专题突破练6 化学反应与能量变化一、选择题(本题包括10个小题,每小题6分,共60分)1.(2022北京临川育人学校高三期末)下列说法正确的是( ) A.化学反应中的能量变化都表现为热量变化B.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应C.反应物的总能量比生成物的总能量高,该反应为吸热反应D.向醋酸钠溶液中滴入酚酞溶液,加热后若溶液红色加深,则说明盐类水解是吸热的答案D解析反应中的能量变化形式有多种,主要表现为热量变化,也可以表现为其他形式的变化,如原电池中化学能转化为电能,A项错误;放热反应有的需加热,有的不需加热。如木炭的燃烧是一个放热反应,但需要点燃,点燃的目的是使其达到着火点,再如铝热反应开始时也需要加热,B项错误;反应物的总能量比生成物的总能量高,该反应为放热反应,C项错误;醋酸钠水解使溶液显碱性,加热时碱性增强,说明盐类水解吸热,D项正确。2.(2022黑龙江大庆中学高三期中)下列说法中正确的是( )A.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,后者放出热量多B.已知C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,则金刚石比石墨稳定C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应,且反应的焓变大于零D.含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7kJ的热量,则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4kJ·mol-1答案D解析等量的硫蒸气和硫固体,硫蒸气的能量高,能量越高,燃烧放出的热量越多,A项错误;由C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,可知反应吸热,则金刚石的能量比石墨能量高,能量越高,越不稳定,所以石墨比金刚石稳定,B项错误;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化,属于非氧化还原反应,反应需要吸热,焓变大于零,C项错误;含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.58\nmol水,放出28.7kJ的热量,则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4kJ·mol-1,D项正确。3.(2022甘肃天水一中高三检测)下列说法正确的是( )A.在25℃、101kPa,1molS(s)和2molS(s)的燃烧热相等B.1molH2SO4(浓)与1molBa(OH)2完全中和所放出的热量为中和热C.CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应D.101kPa时,1molH2燃烧所放出的热量为氢气的燃烧热答案A解析燃烧热是指25℃、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,因此A项正确;中和热是强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时放出的热量,浓硫酸遇水放出热量,故B项错误;所有的燃烧都是放热反应,故C项错误;根据燃烧热的定义,101kPa时1mol氢气燃烧产生的H2O是液态水时,放出的热量才是燃烧热,故D项错误。4.(2022苏北四市高三一模)通过以下反应均可获取O2。下列有关说法不正确的是( )①光催化分解水制氧气:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH1=+571.6kJ·mol-1②过氧化氢分解制氧气:2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)ΔH2=-196.4kJ·mol-1③一氧化氮分解制氧气:2NO(g)N2(g)+O2(g)ΔH3=-180.5kJ·mol-1A.反应①是人们获取H2的途径之一B.反应②、③都是化学能转化为热能C.反应H2O2(l)H2O(g)+12O2(g)的ΔH=-98.2kJ·mol-1D.反应2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(l)的ΔH=-752.1kJ·mol-1答案C解析反应①是通过光催化分解水制氧气的同时也得到氢气,所以是人们获取H2的途径之一,A项正确;反应②、③都是放热反应,是化学能转化为热能,B项正确;根据盖斯定律,结合反应②可知,反应H2O2(l)H2O(g)+12O2(g)的ΔH>98.2kJ·mol-1,C项错误;根据盖斯定律,由③-①可得反应2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(l) ΔH=ΔH3-ΔH1=-752.1kJ·mol-1,D项正确。5.已知一定温度下发生合成氨的化学反应:N2+3H22NH3,每生成2molNH3放出92.4kJ的热量,在恒温、恒压的密闭容器中进行如下实验:①通入1molN2和3molH2,达平衡时放出热量为Q1,②通入2molN2和6molH2,达平衡时放出热量为Q2,则下列关系正确的是( )A.Q2=2Q1B.Q1<0.5Q2C.Q1=Q2<184.8kJD.Q1=Q2<92.4kJ答案A解析1molN2(g)与3molH2(g)反应生成2molNH3(g)放出的热量是92.4kJ。该反应为可逆反应,物质不能完全反应。恒温、恒压条件下,反应前后气体的物质的量发生变化,①、②中开始时8\nn(N2)∶n(H2)均为1∶3,则二者为等效平衡,反应物的转化率相同,即②中参加反应的n(N2)是①中的2倍,所以Q2=2Q1<184.8kJ。6.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应进程中的能量变化如图所示。下列说法中错误的是( )A.该反应的活化能为E1B.该反应的ΔH=E1-E2C.该反应一定可以设计成原电池D.图中a表示有催化剂时的能量变化过程答案D解析活化能是指化学反应中,由反应物分子到达活化分子所需的最小能量,故A项正确;依据图像分析判断,ΔH=E1-E2,故B项正确;反应物的能量高于生成物的能量是放热反应,且该反应为氧化还原反应,可设计成原电池,故C项正确;图中虚线、实线分别表示有催化剂和无催化剂时反应过程中的能量变化,故D项错误。7.已知:2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-217kJ·mol-1C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=bkJ·mol-1H—H键、O—H键和OO键的键能分别为436kJ·mol-1、462kJ·mol-1和495kJ·mol-1,则b为( )A.+352B.+132C.-120D.-330答案B解析①2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-217kJ·mol-1②C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=bkJ·mol-1,根据盖斯定律:②×2-①得:2H2O(g)O2(g)+2H2(g) ΔH=2b-(-217kJ·mol-1);根据键能计算该反应的ΔH=(4×462-495-436×2)kJ·mol-1,即2b-(-217kJ·mol-1)=(4×462-495-436×2)kJ·mol-1解得b=+132。8.(2022湖南师大附中高三月考)已知25℃、101kPa下:①2Na(s)+12O2(g)Na2O(s) ΔH1=-414kJ·mol-1②2Na(s)+O2(g)Na2O2(s) ΔH2=-511kJ·mol-1下列说法正确的是( )A.①和②产物的阴阳离子个数比不相等B.①和②生成等物质的量的产物,转移电子数不同C.常温下Na与足量O2反应生成Na2O,随温度升高生成Na2O的速率逐渐加快D.25℃、101kPa下,Na2O2(s)+2Na(s)2Na2O(s) ΔH=-317kJ·mol-1答案D8\n解析氧化钠中阴阳离子个数比为1∶2,过氧化钠中阴阳离子个数比也为1∶2,故A项错误;生成等物质的量的产物,即消耗的Na的物质的量相等,则转移电子物质的量相等,故B项错误;温度升高,钠和氧气反应生成过氧化钠,故C项错误;根据盖斯定律,①×2-②可得2Na(s)+Na2O2(s)2Na2O(s) ΔH=(-414×2+511)kJ·mol-1=-317kJ·mol-1,故D项正确。9.(2022河南豫南豫北名校高三精英联赛)N4分子结构为正四面体(如图所示)。已知:断裂N4(g)中1molN—N键吸收193kJ能量,形成N2(g)中1molN≡N键放出941kJ能量。下列说法正确的是( )A.N4(g)比N2(g)更稳定B.N4(g)2N2(g) ΔH=+724kJ·mol-1C.形成1molN4(g)中的化学键放出193kJ的能量D.lmolN2(g)完全转化为N4(g),体系的能量增加362kJ答案D解析从结构图中可看出,一个N4分子中含有6个N—N键,根据N4(g)2N2(g) ΔH,可知ΔH=6×193kJ·mol-1-2×941kJ·mol-1=-724kJ·mol-1。根据上述分析,相同质量时N4比N2的能量高,即N2比N4稳定,故A、B项错误;一个N4分子中含有6个N—N键,形成1molN4(g)中的化学键放出6×193kJ的能量,C项错误;根据上述分析,1molN2(g)完全转化为N4(g),需要吸收362kJ的热量,体系的能量增加362kJ,D项正确。10.(2022河南鹤壁高三检测)叔丁基氯与碱溶液经两步反应得到叔丁基醇,反应(CH3)3CCl+OH-(CH3)3COH+Cl-的能量与反应进程如图所示:下列说法正确的是( )A.该反应为吸热反应B.(CH3)3C+比(CH3)3CCl稳定C.第一步反应一定比第二步反应快D.增大碱的浓度和升高温度均可加快反应速率答案D解析由图像知,反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应为放热反应,A项错误;由图知,(CH3)3C+、Cl-的能量总和比(CH3)3CCl高,能量越高越不稳定,B项错误;第一步反应的活化能大,相同条件下反应肯定慢,C项错误;增大反应物的浓度或升高温度,反应速率一定加快,D项正确。8\n二、非选择题(本题包括3个小题,共40分)11.(10分)已知E1=134kJ·mol-1、E2=368kJ·mol-1,请参考下列图表,按要求填空。(1)图Ⅰ是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率加快,E1的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是 。NO2和CO反应的热化学方程式为 。 (2)下表所示是部分化学键的键能参数:化学键P—PP—OOOPO键能/(kJ·mol-1)abcx已知白磷的燃烧热为dkJ·mol-1,白磷及其完全燃烧生成的产物的结构如图Ⅱ所示,表中x= (用含a、b、c、d的代数式表示)。 (3)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) ΔH1反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq) ΔH2反应Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq) ΔH3则ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系是ΔH3= 。 答案(1)减小 不变 NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) ΔH=-234kJ·mol-1(2)14(6a+5c+d-12b) (3)2ΔH2-ΔH1解析(1)加入催化剂能降低反应所需的活化能,则E1和E2都减小,但E1-E2不变,即反应热不改变。由图知,1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO放出热量368kJ-134kJ=234kJ,该反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g) ΔH=-234kJ·mol-1。(2)白磷燃烧的化学方程式为P4+5O2P4O10,1mol白磷完全燃烧需断裂6molP—P键、5molOO键,形成12molP—O键、4molPO键,故12mol×bkJ·mol-1+4mol×xkJ·mol-1-(6mol×akJ·mol-1+5mol×ckJ·mol-1)=dkJ,解得x=14(6a+5c+d-12b)。(3)观察方程式,利用盖斯定律,方程式Ⅱ×2-方程式Ⅰ可得方程式Ⅲ,故ΔH3=2ΔH2-ΔH1。12.(2022河北衡水安平中学高三期中)(15分)根据要求回答问题。8\n(1)如图是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),ΔH的变化是 。 (2)0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28kJ,该反应的热化学方程式为 。 (3)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49.0kJ·mol-1②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)ΔH=-192.9kJ·mol-1又知③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1,则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为 。 (4)在微生物作用的条件下,NH4+经过两步反应被氧化成NO3-。这两步的能量变化如图:第二步反应是 反应(填“放热”或“吸热”)。1molNH4+(aq)全部氧化成NO2-(aq)的热化学方程式为 。 答案(1)减小 不变(2)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g)ΔH=-85.6kJ·mol-1(3)CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-764.7kJ·mol-1(4)放热 NH4+(aq)+32O2(g)NO2-(aq)+2H+(aq)+H2O(l) ΔH=-273kJ·mol-1解析(1)加入催化剂能降低反应的活化能,则E1和E2都减小,催化剂不能改变反应热,因此ΔH不变。(2)0.1molCl2反应放热4.28kJ,则2molCl2反应放热4.28kJ×20.1=85.68\nkJ,该反应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=-85.6kJ·mol-1;(3)利用盖斯定律进行计算,①CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0kJ·mol-1,②CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9kJ·mol-1,又知③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1,依据盖斯定律,由②×3-①×2+③×2可得:CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=3×(-192.9kJ·mol-1)-2×49.0kJ·mol-1+(-44kJ·mol-1)×2=-764.7kJ·mol-1,则甲醇蒸气燃烧为液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7kJ·mol-1;(4)由图可知,第二步反应反应物能量高于生成物能量,是放热反应;由图可知,第一步反应的热化学方程式为NH4+(aq)+32O2(g)2H+(aq)+NO2-(aq)+H2O(l) ΔH=-273kJ·mol-1,也是1molNH4+(aq)全部氧化成NO2-(aq)的热化学方程式。13.(2022黑龙江大庆中学高三期中)(15分)为解决能源短缺问题,工业生产中应合理利用化学能。(1)25℃,1.01×105Pa时,实验测得4g氢气在O2中完全燃烧生成液态水,放出572kJ的热量,则表示H2的燃烧热的热化学方程式为 。 (2)如图是某笔记本电脑使用的甲醇燃料电池的结构示意图。放电时甲醇应从 (填“a”或“b”)处通入,电池内部H+向 (填“左”或“右”)移动。写出电池负极的电极反应式 。 (3)从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成过程。已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93kJ·mol-1,试根据表中所列键能数据计算a的数值: 。 化学键H—HN—HN≡N键能/(kJ·mol-1)436a945当可逆反应中生成N—H键物质的量为2mol时,反应放热 。 (4)已知:C(s,石墨)+O2(g)CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-12H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2=-571.6kJ·mol-12C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-2599kJ·mol-18\n根据盖斯定律,计算反应2C(s,石墨)+H2(g)C2H2(g)的ΔH= 。 答案(1)H2(g)+12O2(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1(2)a 右 2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+(3)391 31kJ (4)+226.7kJ·mol-1解析(1)25℃,1.01×105Pa时,实验测得4g氢气在O2中完全燃烧生成液态水,放出572kJ的热量,即1molH2在氧气中燃烧生成液态水,放出286kJ热量,则H2的燃烧热的热化学方程式为H2(g)+12O2(g)H2O(l) ΔH=-286kJ·mol-1;(2)原电池中电子从负极经外电路流向正极,根据电子流向可知a电极为负极,甲醇在负极上发生氧化反应,氢离子移向正极,即向右移动,负极的电极反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+;(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=945kJ·mol-1+436kJ·mol-1×3-akJ·mol-1×6=-93kJ·mol-1,则a=391;当可逆反应中生成N—H键物质的量为2mol时,即生成23molNH3,根据反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93kJ·mol-1可知,反应放热31kJ;(4)①C(s,石墨)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1②2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1③2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-2599kJ·mol-1利用盖斯定律将①×2+②×12-③×12可得:2C(s,石墨)+H2(g)C2H2(g) ΔH=(-393.5kJ·mol-1)×2+12×(-571.6kJ·mol-1)-12×(-2599kJ·mol-1)=+226.7kJ·mol-1。8
