、

,制得等量H2所需能量较少的是

。(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)

COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。①H2S的平衡转化率α1=

%,反应平衡常数K=

。②在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2

α1,该反应的ΔH

0。(填“>”“<”或“=”)③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是

(填标号)。A.H2SB.CO2C.COSD.N2

答案(1)D(2)H2O(l)

H2(g)+

O2(g)

ΔH=286kJ·mol-1H2S(g)

H2(g)+S(s)

ΔH=20kJ·mol-1系统(Ⅱ)(3)①2.52.8×10-3②>>③B解析(1)根据强酸制弱酸规律,可知酸性H2SO3>H2CO3>H2S,A项不符合题意;亚硫酸、氢硫酸都是

二元弱酸,等浓度的亚硫酸的导电能力比氢硫酸的强,可以证明酸性:H2SO3>H2S,B项不符合题意;

亚硫酸的pH比等浓度的氢硫酸的小,可以证明酸性:H2SO3>H2S,C项不符合题意;物质的还原性与

其电离产生氢离子的浓度大小无关,因此不能证明二者的酸性强弱,D项符合题意。(2)①H2SO4(aq)

SO2(g)+H2O(l)+

O2(g)ΔH1=327kJ·mol-1②SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)

2HI(aq)+H2SO4(aq)ΔH2=-151kJ·mol-1③2HI(aq)

H2(g)+I2(s)

ΔH3=110kJ·mol-1④H2S(g)+H2SO4(aq)

S(s)+SO2(g)+2H2O(l)ΔH4=61kJ·mol-1根据盖斯定律由①+②+③可得系统(Ⅰ)制氢的热化学方程式为H2O(l)

H2(g)+

O2(g)

ΔH=286kJ·mol-1;根据盖斯定律由②+③+④可得系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式为H2S(g)

H2(g)+S(s)

ΔH=20kJ·mol-1。根据系统(Ⅰ)、系统(Ⅱ)的热化学方程式可知产生等量的氢气,后者吸收的热量比前者少。(3)①设平衡时反应的H2S的物质的量为xmol。H2S(g)+CO2(g)

COS(g)+H2O(g)开始0.40mol0.10mol00反应

xmol

xmol

xmol

xmol平衡(0.40-x)mol(0.10-x)mol

xmol

xmol

=

=0.02解得x=0.01,所以H2S的平衡转化率α1=

×100%=2.5%。在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数K=

=

=

≈2.8×10-3。②温度由610K升高到620K,平衡时水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H2S的转化率增大,即α

2>α1;根据题意可知升高温度,化学平衡向正反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,即

ΔH>0。③增大H2S的浓度,平衡正向移动,但加入量大于平衡移动时H2S的消耗量,所以H2S转化率减小,A项

错误;增大CO2的浓度,平衡正向移动,H2S转化率增大,B项正确;COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率减小,C项错误;N2是与反应体系无关的气体,充入N2,不能使化学平衡发生

移动,所以对H2S转化率无影响,D项错误。6.(2014课标Ⅰ,28,15分)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生

产。回答下列问题:(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。写出

相应反应的化学方程式

。(2)已知:甲醇脱水反应2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH1=-23.9kJ·mol-1甲醇制烯烃反应2CH3OH(g)

C2H4(g)+2H2O(g)

ΔH2=-29.1kJ·mol-1乙醇异构化反应C2H5OH(g)

CH3OCH3(g)

ΔH3=+50.7kJ·mol-1则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)

C2H5OH(g)的ΔH=

kJ·mol-1。与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是

。(3)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中

∶

=1∶1)。以下为教师用书专用

①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为

,理由是

。③气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290℃、压强6.9MPa,

∶

=0.6∶1。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有

、

。答案(1)C2H4+H2SO4

C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O

C2H5OH+H2SO4(2)-45.5污染小、腐蚀性小等(3)①

=

=

=0.07(MPa)-1②p1<p2<p3<p4反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高③将产物乙醇液化移去增加

∶

比解析

(2)将题给反应依次编号为①、②、③,①-②-③即得C2H4(g)+H2O(g)

C2H5OH(g),故ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-23.9kJ·mol-1-(-29.1kJ·mol-1)-(+50.7kJ·mol-1)=-45.5kJ·mol-1。与间接水合法相比,气

相直接水合法没有使用浓硫酸,减轻了酸对设备的腐蚀,且无酸性废液产生,污染小。(3)②由题给

曲线知,相同温度、不同压强下乙烯的转化率大小是p4>p3>p2>p1,而C2H4(g)+H2O(g)

C2H5OH(g)为气体分子数(气体总体积)减小的反应,压强越高,C2H4转化率越高,故压强大小关系是p1<p2<p3<p

4。③欲提高C2H4的转化率,除增大压强和降低温度外,还可使C2H5OH蒸气液化而减小生成物浓度

或增加

∶

的值,即增大H2O(g)的浓度。思路分析

(1)效仿乙酸乙酯的水解反应书写硫酸氢乙酯的水解反应。(2)利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变。(3)①利用三段法计算平衡分压,代入Kp的表达式计算即可;②根据压强对平衡移动的影响分析。7.(2014广东理综,31,16分)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是

一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应,反应②和③为副反应。①1/4CaSO4(s)+CO(g)

1/4CaS(s)+CO2(g)

ΔH1=-47.3kJ·mol-1②CaSO4(s)+CO(g)

CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)ΔH2=+210.5kJ·mol-1③CO(g)

1/2C(s)+1/2CO2(g)ΔH3=-86.2kJ·mol-1(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g)

CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=

(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。(2)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线如图所示,结合各反应的ΔH,归纳lgK-

T曲线变化规律:

a)

;b)

。(3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应①于900℃达到平衡,c平衡(CO)=8.0×10-5mol·L

-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。(4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入

。(5)以反应①中生成的CaS为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生CaSO4,该反应的化学方程式为

;在一定条件下,CO2可与对二甲苯反应,在其苯环

上引入一个羧基,产物的结构简式为

。答案(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3(2)升高温度,吸热反应lgK增大,放热反应lgK减小吸热反应lgK受温度的影响比放热反应大(3)K900℃=

=100,c(CO2)=100c(CO)=8.0×10-3mol·L-1,故c(CO)初始=8.0×10-3mol·L-1+8.0×10-5mol·L-1=8.08×10-3mol·L-1,α(CO)=

×100%≈99%(4)CaCO3(5)CaS+2O2

CaSO4

解析(1)反应①×4+反应②+反应③×2即得所求反应,故ΔH=4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。(2)仔细观察题给三条曲线的走势及斜率,即可归纳出lgK-T曲线变化的规律。(3)从图像中可得出900℃时反应①的平衡常数K=100,计算过程见答案。(4)燃料中加入适量石灰石,CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g),CaO+SO2

CaSO3,故能获得更纯净的CO2。(5)CaS再生为CaSO4,反应的原子利用率为100%,故反应方程式为CaS+2O2

CaSO4。考点1化学反应中能量变化的有关概念及计算A组考点基础题组1.(2020汕头一模,1)在太空中发现的迄今已知最大的钻石,直径4000公里,重达亿万克拉。下列关

于金刚石的叙述正确的是()A.含1molC的金刚石中含有的共价键的物质的量为4molB.金刚石和石墨是同分异构体C.C(石墨)

C(金刚石)

ΔH=+1.9kJ/mol,说明金刚石比石墨稳定D.石墨转化为金刚石是化学变化答案

D含1molC的金刚石中含有的共价键的物质的量为2mol,A错误;金刚石和石墨互为同

素异形体,B错误;C(石墨)

C(金刚石)

ΔH=+1.9kJ/mol,说明石墨比金刚石稳定,C错误;石墨转化为金刚石时生成了新物质,是化学变化,D正确。易错辨析

同分异构体:分子式相同、结构不同的化合物,常见于有机物,如正丁烷和异丁烷;同素

异形体:指由同种元素组成的不同单质,如白磷与红磷、金刚石与石墨、O2与O3等。2.(2020北京等级考适应性测试,11)根据下图所得判断正确的是()

已知:H2O(g)

H2O(l)

ΔH=-44kJ/molA.图1反应为吸热反应B.图1反应使用催化剂时,会改变其ΔHC.图2中若H2O的状态为液态,则能量变化曲线可能为①D.图2中反应为CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)ΔH=+41kJ/mol答案

D试题以化学反应与能量的图像为载体,通过化学反应过程中能量变化的图像考查对化

学反应与能量的理解,涉及化学反应与能量、催化剂、反应热、盖斯定律等必备知识,主要考查理

解能力和推理论证能力,体现变化观念与平衡思想的学科核心素养,突出对基础性的考查。A项,图1为反应物总能量高于生成物总能量的放热反应,错误;B项,催化剂只能改变反应所需的活

化能,不能改变ΔH,错误;C项,若生成的水为液态,根据题图1和已知信息可知,其ΔH=-3kJ/mol,是一

个放热反应,而曲线①仍为吸热反应,错误;D项,题图2中反应为题图1中反应的逆反应,正确。3.(2020清远调研,4)已知反应:①101kPa时,2C(s)+O2(g)

2CO(g)

ΔH=-221kJ/mol;②稀溶液中,H+(aq)+OH-(aq)

H2O(l)

ΔH=-57.3kJ/mol。下列结论正确的是()A.碳的燃烧热大于110.5kJ/molB.碳的燃烧热为221kJ/molC.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3kJ/molD.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量答案

A由反应①可知,1mol碳不完全燃烧生成CO放出的热量为110.5kJ,故1mol碳完全燃烧

生成二氧化碳放出的热量大于110.5kJ,所以碳的燃烧热大于110.5kJ/mol,A正确;碳的燃烧热为1

mol碳完全燃烧生成二氧化碳气体所放出的热量,B错误;中和反应为放热反应,在描述中和热时可

以表示为稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3kJ/mol或ΔH=-57.3kJ/mol,C错误;醋酸是弱

电解质,电离需吸收热量,稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出的热量小于57.3kJ,D错

误。知识总结燃烧反应、中和反应均为放热反应,在用文字叙述燃烧热、中和热时用正值,用ΔH表

示时用负值。考点2热化学方程式的书写盖斯定律及其应用4.(2020海南等级考模拟,4)已知:2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH1=-572kJ/molC(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH2=-393.5kJ/molC2H5OH(l)+3O2(g)

2CO2(g)+3H2O(l)ΔH3=-1367kJ/mol则2C(s)+3H2(g)+

O2(g)

C2H5OH(l)

ΔH为

()A.+278kJ/molB.-278kJ/molC.+401.5kJ/molD.-401.5kJ/mol答案

B将题给三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律按照

×①+2×②-③,可得目标热化学方程式:2C(s)+3H2(g)+

O2(g)

C2H5OH(l)

ΔH=-278kJ/mol。方法点拨5.(2020广州、深圳学调联盟联考二,12)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的

铜。已知:Cu(s)+2H+(aq)

Cu2+(aq)+H2(g)

ΔH=+64.39kJ/mol2H2O2(l)

2H2O(l)+O2(g)

ΔH=-196.46kJ/molH2(g)+

O2(g)

H2O(l)

ΔH=-285.84kJ/mol在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成Cu2+(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于

()A.-319.68kJ/molB.-417.91kJ/molC.-448.46kJ/molD.+546.69kJ/mol答案

A将题给三个热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律按照①+

×②+③,可得目标热化学方程式:Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)

Cu2+(aq)+2H2O(l)

ΔH=-319.68kJ/mol,故选A。6.(2019揭阳一模,28改编)丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧

化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图。

已知:C3H8(g)

C3H6(g)+H2(g)

ΔH=+124.3kJ/mol;CO和H2的燃烧热分别为ΔH=-283.0kJ/mol、ΔH=-285.8kJ/mol。(1)图中催化剂为

。(2)298K时,该工艺总反应的热化学方程式为

。(3)该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是

。答案(1)CrO3(2)C3H8(g)+CO2(g)

C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)

ΔH=+121.5kJ/mol(3)碳与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面解析(1)CrO3在反应ⅰ中为反应物,在反应ⅱ中为生成物,则CrO3为催化剂。(2)H2(g)+1/2O2(g)

H2O(l)

ΔH=-285.8kJ/mol①CO(g)+1/2O2(g)

CO2(g)

ΔH=-283.0kJ/mol②C3H8(g)

C3H6(g)+H2(g)

ΔH=+124.3kJ/mol③,根据盖斯定律按照③-②+①可得热化学方程式:C3H8(g)+CO2(g)

C3H6(g)+CO(g)+H2O(l),则ΔH=(+124.3kJ/mol)+(-285.8kJ/mol)-(-283.0kJ/mol)=+121.5kJ/mol。(3)该工艺中碳与CO2反应生成CO,可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性。一、单选题(每小题3分,共15分)B组专题综合题组(时间:40分钟分值:50分)1.(2020广深珠三校联考,10)多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。如图,我

国学者发现T℃时,甲醇(CH3OH)在铜基催化剂上的反应机理如下:反应Ⅰ:CH3OH(g)

CO(g)+2H2(g)

ΔH1=akJ/mol反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)

ΔH2=-bkJ/mol(b>0)总反应:CH3OH(g)+H2O(g)

CO2(g)+3H2(g)

ΔH3=ckJ/mol下列有关说法中正确的是

()A.反应Ⅰ是放热反应B.1molCH3OH(g)和H2O(g)的总能量大于1molCO2(g)和3molH2(g)的总能量C.c>0D.优良的催化剂降低了反应的活化能,并减少ΔH3,节约了能源答案

C本题以多相催化反应为情境,考查对化学反应中能量变化图像的分析能力,体现证据推

理与模型认知的学科核心素养,突出对应用性的考查。根据盖斯定律可知,c=a+(-b),根据题图可知c>0,已知b>0,则a>0,反应Ⅰ为吸热反应,A错误;根据题

图可知1molCH3OH(g)和H2O(g)的总能量小于1molCO2(g)和3molH2(g)的总能量,B错误;根据题

图可知,总反应为吸热反应,因此c>0,C正确;催化剂降低了反应的活化能,不能改变ΔH,故D错误。2.(2020浙江十校联盟联考,21)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,

、

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ΔH的大小D.第一步反应的速率大于第二步反应答案

CCl·由Cl2在高温条件下生成,是CH4与Cl2反应的中间体,而不是反应的催化剂,A错误;

、

分别为第一步反应、第二步反应所需活化能,升高温度,反应所需活化能不变,即

、

不变,B错误;Cl2是该反应的反应物,增大反应物的浓度,反应速率增大,而反应的ΔH不变,C正确;第

一步反应所需活化能

大于第二步反应所需活化能

,故第二步反应速率更大,D错误。3.(2020揭阳线上测试,7)研究发现Pd2团簇可催化CO的氧化,在催化过程中路径不同可能生成不同

的过渡态和中间产物(过渡态已标出),下图为路径1和路径2催化的能量变化。下列说法错误的是

()A.CO的催化氧化反应为2CO+O2

2CO2B.反应路径1的催化效果更好C.路径1和路径2第一步能量变化都为3.22eVD.路径1中最大能垒(活化能)E正=1.77eV答案

B由题图可知CO在催化剂催化下与O2反应产生CO2,反应方程式为2CO+O2

2CO2,A正确;由题图可知,反应路径2所需的活化能比反应路径1低,反应路径2的催化效果更好,B错误;

反应路径1和反应路径2的第一步能量变化都为3.22eV,C正确;路径1中最大能垒(活化能)E正=-3.9

6eV-(-5.73eV)=1.77eV,D正确。4.(2020北京等级考适应性测试,5)最近,中国科学院大连化物所CO2催化转化为CO的研究获得新成

果。如图是使用不同催化剂(NiPc和CoPc)时转化过程中的能量变化,下列说法不合理的是

(

)

A.转化过程中有极性键形成B.·CO2经氧化反应得到·COOHC.吸附在NiPc或CoPc表面带有相同基团的物种其能量不同D.该研究成果将有利于缓解温室效应并解决能源转化问题答案

B试题以中国科学院大连化物所CO2催化转化为CO的研究新成果为情境,通过图像给出

使用不同催化剂(NiPc和CoPc)时转化过程中的能量变化,考查对催化剂催化机理的理解,涉及化学

反应与能量、化学键、催化剂等必备知识,主要考查理解能力和推理论证能力,体现证据推理与模

型认知的学科核心素养,突出对应用性的考查。A项,依据题图可知,反应过程中出现了·COOH,其中O—H键是极性键,正确;B项,此过程为加氢还原

的过程,碳元素化合价降低,是还原反应,错误;C项,根据题图可知正确;D项,此过程把二氧化碳转化

为一氧化碳,可以缓解温室效应,解决能源转化问题,正确。5.(2020东莞毕业班测试,10)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上

合成氨的反应历程,如图所示,其中实线表示位点A上合成氨的反应历程,虚线表示位点B上合成氨

的反应历程,吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是

()A.由图可以判断合成氨反应属于放热反应B.氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快C.整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*+3H2

2N*+6H*D.从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率答案

C由题图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,所以合成氨的反应为放热反应,故A

正确;图中实线标示出的位点A最大能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点B最大能垒(活化能),

活化能越低,化学反应速率越大,故B正确;由题图可知,整个反应历程中步骤2N*+3H2

2N*+6H*的活化能几乎为零,为最小,故C错误;由题图可知在催化剂表面位点A上反应的活化能较低,合成氨

的速率较快,故D正确。二、不定项选择题(每小题6分,共12分)6.(2020山东潍坊线上测试,12)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(Ⅲ)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(Ⅲ)表面的物

种用*标注。下列说法错误的是

()A.②中包含C—H键的断裂过程B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是③C.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)

ΔH<0答案

CD由CH3O*→CH2O*,包含C—H键的断裂过程,A正确;从题图中可以看出,该历程中反应

活化能最小的是③,B正确;活化能越大,反应速率越慢,由题图可知①的活化能最大,制约反应速率

的方程式为CH3OH*

CH3O*+H*,C错误;根据题图无法判断该反应是吸热反应还是放热反应,故D错误。7.(2019化州二模,12)下列图示与对应的叙述相符的是

()A.图1表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化B.图2表示压强对可逆反应2A(g)+2B(g)

3C(g)+D(s)的影响,且乙的压强大C.图3表示H2与O2发生反应过程中的能量变化,则氢气的燃烧热为241.8kJ·mol-1D.图4表示用水稀释等体积且pH相同的盐酸和醋酸,且溶液导电性:a>b>c答案

D该反应中反应物总能量高于生成物总能量,反应是放热反应,A错误;根据图2可知:甲的

压强小于乙的压强,增大压强,平衡向正反应方向移动,则A的体积分数减小,B错误;由图3中的数据

可以计算出1mol氢气完全燃烧生成1mol水蒸气时放热241.8kJ,由于生成的水不是液态,故不能由

此确定氢气的燃烧热,C错误;用水稀释等体积且pH相同的盐酸和醋酸,由于醋酸是弱酸,其在稀释

过程中电离平衡正向移动,故盐酸的pH变化较大,醋酸的pH变化小,则曲线Ⅰ表示盐酸的pH随水的

体积的变化、曲线Ⅱ表示醋酸的pH随水的体积的变化,且溶液导电性:a>b>c,D正确。易错警示本题的易错选项为B,D是固体,判断压强对化学平衡的影响时要注意物质的状态。8.(2020茂名一模,28节选)(12分)CO2加氢可转化为CO、CH4、CH3OH等产物。该过程可缓解CO2

带来的环境压力,同时可变废为宝,带来巨大的经济效益。CO2加氢过程,主要发生的三个竞争反应

为:反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49.01kJ·mol-1反应ⅱ:CO2(g)+4H2(g)

CH4(g)+2H2O(g)

ΔH=-165.0kJ·mol-1反应ⅲ:CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.17kJ·mol-1回答下列问题:(1)由CO、H2合成甲醇的热化学方程式为

。(2)反应ⅲ为逆水煤气变换反应,简称RWGS。以金属催化剂为例,该反应历程的微观示意和相对

能量(eV)变化如图所示(

为催化剂,

为C原子,

为O原子,

为H原子)历程Ⅰ:三、非选择题(共23分)历程Ⅱ:历程Ⅲ:①历程Ⅰ方框内反应的方程式为C

+*

CO*+O*(*为催化剂活性位点)。根据图示,其反应热ΔH

0(填“>”或“<”)。②反应历程中,

(填“历程Ⅰ”“历程Ⅱ”或“历程Ⅲ”)是RWGS的控速步骤。答案(1)CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH=-90.18kJ·mol-1(2)①<②历程Ⅲ解析(1)根据盖斯定律,反应ⅰ-反应ⅲ可得CO、H2合成甲醇的热化学方程式:CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g),ΔH=-49.01kJ·mol-1-41.17kJ·mol-1=-90.18kJ·mol-1。(2)①根据题图可知ΔH=-0.75eV-(-0.37eV)=-0.38eV<0。②根据题图,历程Ⅲ的过渡态Ⅲ相对能量最大,即活化能最大,所以历程Ⅲ是RWGS的控速步骤。9.(2020广深珠三校联考,28节选)(11分)随着科技的进步,合理利用资源、保护环境成为当今社会

关注的焦点。甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2、

PbI2及HI为原料合成,回答下列问题:(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)

CH3NH2(g)+H2O(g)

ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下:则该反应的ΔH=

kJ·mol-1。(2)工业上可采用CH3OH

CO+2H2的方法来制取高纯度的CO和H2。我国学者通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标

注。甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式:方式A:CH3OH*

CH3O*+H*

Ea=+103.1kJ·mol-1方式B:CH3OH*

C

+OH*

Eb=+249.3kJ·mol-1由活化能E推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为方式

(填“A”或“B”)。共价键C—OH—ON—HC—NC—H键能/kJ·mol-1351463393293414下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示