讲练测2019年高考化学三轮复习核心热点总动员专题05:化学反应与能量变化(含解析)
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1、化学反应与能量变化【名师精讲指南篇】【高考真题再现】1 【2018 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%BCH 4CH 3COOH 过程中,有 CH 键发生断裂C放出能量并形成了 CC 键D该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率【答案】D【解析】分析:A 项,生成 CH3COOH 的总反应为 CH4+CO2 CH3COOH,原子利用率为 100%;B 项,CH 4选择性活化变为过程中,有 1 个 C-H 键发生断裂;C 项,根据图示,的总
2、能量高于的总能量,放出能量并形成 C-C 键;D 项,催化剂只影响化学反应速率,不影响化学平衡,不能提高平衡转化率。详解:A 项,根据图示 CH4与 CO2在催化剂存在时生成 CH3COOH,总反应为 CH4+CO2 CH3COOH,只有CH3COOH 一种生成物,原子利用率为 100%,A 项正确;B 项,CH 4选择性活化变为过程中,有 1 个 C-H 键发生断裂,B 项正确;C 项,根据图示,的总能量高于的总能量,放出能量,对比和,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。点睛:本题考查原子利用率、
3、化学反应的实质、化学反应中的能量变化、催化剂对化学反应的影响,解题的关键是准确分析示意图中的信息。注意催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,催化剂不能改变 H、不能使化学平衡发生移动。2 【2017 江苏卷】通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH 3OCH3 )。下列说法不正确的是 ( ) C(s) + H 2O(g) CO(g) + H2 (g) H1 = a kJmol1 CO(g) + H 2O(g) CO2 (g) + H2 (g) H 2 = b kJmol1CO 2 (g) + 3H2 (g) CH3OH(g) + H2O(g) H 3 = c kJmol12CH 3OH(g)
4、CH3OCH3 (g) + H2O(g) H 4 = d kJmol1 A反应、为反应提供原料气 B反应也是 CO2资源化利用的方法之一 C反应 CH3OH(g) CH3OCH3 (g) + H2O(l)的 H = kJmol1 112dD反应 2CO(g) + 4H 2 (g) CH3OCH3 (g) + H2O(g)的 H = ( 2b + 2c + d ) kJmol1 【答案】C【解析】A反应、的生成物 CO2和 H2是反应的反应物,A 正确;B反应可将二氧化碳转化为甲醇,变废为宝,B 正确;C4 个反应中,水全是气态,没有给出水由气态变为液态的焓变,所以 C 错误;D把反应三个反应按
5、(+) 2+可得该反应及对应的焓变,D 正确。【名师点睛】本题以合成新能源二甲醚为背景,考查学生对简单化工流程的反应原理、能量的转化关系、化学反应焓变的概念、盖斯定律的运用等知识的掌握和理解程度,同时关注了节能减排、工业三废资源化处理、开发利用新能源等社会热点问题。3【2017 新课标 1 卷】(14 分) (2)下图是通过热化学循环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。通过计算,可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_,制得等量 H2所需能量较少的是_。【答案】 (2)H 2O(l)=H2(g)+ O2(g) H=+286 kJ/mol H2S(g)=H2(g)+S
6、(s) H=+20 kJ/mol1系统(II)【解析】 (2)H 2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) H1=327 kJ/molSO 2(g)+I2(s)+ 2H2O(l)=2HI(aq)+ H2SO4(aq) H2=151 kJ/mol2HI(aq)= H 2 (g)+ I2(s) H3=110 kJ/molH 2S(g)+ H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) H4=61 kJ/mol +,整理可得系统(I)的热化学方程式 H2O(l)=H2(g)+ O2(g) H=+286 kJ/mol;1+,整理可得系统(II)的热化学方程式 H2S (
7、g)=H2(g)+S(s) H=+20 kJ/mol。根据系统 I、系统 II 的热化学方程式可知:每反应产生 1mol 氢气,后者吸收的热量比前者少,所以制取等量的 H2所需能量较少的是系统 II。4 【2017 新课标 2 卷】(14 分)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 4H10)脱氢制 1-丁烯(C 4H8)的热化学方程式如下:C 4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) H1已知:C 4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) H2=119 kJmol11H 2(g)+ O2(g)= H2O(g) H3=242 kJ
8、mol1反应的 H1为_kJmol 1。【答案】 (1)+123【解析】 (1)根据盖斯定律,用式式可得式,因此 H1= H2 H3=119 kJ/mol +242 kJ/mol =+123 kJ/mol。5【2017 新课标 3 卷】(14 分)(3)已知:As(s)+ H2(g)+2O2(g)=H3AsO4(s) H1H2(g)+ O2(g)=H2O(l) H212As(s)+ O2(g) =As2O5(s) H3则反应 As2O5(s) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)的 H =_。【答案】 (3)2 H1-3 H2- H3【解析】 (3)根据盖斯定律,热化学反应 As2O5(s
9、) +3H2O(l)= 2H3AsO4(s)可以由反应2反应3反应转化得到,则 2 H1-3 H2- H3。6 【2017 天津卷】(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO 2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2xH2O 的液态化合物,放热 4.28 kJ,该反应的热化学方程式为_。【答案】 (3)2Cl 2(g)+ TiO2(s)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g) H=85.6 kJmol1【解析】 (3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO 2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成 TiO2xH2O 的液态化合物,放热 4.28 kJ,配平方程式,可知 2 m
10、ol Cl2反应放热 85.6 kJmol1,由此可得该反应的热化学方程式为 2Cl2(g)+ TiO2(s)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g) H=85.6 kJmol1。7 【2018 新课标 1 卷】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(2)已知:2N 2O5(g)2N 2O4(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol12NO2(g)N 2O4(g) H 2=55.3 kJmol1则反应 N2O5(g)2NO 2(g)+ O2(g)的 H=_ kJmol1。1【答案】 O 2 53.1【解析】 (2)已知:、2N
11、2O5(g)2N 2O4(g)+O2(g) H 14.4kJ/mol、2NO 2(g)N 2O4(g) H 255.3kJ/mol根据盖斯定律可知2即得到 N2O5(g)2NO 2(g)+1/2O2(g) H 153.1kJmol 1。8 【2018 新课标 2 卷】CH 4-CO2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)CH 4-CO2催化重整反应为:CH 4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H 2(g)=CH4(g) H=-75 kJmol1C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-394 kJm
12、ol1C(s)+1/2O2(g)=CO(g) H=-111 kJmol1该催化重整反应的 H=_ kJmol1。【答案】 247【解析】 (1)已知:C(s)+2H 2(g)=CH4(g) H=-75 kJmol1C(s)+O 2(g)=CO2(g) H=-394 kJmol1C(s)+1/2O 2(g)=CO(g) H=-111 kJmol1根据盖斯定律可知2即得到该催化重整反应 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的 H=247 kJmol1。9 【2018 北京卷】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:(1)反应:2H 2SO4(l
13、) 2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) H1=+551 kJmol1反应:S(s)+O 2(g) SO2(g) H3=297 kJmol 1反应的热化学方程式:_。【答案】 (2)H 2O(l)=H2(g)+ O2(g) H=+286 kJ/mol1H2S(g)=H2(g)+S(s) H=+20 kJ/mol 系统(II)【解析】 (2)H 2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) H1=327 kJ/molSO 2(g)+I2(s)+ 2H2O(l)=2HI(aq)+ H2SO4(aq) H2=151 kJ/mol2HI(aq)= H 2 (g)+ I2(s) H3
14、=110 kJ/molH 2S(g)+ H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) H4=61 kJ/mol +,整理可得系统(I)的热化学方程式 H2O(l)=H2(g)+ O2(g) H=+286 kJ/mol;1+,整理可得系统(II)的热化学方程式 H2S (g)=H2(g)+S(s) H=+20 kJ/mol。根据系统 I、系统 II 的热化学方程式可知:每反应产生 1mol 氢气,后者吸收的热量比前者少,所以制取等量的 H2所需能量较少的是系统 II。【考点深度剖析】一、从宏观、微观角度认识反应热 1.微观角度。从微观的角度说,是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键形
15、成放出的热量的差值,如下图所示:a 表示旧化学键断裂吸收的热量;b 表示新化学键形成放出的热量;c 表示反应热。2.宏观角度。从宏观的角度说,是反应物自身的能量与生成物能量的差值,在上图中:a 表示活化能;b 表示活化分子结合成生成物所释放的能量;c 表示反应热。反应热: H E1 E2或 H E4 E3,即 H 等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和,或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。二、热化学方程式。 1热化学方程式的书写。步骤 1 写方程写出配平的化学方程式;步骤 2 标状态用 s、l、g、aq 标明物质的聚集状态;步骤 3 标条件标明反应物的温度和压强(101 kPa、25
16、 时可不标注);步骤 4 标 H在方程式后写出 H,并根据信息注明 H 的“”或“” ;步骤 5 标数值根据化学计量数计算写出 H 的数值。2.热化学方程式书写的正误判断步骤 1 审“” “”放热反应一定为“” ,吸热反应一定为“” 。步骤 2 审单位单位一定为“kJmol 1 ”,易漏写或错写成“mol” 。步骤 3 审状态物质的状态必须正确,特别是溶液中的反应易写错。步骤 4 审数值的对应性反应热的数值必须与方程式的化学计量数相对应,即化学计量数与 H 成正比。当反应逆向时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。步骤 5 审是否符合概念如注意燃烧热和中和热的概念以及与此相关的热化学方
17、程式。3两个注意(1)注意同素异形体转化的名称问题对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态之外,还要注明物质的名称。如S(单斜,s)O 2(g)=SO2(g) H1297.16 kJmol 1S(正交,s)O 2(g)=SO2(g) H2296.83 kJmol 1S(单斜,s)= =S(正交,s) H30.33 kJmol 1(2)注意可逆反应中的反应热及热量变化问题由于反应热是指反应完全时的热效应,所以对于可逆反应,其热量要小于反应完全时的热量。三、根据盖斯定律求焓变。【应试技巧点拨】1认识、理解反应热、燃烧热与中和热,可以用对比法深化对这三个概念的理解,明确它们的区别和联系,避免认识
18、错误。(1)化学反应吸收或放出的热量称为反应热,符号为 H,单位常用 kJmol1 ,它只与化学反应的计量系数、物质的聚集状态有关,而与反应条件无关。中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热。(2)燃烧热:在 101 kPa 时, 1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。单位: kJmol1 。需注意:燃烧热是以 1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的,因此在书写燃烧热的热化学方程式时,一般以燃烧 1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数;燃烧产物必须是稳定的氧化物,如 CCO 2、H 2H 2O(l)等。(3)中和热:在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和
19、反应生成 1 mol 液态 H2O 时的反应热。需注意:稀溶液是指物质溶于大量水中;中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应;中和反应的实质是 H 和 OH 化合生成 H2O,即 H (aq)OH (aq)=H2O(l) H57.3 kJmol1 。2热化学方程式书写或判断易出现的错误(1)未标明反应物或生成物的状态而造成错误。(2)反应热的符号使用不正确,即吸热反应未标出“”号,放热反应未标出“”号,从而导致错误。(3)漏写 H 的单位,或者将 H 的单位写为 kJ,从而造成错误。(4)反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。(5)对燃烧热、中和热的概念理
20、解不到位,忽略其标准是 1 mol 可燃物或生成 1 mol H2O(l)而造成错误。3反应热大小比较(1)利用盖斯定律比较。(2)同一反应的生成物状态不同时,如 A(g)B(g)= =C(g) H1,A(g)B(g)= =C(l) H2,则 H1 H2。(3)同一反应物状态不同时,如 A(s)B(g)= =C(g) H1,A(g)B(g)= =C(g) H2,则 H1 H2。(4)两个有联系的反应相比较时,如 C(s)O 2(g)=CO2(g) H1,C(s)1/2O 2(g)=CO(g) H2。比较方法:利用反应(包括 H1)乘以某计量数减去反应(包括 H2)乘以某计量数,即得出 H3 H
21、1某计量数 H2某计量数,根据 H3大于 0 或小于 0 进行比较。总之,比较反应热的大小时要注意:反应中各物质的聚集状态; H 有正负之分,比较时要连同“” 、“”一起比较,类似数学中的正、负数大小的比较;若只比较放出或吸收热量的多少,则只比较数值的大小,不考虑正、负号。【名题精选练兵篇】1 【重庆南开中学 2019 届高三 3 月考试】下列对于太阳能、生物质能和氢能利用的说法不正确的是 ( )A将植物的秸秆、杂草和人畜粪便等加入沼气发酵池中,在富氧条件下,经过缓慢、复杂的氧化反应最终生成沼气,从而有效利用生物质能B芒硝晶体(Na 2SO410H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热,晚上重
22、新结晶放热,实现了太阳能转化为化学能继而转化为热能C在工农业生产、日常生活中需要大量应用氢能源,但需要解决氢气的廉价制备、氢气的储存和运输等问题D垃圾处理厂把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能,减轻了垃圾给城市造成的压力,改善了城市环境【答案】A【解析】A. 植物秸秆、枝叶、杂草含有生物质能,可发酵制取甲烷,从而有效利用生物质能,但在厌氧条件下进行,故 A 错误;B.Na 2SO410H2O 失水和结晶属于化学变化,能量转换形式为化学能和热能的转化,白天在阳光下曝晒后失水,转换形式为太阳能和化学能的转化,所以 B 选项是正确的;C.在生活和生产中大量应用氢能源,首先要解决由水制备氢气的能
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