16化学能与热能考查化学反应过程中化学键的断裂和形成过程中的能量变化，吸热反应和放热反应的判断，能量的转化和利用，热化学方程式的意义，热化学方程式的书写及正误判断；利用盖斯定律书写热化学方程式和进行反应热计算。1．【2022北京卷】我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。下列说法不正确的是（）A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%B．CH4→CH3COOH过程中，有C―H键发生断裂C．①→②放出能量并形成了C―C键D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率2．【2022新课标3卷、节选】（1）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)ΔH1=+48kJ·mol−1；3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)+2SiHCl3(g)ΔH2=−30kJ·mol−1；则反应4SiHCl3(g)===SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH=__________kJ·mol−1。3．【2022新课标2卷、节选】CH4-CO2的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)△H=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)===CO2(g)△H=-394kJ·mol-1C(s)+O2(g)===CO(g)△H=-111kJ·mol-1该催化重整反应的△H=_______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9\n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_________mol-2·L-2。4．【2022新课标1卷、节选】采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用，回答下列问题：（1）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O4(g)完全分解）：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1①已知：2N2O5(g)===2N2O5(g)+O2(g)ΔH1=−4.4kJ·mol−12NO2(g)===N2O4(g)ΔH2=−55.3kJ·mol−1则反应N2O5(g)===2NO2(g)+1/2O2(g)的ΔH=_______kJ·mol−1。5．【2022天津卷、节选】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：化学键C—HC=OH—HCO(CO)键能/kJ·mol−14137454361075则该反应的ΔH=_________。分别在vL恒温密闭容器A）恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A”或“B”）。1.【2022陕西部分学校摸底检测】9\n已知HI在催化剂作用下分解速率会加快，其反应过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是（）A．加入催化剂，减小了反应的活化能B．加入催化剂，可提高HI的平衡转化率C．降低温度，HI的分解速率加快D．反应物的总能量大于生成物的总能量2.【2022岳阳五校联考】一种新型燃料电池的原电池总反应2H2(g)+O2(g)===2H+(aq)+2OH−(aq) ΔH，则该反应的ΔH为[已知H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol-1，中和热为57.3kJ·mol-1]（）A．+686.2kJ·mol-1B．+457.0kJ·mol-1C．-457.0kJ·mol-1D．-686.2kJ·mol-13.【2022抚州二模】在25℃、1.01×105Pa下，将22gCO2通入750mL1.0mol·L-1的NaOH溶液中充分反应，放出xkJ热量。在该条件下，将1molCO2通入2L1.0mol·L-1的NaOH溶液中，充分反应，放出ykJ热量，则CO2(g)+NaOH(aq)===NaHCO3(aq) ΔH，则该反应的ΔH为（）A．(x-2y)kJ·mol-1B．(y-4x)kJ·mol-1C．(y-2x)kJ·mol-1D．(2y-8x)kJ·mol-14.【2022湖南长郡中学实验班选拔考试】如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．卤素单质(X2)与水反应均可生成两种酸B．用电子式表示MgF2的形成过程：C．热稳定性：MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2D．由图可知此温度下MgI2(s)与Cl2(g)反应的热化学方程式为MgI2(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)+I2(g) ΔH=-277kJ·mol-15．【2022沈阳质量监测(一)】25℃、101kPa条件下，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为393.5kJ·mol−1、285.8kJ·mol-1、870.3kJ·mol-1，则2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为（）9\nA．-488.3kJ·mol-1B．+488.3kJ·mol-1C．-191kJ·mol-1D．+191kJ·mol-16.【2022长春调研】氧化亚铜是一种重要的工业原料。已知1gC(s)燃烧生成一氧化碳放出9.2kJ的热量，氧化亚铜与氧气反应的能量变化如图所示。下列有关判断正确的是（）A．碳[C(s)]的燃烧热为-110.4kJ·mol−1B．氧化亚铜与氧气的反应为吸热反应C．氧化亚铜与氧气反应的活化能为292kJ·mol−1D．足量炭粉与CuO反应生成Cu2O的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH=+35.6kJ·mol−17.【2022辽宁五校协作体联合模拟考试】用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6kJ·mol-1，可实现氯的循环利用。已知：下列说法正确的是（）A．升高温度能提高HCl的转化率B．断裂H2O(g)中1molH—O键比断裂HCl(g)中1molH—Cl键所需的能量高C．1molCl2(g)转化为2molCl放出243kJ能量D．加入催化剂，能使该反应的焓变减小8.【2022赣州调研】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℃，101kPa条件下)：物质及状态N2O(g)NO(g)NO2(g)N2O4(l)N2O5(g)相对能量/(kJ·mol-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) ΔH=-86kJ·mol-1C．N2O5(g)===2NO2(g)+1/2O2(g) ΔH=+55kJ·mol-1D．1molN2O(g)分解成N2(g)和O2(g)需要放出82kJ能量9\n9.【2022成都毕业班摸底测试】CO2减排、捕集和利用是人类可持续发展的重要战略之一。（1）煤气化时的主要反应方程式是；从能量角度，煤气化(填“是”或“否”)有利于CO2减排。（2）利用CO2和H2生成CH3OH来捕集CO2。已知CH3OH(l)、H2(g)的燃烧热分别为726.5kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1，CO2和H2反应生成CH3OH(l)和H2O(l)的热化学方程式为。（3）利用太阳能捕集CO2的原理如图所示。①图中能量转换过程为→→。②b是(填“正”或“负”)极，铜片上的电极反应式为。10.【2022恩施一模】一定条件下，在CO2与足量C反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-206.2kJ·mol-1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2kJ·mol-1（1）二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是。（2）已知298K时相关化学键的键能数据如表所示。化学键H—HO—HC—HCOE/(kJ·mol-1)436.0462.8413.41075.0根据键能计算ΔH1=，它与上述实测值差异较大的原因可能是。9\n答案与解析一、考点透视1.【答案】D【解析】A项，根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4+CO2CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；B项，CH4选择性活化变为①过程中，有1个C－H键发生断裂，B项正确；C项，根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C－C键，C项正确；D项，催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误；答案选D。2.【答案】（1）+114【解析】（1）将第一个方程扩大三倍，再与第二个方程式相加就可以得到第三个反应的焓变，所以焓变为48×3+(−30)=+114kJ·mol−13.【答案】（1）+247；A；【解析】（1）①根据活化能对反应的影响分析；根据反应热结合温度对平衡状态的影响以及图像曲线变化趋势解答；②根据反应速率方程式分析影响其因素结合图像解答。已知：C(s)+2H2(g)===CH4(g)△H=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)===CO2(g)△H=-394kJ·mol-1C(s)+O2(g)===CO(g)△H=-111kJ·mol-1根据盖斯定律可知③×2-②-1即得到改催化从整反应CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)的△H=+247mol·L−1。正反应是体积增大的吸热反应，所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压，答案选某温度下，在体积为2L的容积中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时的转化率是百分之50，根据方程式可知CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)起始浓度(mol·L−1)10.500转化浓度(mol·L−1)0.250.250.50.5平衡浓度(mol·L−1)0.750.250.50.59\n所以其平衡常数为mol-2·L-24.【答案】（1）+53.1【解析】（1）①根据盖斯定律计算；已知：ⅰ.2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g)ΔH1＝－4.4kJ·mol−1；ⅱ.2NO2(g)===N2O4(g)ΔH2＝－55.3kJ·mol−1；根据盖斯定律可知(ⅰ÷2)－ⅱ即得到N2O5(g)===2NO2(g)+1/2O2(g)ΔH＝＋53.1kJ·mol−1。5.【答案】（1）①+120kJ·mol−1；B【解析】（1）①化学反应的焓变应该等于反应物键能减去生成物的键能，所以焓变为(4×413+2×745)－(2×1075+2×436)=+120kJ·mol−1。初始时容器A、B的压强相等，A容器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大（气体物质的量增加）；B容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是A中大，B中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以B的反应平衡更靠右，反应的更多，吸热也更多。二、考点突破1.【答案】A【解析】催化剂能减小反应的活化能，A项正确；催化剂不改变化学平衡状态，故向反应体系中加入催化剂，HI的平衡转化率不变，B项错误；降低温度，反应速率减慢，故HI的分解速率减慢，C项错误；由题图可知，该反应是吸热反应，反应物的总能量低于生成物的总能量，D项错误。2.【答案】C【解析】根据已知条件可得：H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH1=-57.3kJ·mol-1①，2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2=-571.6kJ·mol-1②，根据盖斯定律，由②-①×2可得：2H2(g)+O2(g)===2H+(aq)+2OH-(aq) ΔH=-457.0kJ·mol−1。3.【答案】B【解析】根据题意，将22gCO2通入750mL1.0mol·L-1NaOH溶液中，充分反应，n(CO2)==0.5mol，n(NaOH)=1.0mol·L-1×0.75L=0.75mol，该反应既生成Na2CO3又生成NaHCO3，化学方程式为2CO2+3NaOH===NaHCO3+Na2CO3+H2O，由0.5molCO2反应放出热量为xkJ，可知2molCO2发生相同的反应放出的热量为4xkJ，即热化学方程式为2CO2(g)+3NaOH(aq)===NaHCO3(aq)+Na2CO3(aq)+H2O(l) ΔH=-4xkJ·mol-1①；又将1molCO2通入2L1.0mol·L-1NaOH溶液中，充分反应，放出ykJ的热量，则热化学方程式为2NaOH(aq)+CO2(g)===Na2CO3(aq)+H2O(l) ΔH=-ykJ·mol9\n-1②；根据盖斯定律，由①-②可得：NaOH(aq)+CO2(g)===NaHCO3(aq) ΔH=(y-4x)kJ·mol-1。4.【答案】D【解析】F2与水反应生成氢氟酸和O2，A项错误；MgF2为离子化合物，其电子式为[]-Mg2+[]-，B项错误；物质所具有的能量越低，其热稳定性越强，故热稳定性：MgF2>MgCl2>MgBr2>MgI2，C项错误；根据题图可写出热化学方程式：Mg(s)+I2(g)===MgI2(s) ΔH=-364kJ·mol-1 ①和Mg(s)+Cl2(g)===MgCl2(s) ΔH=-641kJ·mol-1 ②，根据盖斯定律，由②-①得MgI2(s)+Cl2(g)===MgCl2(s)+I2(g) ΔH=-277kJ·mol-1，D项正确。5.【答案】A【解析】由题意可知：①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1、②H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1、③CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-870.3kJ·mol-1，根据盖斯定律，由①×2+②×2-③得：2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l) ΔH=-488.3kJ·mol-1，本题选A。6.【答案】D【解析】燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，而该题中C(s)燃烧的生成物为CO，故通过ΔH=-9.2kJ·g×12g·mol-1=-110.4kJ·mol−1计算所得的结果不是碳[C(s)]的燃烧热，A项错误。由题给图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应放热，B项错误。由题给图像可知，氧化亚铜与氧气反应的活化能为348kJ·mol−1，C项错误。根据题给信息可得热化学方程式：2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH1=-220.8kJ·mol−1①；根据题图信息可得热化学方程式：2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s) ΔH2=-292kJ·mol−1②。足量炭粉与氧化铜反应的热化学方程式为C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g) ΔH③，根据盖斯定律，可得12×(①-②)=③，则ΔH=12(ΔH1-ΔH2)=+35.6kJ·mol−1，D项正确。7.【答案】B【解析】该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，HCl的转化率降低，A项错误；设断裂H2O(g)中1molH—O键和断裂HCl(g)中1molH—Cl键所需的能量分别为xkJ和ykJ，则4y+498-2×243-4x=-115.6，解得x=y+31.9，B项正确；1molCl2(g)转化为2molCl吸收243kJ能量，C项错误；加入催化剂，对该反应的焓变无影响，D项错误。8.【答案】B【解析】A项，由题给表格中的数据可看出，NO(g)的相对能量最大，化学性质最活泼，最不稳定，推断正确；B项，反应热等于生成物总能量与反应物总能量之差，该反应的ΔH=66kJ·mol-1-(-20kJ·mol9\n-1)=+86kJ·mol−1，推断错误；C项，该反应的ΔH=66kJ·mol-1+0-11kJ·mol-1=+55kJ·mol-1，推断正确；D项，N2O(g)===N2(g)+1/2O2(g) 该反应的ΔH=0+0-82kJ·mol-1=-82kJ·mol-1，推断正确。9.【答案】（1）C+H2O(g)CO+H2 是 （2）CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-130.9kJ·mol-1 （3）①太阳能 电能 化学能 ②正 2CO2+12H++12e−===C2H4+4H2O【解析】（1）煤气化时的主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气。煤气化有利于CO2减排。（2）根据题中信息可写出热化学方程式：CH3OH(l)+3/2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5kJ·mol-1 ①，H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1 ②，根据盖斯定律，由②×3-①得CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-130.9kJ·mol-1。（3）①从题图可以看出，装置中能量转换过程为太阳能转化为电能，电能转化为化学能。②由题图可知，H+向铜片移动，则铜片为阴极，铂片为阳极，a为负极，b为正极，CO2在铜片上被还原为C2H4，铜片上的电极反应式为2CO2+12H++12e−===C2H4+4H2O。10.【答案】（1）CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165.0kJ·mol-1（2）-196.2kJ·mol-1 反应温度、压强不同(答案合理即可)【解析】（1）将题给热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①-②可得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165.0kJ·mol-1。（2）ΔH1=E(反应物总键能)-E(生成物总键能)，根据各物质的结构和表中数据可知，ΔH1=1075.0kJ·mol-1+3×436.0kJ·mol-1-4×413.4kJ·mol-1-2×462.8kJ·mol-1=-196.2kJ·mol-1。反应温度、压强不同，因此计算值与实测值可能差异较大。9
