2021届高考化学考点突破:化学能与热能(解析版).pdf
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1、化学能与热能1.通过以下反应均可获取庆。下列有关说法正确的是()太阳光催化分解水制氢:2H20(l)=2H2(g)+02(g)AH1=571.6k J -m o l-1焦炭与水反应制氢:c (s)+H20(g)=C 0(g)+H2(g)AH2=131.3k J m o l-1甲烷与水反应制氢:C H4(g)+H20(g)=C 0(g)+3H2(g)AH3=206.l k j *m o r1A.反应中电能转化为化学能B.反应为放热反应C.反应使用催化剂,AH3减小D.反 应 阳(g)=C (S)+2H2(g)的 AH=74.8 k J m o l-1【答案】D【解析】A.反应中,太阳光催化分解水
2、制氢,由光能转化为化学能,A不正确;B.反应中,AH20,为吸热反应,B 不正确;C.反应中,使用催化剂,对 也不产生影响,C 不正确;D.应用盖斯定律,将反应-反应得,C H4(g)=C (s)+2H2(g)A+74.8 k J m o l-1,D 正确;故选 D。2.一定条件下,某容器中各微粒在反应前后变化的示意图如下,其中和。代表不同元素的原子。反应前反应后关于此反应说法错误的是()A.一定属于吸热反应B.一定属于可逆反应C.一定属于氧化还原反应D.一定属于分解反应【答案】A【解析】根据图示可知该反应反应物是一种,生成物是两种。A.该物质属于分解反应,一般的分解反应是吸热反应,但也有的分
3、解反应如2H202=2H20+02 t是放热反应,错误;B.根据图示可知有一部分反应物未参加反应,该反应是可逆反应,正确;C.该反应中有元素化合价的变化,属于氧化还原反应,正确;D.反应物是一种,生成物是两种,因此属于分解反应,正确。3.水煤气变换 C 0(g)+H20(g)=C 02(g)+H2(g)是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用标注。a0H+(yx+030X+3X+03XC+X7*XC8过渡态2OCH+H+H(HX)
4、acH+H+HO+*o)过渡态I(8OX+.OX+.O。acxe+GcJ21o-3)唱淀玄鞋可 知 水 煤 气 变 换 的 0(填“大于”“等于”或“小于”),该历程中最大能垒(活化能)总正=e V,写出该步骤的化学方程式【答案】(3)小于 2.02 C O O H+H+H2O=C O O H+2H+O H 或 H20=H+0H【解析】(3)根据水煤气变换 C O (g)+H2O (g)=C O2(g)+H2(g)并结合水煤气变换的反应历程相对能量可知,C 0(g)+H20(g)的能量(-0.32e V)高于C O 2(g)+H2(g)的能量(-0.83e V),故水煤气变换的A 4 小于0;
5、活化能即反应物状态达到活化状态所需能量,根据变换历程的相对能量可知,最大差值为:其最大能垒(活化能)正=1.86-(-0.16)e V=2.02e V;该步骤的反应物为 C 00H+H+H2()=C 00H+2H+0H;因反应前后C O O H和 1个 H 未发生改变,也可以表述成H20=H+0HO2.12019新课标n卷】环戊二烯(Q)是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:(1)已知:(g)=(g)+H2(g)A Z S=1 0 0.3 k J m o l 1 H2(g)+L(g)=2HI(g)良=-11.0 kJ mol t 对于反应:C(g)+L(g)=C(
6、g)+2 H I(g)砧 kJ-mol-1o【答案】(1)89.3【解析】(1)根据盖斯定律可得:反应=+,可得反应的&=卜氏+A片=89.3KJ/mol;4.近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:CuCl2(s)=CuCl(s)+1 c i2(g)A=83 kJ moK1CuCl(s)+102(g)=CuO(s)+1 Cl2(g)A=-20 kJ*moK1CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)A A=T21 kJ mol
7、-1贝!I 4HC1(g)+02(g)=2C12(g)+2H20(g)的 A庐 k J-mol,【答案】(2)-116【解 析】(2)根据盖斯定律知,(反 应1+反 应 口+反 应III)X 2得4HC1(g)+02(g)=2C12(g)+2H20(g)AH=(AH1+AH2+AH3)X 2=-U 6kjm or15.氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。反应器中初始反应的生成物为乩和C 0 2,其物质的量之比为4:1,甲烷和水蒸气反应的方程式是 o已知反应器中还存在如下反应:i .C H4(g)+H20(g)=C O(g)
8、+3 H2(g)卜 风i i .C O (g)+H20 (g)=C O2(g)+H2(g)A 巡i i i .C H4(g)=C(s)+2 H2(g)A i i i 为积炭反应,利用豆和A 4计算 A时,还需要利用 反应的儿【答案】(D C H4+2 H20=4 H2+C 02 C(s)+C O2(g)=2 C O(g)【解析】(D 由于生成物为庆和(X L 其物质的量之比为4:L 反应物是甲烷和水蒸气,因而反应方程式为C H 4+2 H 2。=4 H 2 +C 02:i -i i 可得 C H 4 (g)+C O 2 (g)=2 C 0 (g)+2 H2(g),设为 i v,用 i v-i
9、i i 可得C(s)+C O2(g)=2 C O(g),因为还需利用 C(s)+C O 2(g)=2 C O(g)反应的烙变。6.多晶硅是制作光伏电池的关键材料。回答下列问题:I .硅粉与H C 1 在 3 0 0 C 时反应生成I m o l S i H C L 气体和乩,放出2 2 5 k J 热量,该反应的热化学方程式为。I I.将 S i C L 氢化为S i H C L 有三种方法,对应的反应依次为:S i C L (g)+H2(g)S i H C l3(g)+H C 1 (g)A 03 S i C L(g)+2 H 2(g)+S i(s)4 S i H C l3(g)巡 0(3)2
10、 S i C l4(g)+H2(g)+S i(s)+H C 1 (g)3 S i H C l3(g)卜 国(4)反应的A&=(用A 4,耳表示)。【答案】I .S i(S)+3 H C l(g)300 S i H C U g)+H o(g)AW=-225kJ-mol I I.(4)A-A J【解析】I.参加反应的物质是固态的S i、气态的H C L 生成的是气态的S i H C l3和氢气,反应条件是3 0 0 C,配平后发现S i H C L 的化学计量数恰好是I m o L 由此可顺利写出该条件下的热化学方程式:S i(s)+3 H C l(g)3 o o S i H C l3(g)+H2
11、(g)A H=-2 2 5 k J -m o l-1I I.(4)将反应反向,并与反应直接相加可得反应,所以A L=A H 2-A H”AH2 0,所以A H 3 必小于0,即反应正反应为放热反应。7.采用用。5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。回答下列问题已知:2N205(g)=2N205(g)+02(g)A =-4.4 k J m o l-12N 02(g)=N204(g)A 从=-55.3 k J*m o l-1则反应 N2O5(g)=2N 02(g)+i 02(g)的=k J -m o l、【答案】(2)53.1【解析】(2)已知:i、2N205(
12、g)=2N204(g)+02(g)A H -4.4k J/m o li i、2N 02(g)=N204(g)A H2=-55.3k J/m o l根据盖斯定律可知i 4-2-i i 即得到N2O5(g)=2N 02(g)+l/202(g)=+53.l k j/m o l8 .C H4-C 02催化重整不仅可以得到合成气(C O 和丛),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:(l)C H C 02催化重整反应为:C H4(g)+C 02(g)=2C 0(g)+2H2(g)o已知:C(s)+2H2(g)=C H4(g)A 庐-75 k J m o F1C (s)+02(g)=C 02(g)
13、A 层-394 k J m o l-1C(s)+l/2O2(g)=C O(g)年-111 k J m o l-1该催化重整反应的A年=k Jm o l)【答案】(1)247【解 析】根据盖斯定律可知X 2 一一即得到该催化重整反应C H4(g)+C 02(g)=2C 0(g)+2H2(g)的盾+247 k J-m o l,9.三氯氢硅(Si HC h)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:(2)Si HC h 在催化剂作用下发生反应:2Si HC l3(g)=Si H2C l2(g)+Si C l4(g)2L=48 k J m o l3Si H2C l2(g)=Si H4(g)+2Si
14、HC l3(g)A H2=-30 k J m o F1贝(I 反应 4Si HC l3(g)=Si H4(g)+3Si C l4(g)的 A H=k J m o l,【答案】(2)114【解析】(2)将第一个方程式扩大3 倍,再与第二个方程式相加就可以得到第三个反应的嬉变,所以始变为48 X 3+(-30)=114k Jm o l L10.近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:人用能life(1)反应 I :2H2sO (l)=2S02(g)+2H20(g)+02(g)H+551 k J*m o l-1反应I D:S(s)+O2(g)=SO2(g)A H3
15、=-297 k J m o l-1反应n 的热化学方程式:o【答案】(l)3SO2(g)+2H2O (g)=2H2sO 4(1)+S(s)A H2=-254 k J m o l-1【解析】(1)根据过程,反 应 I I 为 S02催化歧化生成H2sO 4和 S,反应为3S02+2H20=2H2S04+S。应 用 盖 斯 定 律,反应1+反应I H 得,2H2S04(1)+S(s)=3S02(g)+2H20(g)H=A H1+员=(+55很(1/11101)+(-2974/11101)=+25妹1/11101,反 应 II的热化学方程式为3S02(g)+2H20(g)=2H2sO 4(1)+S(
16、s)A H=-254k J/m o l o11.C O 2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:催化剂(2)C 02与 C H,经催化重整,制得合成气:C H4(g)+C O2(g)2 C0 (g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:化学键C Hc=oHHC t O(C O)键能/k Jm o E14137454361075则该反应的 H=0【答案】(2)+120 k J m o l1【解析】(2)根据反应物键能总和一生成物键能总和=(4X 413+2X745-2X 1075-2X 436)k J m o l-1=+120k j m o l-1;12.N
17、O,(主要指N O 和 N O?)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的N 0.是环境保护的重要课题。(1)用水吸收N 0*的相关热化学方程式如下:2N 02(g)+H2O (1)=HN O3(a q)+HN 02(a q)年 116.1 k J m o l-13HN 02(a q)=HN 03(a q)+2N 0(g)+H20(1)年75.9 k J m o l-1反应 3N 02(g)+H2O (1)=2HN O3(a q)+N O (一的层 k l m o l【答案】(1)T36.2【解析】(1)将两个热化学方程式编号,2N O2(g)+H20(1)=HN 03(a q)+HN O2(a
18、 q)H=-116.1 k J m o V (式)3HN 02(a q)=HN 03(a q)+2N 0(g)+H2O (1)A H=75.9 k J m o l-1(式)应 用 盖 斯 定 律,将(式 X 3+式)+2得,反 应3N 02(g)+H20(1)=2HN O3(a q)+N 0(g)A H=(-116.1 k J m o l-1)X 3+75.9 k J m o l-1 4-2=-136.2k J m o rlo13.近期发现,H2s是继N O、C O 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:(2)下图是通过热化学循环
19、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。Z*f1热化学硫碘循环水分解制氢系统:1111H S O,(a q)=S O 式 g)+H2O(l)+1o2(g)M it=327 kJ-mor1 11S O*)+I2(s)+2 H:O(1)=2 HI(a q)+H2 s o.(a q)A/2=-15lkJ m o r;1、2 HI(a q)=H3(g)+I2(s)A/,=110 kJ-mol_1 iH2S(g)+H,S O4(a q)=S(s)+S 0 式 g)+2H Q。)AH4=61kJm or热化学硫碘循环硫化氢分解联产氢气、破黄系统(II)通过计算,可 知 系 统(I)和 系 统(
20、II)制氢的热化学方程式分别为、,制 得 等 量 庆 所 需 能 量 较 少 的 是【答案】(2)H20(l)=H2(g)+1 02(g)A庐+2 8 6 kj/molH2S (g)=H2(g)+S (s)盾+2 0 kj/mol 系 统(II)【解析】(2)H2 s(X (a q)=S O2(g)+H2O(l)+-Lo2(g)H1=+3 2 7 kJ/mol2 S 02(g)+I2(s)+2 H20(l)=2 HI(a q)+H2S 04(a q)2 Hl(a q)=H2(g)+I2(s)H2 s (g)+H2S 04(a q)=S (s)+S 02(g)+2 H20(l)H2=-1 5 1
21、 kJ/molH3=+1 1 0 kJ/molH4=+6 1 kJ/mol+,整理可得系统(I)的热化学方程式H20(l)=H2(g)+i 02(g)2H=+2 8 6 kJ/mol;+,整理可得系统(H)的热化学方程式H2S (g)+=H2(g)+S(s)H=+2 0 kJ/molo根据系统I、系统I I的热化学方程式可知:每反应产生Imol氢气,后者吸收的热量比前者少,所以制取等量的出所需能量较少的是系统II。1 4.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:(1)正丁烷(C M。)脱氢制1-丁 烯(C4 H8)的热化学方程式如下:C4H1 0(g)=C4H8(g)+H
22、2(g)卜瓜已知:C A。(g)+1 o2(g)=C4H8(g)+H20 (g)A =-1 1 9 kJ mor1(3)H2(g)+1 o2(g)=H20 (g)A A=-2 4 2 kJ mol-1反 应 的为 kJ-mol o【答案】(1)+1 2 3【解析】(1)根据盖斯定律,用式式可得式,因此-1 1 9 kj/mol+2 4 2 kj/mol=+1 2 3 kj/molo1 5 .珅(As)是第四周期VA 族元素,可以形成As 2 s 3、AS 2 O5、H3 AS O3、H3 AS O4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:(3)已知:As (s)+3/2 H2(g)+2 02(
23、g)=Hs As O4(s)卜 风H2(g)+jo2(g)=H2O(l)&2 As(s)+5/2 02(g)=AS205(S)A A则反应 AS 2 O5 S)+3 H20(l)=Z HSASOKS)的 A4=【答案】(3)2 A-3 A-A【解析】(3)根据盖斯定律,热化学反应为AS205(S)+3 H20(l)=2 H3 ASO4(S),待求解反应可以由反应X 2-反应X 3-反应,则H=2 Z kH 3 Z kH2-。1 6 .T i CL是由钛精矿(主要成分为T i Oz)制备钛(T i)的重要中间产物,制备纯 T i CL的流程示意图如下:钛精矿氯化过R粗T iQ精 地 举纯 TiC
24、L(1)氯化过程:T i 0 2 与 C1 2 难以直接反应,加碳生成CO和 C0 2 可使反应得以进行。已知:T i 02(s)+2 Cl2(g)=T i Cl4(g)+02(g)4=+1 7 5.4 kJ moK12 C(s)+O2 (g)=2 C0 (g)A A=-2 2 0.9 kJ*mol-1 沸 腾 炉 中 加 碳 氯 化 生 成 T i ClKg)和 CO(g)的 热 化 学 方 程 式:【答 案】(1)T i O2(s)+2 Cl2(g)+2 C(s)=T i Cl4(g)+2 CO(g)445.5kj/mol【解析】(D 生成T i CL和CO的反应方程式为T i O2+2
25、C1 2+2 C=T i CL+2 CO,根据盖斯定律,两式相加,得到 T i 02(s)+2 C12(g)+2 C(s)=T i Cl4(g)+2 C0 (g)庐/+良=(-2 2 0.9 kJ-moK1)+(+1 7 5.4 kJ mol_1)=-4 5.5 kJ-mol-1o1 7.(3)0.1 mol C L 与焦炭、T i Oz 完全反应,生成一种还原性气体和一种易水 解 成 T i O2-AH20的液态化合物,放 热 4.2 8 k J,该反应的热化学方程式为【答案(3)2 Cl2(g)+T i O2(s)+2 C(s)=T i Cl4(l)+2 C0 (g)A 中-85.6 kJ
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