1、專題五化學(xué)能與熱能高考試題考點一 化學(xué)反應(yīng)中能量變化的概念及計算1.(2013年北京理綜,6,6分)下列設(shè)備工作時,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的是()ABCD硅太陽能電池鋰離子電池太陽能集熱器燃?xì)庠罱馕?硅太陽能電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能,A錯誤;鋰離子電池是化學(xué)電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,B錯誤;太陽能集熱器將光能轉(zhuǎn)化為熱能,C錯誤;燃?xì)庠罟ぷ鲿r將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,D正確。答案:D2.(2012年大綱全國理綜,9,6分)反應(yīng)A+BC(H0),XC(H0,為吸熱反應(yīng),則說明A+B總能量小于X,第步H0,為放熱反應(yīng),則說明X能量大于C。則正確的圖像應(yīng)為D。答案:D3.(2012年江蘇化學(xué),4,2分)某反應(yīng)的反

2、應(yīng)過程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應(yīng)的活化能,E2表示逆反應(yīng)的活化能)。下列有關(guān)敘述正確的是()A.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)B.催化劑能改變該反應(yīng)的焓變C.催化劑能降低該反應(yīng)的活化能D.逆反應(yīng)的活化能大于正反應(yīng)的活化能解析:該反應(yīng)的反應(yīng)物總能量低于生成物總能量,為吸熱反應(yīng),A錯誤;有催化劑和無催化劑時,H相同,說明催化劑不能改變該反應(yīng)的焓變,B錯誤;無催化劑時,該反應(yīng)的活化能為E1,有催化劑時,活化能E2小于E1,說明催化劑能降低該反應(yīng)的活化能,C正確;逆反應(yīng)的活化能為E2,正反應(yīng)的活化能為E1,E2a g,C項正確;圖4中,t時反應(yīng)未達(dá)平衡,則此時反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率尚未達(dá)到最大,D項錯誤。答案:C

3、6.(2011年上?；瘜W(xué),11,3分)根據(jù)碘與氫氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式(i)I2(g)+H2(g)2HI(g)+9.48 kJ(ii)I2(s)+H2(g)2HI(g)-26.48 kJ下列判斷正確的是()A.254 g I2(g)中通入2 g H2(g),反應(yīng)放熱9.48 kJB.1 mol固態(tài)碘與1 mol氣態(tài)碘所含的能量相差17.00 kJC.反應(yīng)(i)的產(chǎn)物比反應(yīng)(ii)的產(chǎn)物穩(wěn)定D.反應(yīng)(ii)的反應(yīng)物總能量比反應(yīng)(i)的反應(yīng)物總能量低解析:氫氣和碘蒸氣反應(yīng)是可逆反應(yīng),反應(yīng)物不可能完全反應(yīng),A錯誤;(i)式減(ii)式可得1 mol氣態(tài)碘轉(zhuǎn)化為1 mol固態(tài)碘放出35.96 kJ的熱量

4、,B錯;反應(yīng)(i)、(ii)產(chǎn)物相同,其穩(wěn)定性相同,C錯;等物質(zhì)的量的物質(zhì)固態(tài)時能量較低,氣態(tài)時能量較高,D選項正確。答案:D7.(2010年山東理綜,10,4分)下列與化學(xué)反應(yīng)能量變化相關(guān)的敘述正確的是()A.生成物總能量一定低于反應(yīng)物總能量B.放熱反應(yīng)的反應(yīng)速率總是大于吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率C.應(yīng)用蓋斯定律,可計算某些難以直接測量的反應(yīng)焓變D.同溫同壓下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和點燃條件下的H不同解析:若反應(yīng)放熱,則生成物總能量低于反應(yīng)物總能量;若反應(yīng)吸熱,則生成物總能量高于反應(yīng)物總能量,故A錯。反應(yīng)速率與反應(yīng)本身吸熱或者放熱沒有必然的聯(lián)系,B錯。C是蓋斯定律的重要應(yīng)用,

5、正確。H與反應(yīng)條件無關(guān),只取決于反應(yīng)物與生成物的總能量的相對大小。答案:C8.(2010年大綱全國理綜,7,6分)下面均是正丁烷與氧氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式(25 ,101 kPa):C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)H=-2 878 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(g)H=-2 658 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO(g)+5H2O(l)H=-1 746 kJ/molC4H10(g)+O2(g)4CO(g)+5H2O(g)H=-1 526 kJ/mol由此判斷,正丁烷的燃燒熱是()A.-2 878 kJ/molB.-2 6

6、58 kJ/molC.-1 746 kJ/molD.-1 526 kJ/mol解析:本題考查對燃燒熱概念的理解。燃燒熱是指在常溫常壓條件下,1 mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物所釋放出的熱量。本題中正丁烷完全燃燒生成的穩(wěn)定的氧化物應(yīng)為液態(tài)水和CO2。答案:A考點二 熱化學(xué)方程式的書寫及正誤判斷1.(2012年安徽理綜,12,6分)氫氟酸是一種弱酸,可用來刻蝕玻璃。已知25 時:HF(aq)+OH-(aq)F-(aq)+H2O(l)H=-67.7 kJmol-1H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)H=-57.3 kJmol-1在20 mL 0.1 molL-1氫氟酸中加入V mL 0.1

7、molL-1 NaOH溶液,下列有關(guān)說法正確的是()A.氫氟酸的電離方程式及熱效應(yīng)可表示為:HF(aq)F-(aq)+H+(aq)H=+10.4 kJmol-1B.當(dāng)V=20時,溶液中:c(OH-)=c(HF)+c(H+)C.當(dāng)V=20時,溶液中:c(F-)0時,溶液中一定存在:c(Na+)c(F-)c(OH-)c(H+)解析:根據(jù)蓋斯定律,將式減去式可得:HF(aq)H+(aq)+F-(aq)H=-10.4 kJmol-1,故A項錯誤;當(dāng)V=20時,兩者恰好完全反應(yīng)生成NaF,根據(jù)質(zhì)子守恒:c(OH-)=c(HF)+c(H+),B項正確;C中溶液體積為40 mL,因F-水解,故c(F-)0時

8、,有四種情況:V值很小,溶液呈酸性,有c(F-)c(H+)c(Na+)c(OH-)或c(F-)c(Na+)c(H+)c(OH-);溶液呈中性:c(Na+)=c(F-)c(OH-)=c(H+);純NaF溶液:c(Na+)c(F-)c(OH-)c(H+);NaOH明顯過量,c(Na+)c(OH-)c(F-)c(H+),故D項錯誤。答案:B2.(2012年北京理綜,26,13分)用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機(jī)物時會產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反應(yīng)A,可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反應(yīng)A:4HCl+O22Cl2+2H2O(1)已知:i.反應(yīng)A中,4 mol HCl被氧化,放出115.6 kJ的熱量。ii.H2O的電子式是。

9、反應(yīng)A的熱化學(xué)方程式是。斷開1 mol HO鍵與斷開1 mol HCl鍵所需能量相差約為kJ,H2O中HO鍵比HCl中HCl鍵(填“強”或“弱”)。(2)對于反應(yīng)A,如圖是4種投料比n(HCl)n(O2),分別為11、21、41、61下,反應(yīng)溫度對HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。曲線b對應(yīng)的投料比是。當(dāng)曲線b、c、d對應(yīng)的投料比達(dá)到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時,對應(yīng)的反應(yīng)溫度與投料比的關(guān)系是 。投料比為21、溫度為400 時,平衡混合氣中Cl2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是。解析:(1)H2O分子是由共價鍵形成的極性分子,其電子式為。熱化學(xué)方程式書寫時要注意反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài),據(jù)計量系數(shù)確定H,因反應(yīng)條件為4

10、00 ,所以H2O為氣態(tài)。4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=-115.6 kJ/mol?；瘜W(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊鍵斷裂、新鍵生成,反應(yīng)過程中能量的變化取決于斷舊鍵時吸收的能量和成新鍵時放出能量的多少,設(shè)HCl鍵鍵能為x,HO鍵鍵能為y,4HCl+OO2ClCl+H=-115.6 kJ/mol4x+498 kJ/mol=2243 kJ/mol+4y-115.6 kJ/mol則:y-x= kJ/mol=31.9 kJ/mol,鍵能差約為32 kJ/mol,因yx,所以HO鍵鍵能比HCl鍵鍵能強。(2)對于反應(yīng)4HCl+O22Cl2+2H2O,HCl與O2的投料比越大,HCl的轉(zhuǎn)

11、化率越低,所以對應(yīng)a、b、c、d曲線的投料比分別為61、41、21、11。該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高HCl轉(zhuǎn)化率越低,而投料比越大,轉(zhuǎn)化率越小,所以,要達(dá)到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率,投料比越大對應(yīng)的溫度越高。據(jù)圖像所給信息投料比21為曲線c,400 時轉(zhuǎn)化率為80%, 4HCl + O22Cl2+2H2O(g)起始量:2 mol 1 mol 0 0轉(zhuǎn)化量:2 mol80%0.4 mol0.8 mol0.8 mol平衡量:0.4 mol 0.6 mol0.8 mol0.8 mol則Cl2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為:100%=30.8%。答案:(1)4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=

12、-115.6 kJ/mol32強(2)41投料比越高,對應(yīng)的反應(yīng)溫度越低30.8%3.(2011年新課標(biāo)全國理綜,27,14分)科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇,并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱H分別為-285.8 kJmol-1、-283.0 kJmol-1和-726.5 kJmol-1。請回答下列問題:(1)用太陽能分解10 mol水消耗的能量是kJ;(2)甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為 ;(3)在容積為2 L的密閉容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他條件不變的情況下,考察溫度

13、對反應(yīng)的影響,實驗結(jié)果如圖所示(注:T1、T2均大于300 ):下列說法正確的是(填序號)溫度為T1時,從反應(yīng)開始到平衡,生成甲醇的平均速率為v(CH3OH)= molL-1min-1該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的小該反應(yīng)為放熱反應(yīng)處于A點的反應(yīng)體系從T1變到T2,達(dá)到平衡時增大(4)在T1溫度時,將1 mol CO2和3 mol H2充入一密閉恒容容器中,充分反應(yīng)達(dá)到平衡后,若CO2的轉(zhuǎn)化率為,則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為;(5)在直接以甲醇為燃料的燃料電池中,電解質(zhì)溶液為酸性,負(fù)極的反應(yīng)式為 、正極的反應(yīng)式為 。理想狀態(tài)下,該燃料電池消耗1 mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為702.1

14、kJ,則該燃料電池的理論效率為(燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比)。解析:(1)由題意知H2(g)+O2(g)H2O(l)H=-285.8 kJmol-1,所以分解10 mol水消耗能量285.8 kJmol-110 mol=2 858 kJ。(2)由題意知:CO(g)+O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-726.5 kJmol-1-得:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1(3)v(CH3OH)= = = molL-1m

15、in-1。由圖知T2時曲線斜率大于T1時曲線斜率且先達(dá)平衡,故T2T1,升溫甲醇的產(chǎn)量下降,所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng),則T1時的平衡常數(shù)比T2時大。T1到T2時平衡左移,增大。綜上正確的是。(4) CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)始:1 mol3 mol 0 0轉(zhuǎn): mol3 mol mol mol平:(1-)mol(3-3)mol mol mol=1-。(5)甲醇燃燒生成CO2和H2O,酸性條件下生成或消耗H+,不能出現(xiàn)OH-。負(fù)極:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+,正極:O2+6H+6e-3H2O。理論效率為電能與H的比,所以為100%=96.6%。答案:(1)

16、2 858(2)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-443.5 kJmol-1(3)(4)1-(5)CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+O2+6H+6e-3H2O96.6%4.(2010年北京理綜,26,14分)某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以N和NH3H2O的形式存在,該廢水的處理流程如下:氨氮廢水低濃度氨氮廢水含HNO3廢水達(dá)標(biāo)廢水(1)過程:加NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH至9后,升溫至30 ,通空氣將氨趕出并回收。用離子方程式表示加NaOH溶液的作用: 。用化學(xué)平衡原理解釋通空氣的目的: 。(2)過程:在微生物作用的條件下,N經(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成N。兩步反應(yīng)的能量變化

17、示意圖如下:第一步反應(yīng)是反應(yīng)(選填“放熱”或“吸熱”),判斷依據(jù)是 。1 mol N(aq)全部氧化成N(aq)的熱化學(xué)方程式是 。(3)過程:一定條件下,向廢水中加入CH3OH,將HNO3還原成N2。若該反應(yīng)消耗32 g CH3OH轉(zhuǎn)移6 mol電子,則參加反應(yīng)的還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比是。解析:(1)加NaOH溶液使NH3H2ON+OH-平衡逆向移動,有利于生成NH3H2O,升溫有利于NH3H2ONH3+H2O的平衡向正反應(yīng)方向移動,利于除氨。“通空氣將氨趕出并回收”是將廢水中的NH3讓空氣帶走,利于平衡正向移動。(2)由圖示可看出反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,所以是放熱反應(yīng)。根據(jù)

18、蓋斯定律可知,1 mol N(aq)被全部氧化成N(aq)的反應(yīng)熱H=-273 kJ/mol+(-73 kJ/mol)=-346 kJ/mol。(3)32 g CH3OH是1 mol,失6 mol e-生成CO2,由得失電子守恒知,消耗HNO3: mol,所以兩者之比為56。答案:(1)N+OH-NH3H2O廢水中的NH3被空氣帶走,使NH3H2ONH3+H2O的平衡向正反應(yīng)方向移動,利于除氨(2)放熱H=-273 kJ/molH2解析:化學(xué)反應(yīng)自發(fā)地向熵增大的方向進(jìn)行,故A錯誤;B項,反應(yīng)條件與反應(yīng)的熱效應(yīng)無關(guān),錯;D項焓變是負(fù)值,所以H1Q1Q2B.Q1Q2QC.Q1QQ2D.Q1=Q2Q

19、解析:由方程式:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-Q kJmol-1可知,2 mol SO2和1 mol O2完全反應(yīng)放出的熱量是Q kJ,轉(zhuǎn)化率為90%,放出的熱量為0.9Q kJ,即Q1=0.9Q;2 mol SO3在同一條件下只能轉(zhuǎn)化10%,則吸收的熱量為0.1Q kJ,即Q2=0.1Q,則QQ1Q2。答案:A綜合演練10.(2013江西上高二中模擬)在298 K、1.01105 Pa下,將22 g CO2通入750 mL 1 molL-1NaOH溶液中充分反應(yīng),測得反應(yīng)放出x kJ的熱量。已知在該條件下,1 mol CO2通入1 L 2 molL-1 NaOH溶液中充分反應(yīng)放出y