第20講化學(xué)能與熱能1.[2020·莆田模擬]某反應(yīng)過程能量變化如圖K20-1所示,下列說法正確的是()圖K20-1A.改變催化劑,可改變該反應(yīng)的活化能B.該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),熱效應(yīng)等于ΔHC.反應(yīng)過程a有催化劑參與D.在催化劑條件下,反應(yīng)的活化能等于E1+E22.[2020·邯鄲教學(xué)質(zhì)量檢測]工業(yè)上,在一定條件下利用乙烯和水蒸氣反應(yīng)制備乙醇?；瘜W(xué)原理:CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)ΔH。已知幾種共價鍵的鍵能如下表所示:化學(xué)鍵C—HCCH—OC—CC—O鍵能/(kJ·mol-1)413615463348351下列說法中錯誤的是()A.上述合成乙醇的反應(yīng)是加成反應(yīng)B.相同時間段內(nèi),反應(yīng)中用三種物質(zhì)表示的反應(yīng)速率相等C.碳碳雙鍵的鍵能小于碳碳單鍵鍵能的2倍D.上述反應(yīng)式中,ΔH=-96kJ·mol-13.H2和I2在一定條件下能發(fā)生反應(yīng):H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH=-akJ·mol-1。圖K20-2下列說法不正確的是()A.反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量B.斷開1molH—H鍵和1molI—I鍵所需能量大于斷開2molH—I鍵所需能量C.斷開2molH—I鍵所需能量約為(c+b+a)kJD.向密閉容器中加入2molH2和2molI2,充分反應(yīng)后放出的熱量小于2akJ4.[2020·淄博一模]以TiO2為催化劑的光熱化學(xué)循環(huán)分解CO2反應(yīng)為溫室氣體減排提供了一個新途徑,該反應(yīng)的機理及各分子化學(xué)鍵完全斷裂時的能量變化如圖K20-3所示。圖K20-3下列說法正確的是()A.過程①中鈦氧鍵斷裂會釋放能量B.該反應(yīng)中,光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.使用TiO2作催化劑可以降低反應(yīng)的焓變,從而提高化學(xué)反應(yīng)速率D.CO2分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)2CO(g)+O2(g)ΔH=+30kJ·mol-15.以下是大氣中碳循環(huán)所涉及的部分重要反應(yīng)。下列說法正確的是()①6CO2(g)+6H2O(g)C6H12O6(s)+6O2(g)ΔH1=akJ·mol-1②C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)ΔH2=bkJ·mol-1③2C6H12O6(s)6CO2(g)+6CH4(g)ΔH3=ckJ·mol-1④CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)ΔH4=dkJ·mol-1A.由反應(yīng)①可知a<0B.2a+c+6d=0,a+b=0C.反應(yīng)②③的ΔS<0D.反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)的ΔH>dkJ·mol-16.已知:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1=+130kJ·mol-1;2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH=-220kJ·mol-1。斷開1molH—H鍵、OO鍵分別需要吸收436kJ、496kJ的熱量,則斷開1molO—H鍵需要吸收的熱量為()A.332kJB.118kJC.462kJD.360kJ7.[2020·衡陽摸底]中國學(xué)者在水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH]中突破了低溫下高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率不能兼得的難題,該過程是基于雙功能催化劑(能吸附不同粒子)催化實現(xiàn)的。反應(yīng)過程示意圖如下:圖K20-4下列說法正確的是()A.過程Ⅲ為放熱過程B.過程Ⅲ生成了具有極性共價鍵的H2、CO2C.使用催化劑降低了水煤氣變換反應(yīng)的ΔHD.圖示三個過程中H2O均參與成鍵或斷鍵8.已知熱化學(xué)方程式:H2(g)+2ICl(g)2HCl(g)+I2(g)ΔH=akJ·mol-1。其反應(yīng)過程如下:①H2(g)+ICl(g)HClI(g)+H(g)(慢)②H(g)+ICl(g)HCl(g)+I(g)(快)③HClI(g)HCl(g)+I(g)(快)④I(g)+I(g)I2(g)(快)下列說法不正確的是()A.總反應(yīng)的速率主要由反應(yīng)①的速率決定B.反應(yīng)④的焓變小于0C.HClI是上述總反應(yīng)的催化劑D.正反應(yīng)活化能Ea1與逆反應(yīng)活化能Ea2之差為akJ·mol-19.[2020·威海二模]我國科學(xué)家實現(xiàn)了在銅催化劑條件下將DMF[(CH3)2NCHO]轉(zhuǎn)化為三甲胺[N(CH3)3]。計算機模擬單個DMF分子在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程如圖K20-5所示,下列說法正確的是()圖K20-5A.該反應(yīng)歷程中最小能壘的化學(xué)方程式為(CH3)2NCH2OH*(CH3)2NCH2+OH*B.該歷程中最大能壘(活化能)為2.16eVC.該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02eV·mol-1D.增大壓強或升高溫度均能加快反應(yīng)速率,并增大DMF平衡轉(zhuǎn)化率10.按要求回答下列問題(1)[2020·濰坊模擬節(jié)選]CH4超干重整CO2技術(shù)可得到富含CO的化工原料?；卮鹣铝袉栴}:CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化如圖K20-6所示:圖K20-6①已知相關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖K20-7所示:圖K20-7過程Ⅰ的熱化學(xué)方程式為。②關(guān)于上述過程Ⅱ的說法不正確的是(填字母)。a.實現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離b.可表示為CO2+H2H2O(g)+COc.CO未參與反應(yīng)d.Fe3O4、CaO為催化劑,降低了反應(yīng)的ΔH(2)[2020·常德模擬節(jié)選]含氮化合物對環(huán)境、生產(chǎn)和人類生命活動等具有很大的影響。請按要求回答下列問題:已知:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)ΔH1=-akJ·mol-14NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH2=-bkJ·mol-1H2O(l)H2O(g)ΔH3=+ckJ·mol-1則反應(yīng)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(l)的ΔH=kJ·mol-1。11.(1)[2020·滄州質(zhì)檢節(jié)選]甲醛(HCHO)俗稱蟻醛,是一種重要的有機原料。利用甲醇(CH3OH)制備甲醛脫氫法:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)ΔH1=+92.09kJ·mol-1氧化法:CH3OH(g)+12O2(g)HCHO(g)+H2O(g)ΔH2已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH3=-483.64kJ·mol-1,則ΔH2=。(2)[2020·廣東梅州五華縣質(zhì)檢節(jié)選]汽車尾氣中含有較多的NO和CO,可以利用如下化學(xué)方法將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180kJ·mol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)ΔH=-564kJ·mol-1請寫出把汽車尾氣中NO和CO轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)的熱化學(xué)方程式:。(3)工業(yè)上可采用CH3OHCO+2H2的方法來制取高純度的CO和H2。我國學(xué)者采用量子力學(xué)方法,通過計算機模擬,研究了在鈀基催化劑表面上甲醇制氫的反應(yīng)歷程,其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標注。甲醇(CH3OH)脫氫反應(yīng)的第一步歷程,有兩種可能方式:方式A:CH3OH*CH3O*+H*Ea=+103.1kJ·mol-1方式B:CH3OH*CH3*+OHEb=+249.3kJ·mol-1①由活化能E值推測,甲醇裂解過程主要經(jīng)歷的方式應(yīng)為(填“A”或“B”)。②如圖K20-8為計算機模擬的各步反應(yīng)的能量變化示意圖。圖K20-8該歷程中,放熱最多的步驟的化學(xué)方程式為。1.A[解析]使用不同的催化劑,反應(yīng)的活化能不同,故A正確;反應(yīng)物的能量高于生成物的能量,為放熱反應(yīng),故B錯誤;b中使用了催化劑,故C錯誤;E1、E2分別代表反應(yīng)過程中各步反應(yīng)的活化能,整個反應(yīng)的活化能為能量較高的E1,故D錯誤。2.D[解析]題述反應(yīng)式中,ΔH=615kJ·mol-1+413kJ·mol-1×4+463kJ·mol-1×2-348kJ·mol-1-413kJ·mol-1×5-463kJ·mol-1-351kJ·mol-1=-34kJ·mol-1,D項錯誤。3.B[解析]H2和I2在一定條件下能發(fā)生反應(yīng):H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH=-akJ·mol-1(a>0),反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,故A正確;斷裂化學(xué)鍵吸收能量,形成化學(xué)鍵放出能量,反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以形成化學(xué)鍵放出的能量大于斷裂化學(xué)鍵吸收的能量,斷開1molH—H鍵和1molI—I鍵所需能量小于斷開2molH—I鍵所需能量,故B錯誤;ΔH=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵需要的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的能量=(b+c)kJ·mol-1-2E(H—I)=-akJ·mol-1,2E(H—I)=(b+c+a)kJ,進而得到斷開2molH—I鍵所需能量約為(a+b+c)kJ,故C正確;反應(yīng)是可逆反應(yīng),不能進行徹底,依據(jù)焓變意義分析,向密閉容器中加入2molH2和2molI2,充分反應(yīng)后放出的熱量小于2akJ,故D正確。4.B[解析]化學(xué)鍵斷裂需要吸收能量,過程①中鈦氧鍵斷裂會吸收能量,A錯誤;根據(jù)圖示,該反應(yīng)中,光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,B正確;催化劑通過降低反應(yīng)的活化能提高化學(xué)反應(yīng)速率,催化劑不能降低反應(yīng)的焓變,C錯誤;反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=焓變,CO2分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)2CO(g)+O2(g)ΔH=1598kJ·mol-1×2-1072kJ·mol-1×2-496kJ·mol-1=+556kJ·mol-1,D錯誤。5.B[解析]反應(yīng)①是植物吸收太陽光發(fā)生光合作用,CO2和H2O反應(yīng)生成有機物C6H12O6(s)和O2,則有a>0,A錯誤。根據(jù)蓋斯定律,由③+④×6可得2C6H12O6(s)+12O2(g)12CO2(g)+12H2O(g)ΔH=(c+6d)kJ·mol-1;由①×2可得12CO2(g)+12H2O(g)2C6H12O6(s)+12O2(g)ΔH=2akJ·mol-1,上述兩個反應(yīng)的方向相反,則有2a+c+6d=0;反應(yīng)①和②中反應(yīng)方向相反,根據(jù)蓋斯定律,則有ΔH1+ΔH2=0,即a+b=0,B正確。反應(yīng)②③均為正向氣體總分子數(shù)增加的反應(yīng),則有ΔS>0,C錯誤。甲烷的燃燒為放熱反應(yīng),生成液態(tài)水放出更多的熱量,且放熱反應(yīng)的ΔH<0,則反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)的ΔH<dkJ·mol-1,D錯誤。6.C[解析]將題給兩個熱化學(xué)方程式依次編號為①和②,根據(jù)蓋斯定律,由①×2-②可得2H2O(g)2H2(g)+O2(g),則有ΔH=(+130kJ·mol-1)×2-(-220kJ·mol-1)=+480kJ·mol-1。根據(jù)反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系可得ΔH=ΣE(反應(yīng)物)-ΣE(生成物)=4E(O—H)-(2×436kJ·mol-1+496kJ·mol-1)=4E(O—H)-1368kJ·mol-1,則有4E(O—H)-1368kJ·mol-1=+480kJ·mol-1,解得E(O—H)=462kJ·mol-1,故斷開1molO—H鍵需要吸收的熱量為462kJ。7.D[解析]根據(jù)反應(yīng)過程示意圖,過程Ⅲ中既有成鍵也有斷鍵,無法判斷吸熱還是放熱,A項錯誤;過程Ⅲ中CO、氫氧原子團和氫原子形成了二氧化碳、水和氫氣,H2中的化學(xué)鍵為非極性共價鍵,B項錯誤;催化劑不能改變反應(yīng)的ΔH,C項錯誤;根據(jù)反應(yīng)過程示意圖,過程Ⅰ中水分子中的化學(xué)鍵斷裂,過程Ⅱ也是水分子中的化學(xué)鍵斷裂的過程,過程Ⅲ中形成了水分子,因此H2O均參與成鍵或斷鍵,D項正確。8.C[解析]化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率取決于反應(yīng)速率最慢的反應(yīng),所以該反應(yīng)的速率主要由①決定,A正確;反應(yīng)④形成化學(xué)鍵,放出熱量,焓變小于0,B正確;HClI是反應(yīng)的中間產(chǎn)物,不是催化劑,C錯誤;根據(jù)反應(yīng)熱的概念可判斷正反應(yīng)活化能Ea1與逆反應(yīng)活化能Ea2之差為akJ·mol-1,D正確。9.A[解析]該歷程中最小能壘為0.22eV,是由(CH3)2NCH2OH*轉(zhuǎn)化為(CH3)2NCH2的反應(yīng),化學(xué)方程式為(CH3)2NCH2OH*(CH3)2NCH2+OH*,A正確;該歷程中最大能壘(活化能)為1.19eV,B不正確;該過程的總反應(yīng)是(CH3)2NCHO(g)轉(zhuǎn)化為N(CH3)3(g),但1.02eV為單個(CH3)2NCHO(g)反應(yīng)時放出的熱量,所以熱化學(xué)方程式為(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02NAeV·mol-1,C不正確;增大壓強或升高溫度均能加快反應(yīng)速率,但升高溫度平衡逆向移動,不能增大DMF平衡轉(zhuǎn)化率,D不正確。10.(1)①CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.4kJ·mol-1②cd(2)-15(2a+3b+30c[解析](1)①據(jù)CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化圖,過程Ⅰ的方程式為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。由能量-反應(yīng)過程曲線得熱化學(xué)方程式:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=+206.2kJ·mol-1(ⅰ)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH=-165kJ·mol-1(ⅱ)據(jù)蓋斯定律,由(ⅰ)×2+(ⅱ)得過程Ⅰ的熱化學(xué)方程式:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.4kJ·mol-1。②過程Ⅱ物質(zhì)變化為左上(CO、H2、CO2)+右下(惰性氣體)→左下(H2O)+右上(CO、惰性氣體),總反應(yīng)為H2+CO2H2O(g)+CO,Fe3O4、CaO為總反應(yīng)的催化劑,能降低反應(yīng)的活化能,但不能改