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主題14:化學能與熱能 李仕才 命題一 焓變與反應熱概念的理解及應用 1.(2015年北京理綜,9)最新報道:科學家首次用X射線激光技術(shù)觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如下: 下列說法正確的是(　　)。 A.CO和O生成CO2是吸熱反應 B.在該過程中,CO斷鍵形成C和O C.CO和O生成了具有極性共價鍵的CO2 D.狀態(tài)Ⅰ狀態(tài)Ⅲ表示CO與O2反應的過程 【解析】A項,由能量-反應過程圖像中狀態(tài)Ⅰ和狀態(tài)Ⅲ可知,CO和O生成CO2是放熱反應,錯誤;B項,由狀態(tài)Ⅱ可知,在CO與O生成CO2的過程中,CO沒有斷鍵形成C和O,錯誤;C項,由狀態(tài)Ⅲ及CO2的結(jié)構(gòu)式OCO可知,CO2分子中存在碳氧極性共價鍵,正確;D項,由能量-反應過程圖像中狀態(tài)Ⅰ(CO和O)和狀態(tài)Ⅲ(CO2)分析,狀態(tài)Ⅰ狀態(tài)Ⅲ表示CO和O原子反應生成CO2的過程,錯誤。 【答案】C 2.(2016年海南,11)(雙選)由反應物X轉(zhuǎn)化為Y和Z的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)。 A.由XY反應的ΔH=E5-E2 B.由XZ反應的ΔH<0 C.降低壓強有利于提高Y的產(chǎn)率 D.升高溫度有利于提高Z的產(chǎn)率 【解析】根據(jù)化學反應的實質(zhì),由XY反應的ΔH=E3-E2,A項錯誤;由圖像可知,由X→Z反應的反應物的總能量高于生成物的總能量,該反應為放熱反應,即由XZ反應的ΔH<0,B項正確;根據(jù)化學反應2X(g)3Y(g)可知,該反應是氣體體積增大的可逆反應,降低壓強,平衡正向移動,有利于提高Y的產(chǎn)率,C項正確;分析B項可知,由X→Z反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,Z的產(chǎn)率降低,D項錯誤。 【答案】BC 3.(2016年江蘇,8)通過以下反應均可獲取H2。下列有關(guān)說法正確的是(　　)。 ①太陽光催化分解水制氫:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=+571.6 kJmol-1 ②焦炭與水反應制氫:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJmol-1 ③甲烷與水反應制氫:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH3=+206.1 kJmol-1 A.反應①中電能轉(zhuǎn)化為化學能 B.反應②為放熱反應 C.反應③使用催化劑,ΔH3減小 D.反應CH4(g)C(s)+2H2(g)的ΔH=+74.8 kJmol-1 【解析】反應①是光能轉(zhuǎn)化為化學能,A項錯誤;反應②的焓變?yōu)檎?屬于吸熱反應,B項錯誤;催化劑只能降低反應的活化能,不會改變反應的焓變,C項錯誤;根據(jù)蓋斯定律,③-②可得反應CH4(g)C(s)+2H2(g),則焓變ΔH=+206.1 kJmol-1-131.3 kJmol-1=+74.8 kJmol-1,D項正確。 【答案】D 命題二 熱化學方程式的書寫與正誤判斷 1.(2014年海南,4)標準狀況下,氣態(tài)分子斷開1 mol化學鍵的焓變稱為鍵焓。已知H—H、H—O和OO鍵的鍵焓ΔH分別為436 kJmol-1、463 kJmol-1和495 kJmol-1。下列熱化學方程式正確的是(　　)。 A.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=-485 kJmol-1 B.H2O(g)H2(g)+12O2(g) ΔH=+485 kJmol-1 C.2H2(g)+O2 (g)2H2O(g) ΔH=+485 kJmol-1 D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-485 kJmol-1 【解析】1 mol氣態(tài)水分解產(chǎn)生1 mol氫氣和12 mol 氧氣的能量變化是2463 kJ-436 kJ-12495 kJ=242.5 kJ,因此熱化學方程式為H2O(g)H2(g)+12O2(g)　ΔH=+242.5 kJmol-1,A、B兩項均錯誤;2 mol氣態(tài)水分解產(chǎn)生2 mol氫氣和1 mol氧氣的反應熱ΔH=+485 kJmol-1,物質(zhì)分解吸收的熱量與產(chǎn)物燃燒放出的熱量數(shù)值相等,即熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-485 kJmol-1,C項錯誤,D項正確。 【答案】D 2.(1)(2017年天津理綜,7節(jié)選)0.1 mol Cl2與焦炭、TiO2完全反應,生成一種還原性氣體和一種易水解成TiO2xH2O的液態(tài)化合物,放熱4.28 kJ,該反應的熱化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)(2016年天津理綜,7節(jié)選)Si與Cl兩元素的單質(zhì)反應生成1 mol Si的最高價化合物,恢復至室溫,放熱687 kJ,已知該化合物的熔、沸點分別為-69 ℃和58 ℃。寫出該反應的熱化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)(2015年安徽理綜,27節(jié)選)NaBH4(s)與H2O(l)反應生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放熱21.6 kJ,該反應的熱化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)(2015年天津理綜,7節(jié)選)已知 1 mol 鈉單質(zhì)在足量O2中燃燒,恢復至室溫,放出255.5 kJ熱量,寫出該反應的熱化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】(1)從元素守恒的角度分析,還原性氣體應為CO,即焦炭發(fā)生了氧化反應,則Cl2發(fā)生了還原反應,0.1 mol Cl2發(fā)生反應生成0.05 mol易水解的液態(tài)化合物TiCl4,則生成1 mol TiCl4放出熱量為4.28kJ0.05mol1 mol=85.6 kJ。 (2)單質(zhì)Si和Cl2發(fā)生化合反應生成Si的最高價化合物即SiCl4,根據(jù)熔沸點可判斷常溫下SiCl4為液體。 (3)首先寫出化學方程式并配平,標出各物質(zhì)的聚集狀態(tài),NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g),3.8 g NaBH4 即 0.1 mol,反應放熱21.6 kJ,則根據(jù)化學方程式的化學計量數(shù)計算ΔH。 (4)Na在O2中燃燒生成Na2O2,該熱化學方程式為2Na(s)+O2(g)Na2O2(s)　ΔH=-255.5 kJmol-12=-511 kJmol-1。 【答案】(1)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)TiCl4(l)+2CO(g)　 ΔH=-85.6 kJmol-1 (2)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l)　ΔH=-687 kJmol-1 (3)NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g)　 ΔH=-216.0 kJmol-1 (4)2Na(s)+O2(g)Na2O2(s)　 ΔH=-511 kJmol-1 命題三 蓋斯定律與反應熱的計算 1.(2014年全國Ⅱ卷,13)室溫下,將1 mol的CuSO45H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低,熱效應為ΔH1,將1 mol的CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高,熱效應為ΔH2;CuSO45H2O受熱分解的化學方程式為CuSO45H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),熱效應為ΔH3。則下列判斷正確的是(　　)。 A.ΔH2>ΔH3　　　　　　B.ΔH1<ΔH3 C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3 【解析】1 mol CuSO45H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低,為吸熱過程,故ΔH1>0,1 mol CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高,為放熱過程,故ΔH2<0,1 mol CuSO45H2O(s)溶于水可以分為兩個過程,先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水,然后1 mol CuSO4(s)再溶于水,CuSO45H2O的分解為吸熱過程,即ΔH3>0,根據(jù)蓋斯定律得到關(guān)系式ΔH1=ΔH2+ΔH3,分析得到答案:ΔH1<ΔH3。 【答案】B 2.(2017年江蘇,8)通過以下反應可獲得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列說法不正確的是(　　)。 ①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　 ΔH1=a kJmol-1 ②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　 ΔH2=b kJmol-1 ③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH3=c kJmol-1 ④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　 ΔH4=d kJmol-1 A.反應①②為反應③提供原料氣 B.反應③也是CO2資源化利用的方法之一 C.反應CH3OH(g)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的ΔH= kJmol-1 D.反應2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的ΔH=(2b+2c+d) kJmol-1 【解析】反應①和②的最終產(chǎn)物中含有H2和CO2,A項正確;CO2與H2反應生成能源物質(zhì)CH3OH,B項正確;該反應生成的H2O為液態(tài),液態(tài)水汽化需要吸熱,則ΔH≠ kJmol-1,C項錯誤;根據(jù)蓋斯定律,反應②2+③2+④可得該熱化學方程式,D項正確。 【答案】C 3.(1)(2015年全國Ⅰ卷,28節(jié)選)已知反應2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11 kJmol-1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436 kJ、151 kJ的能量,則1 mol HI(g)分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為　　　　kJ。 (2)(2015年全國Ⅱ卷,27節(jié)選)甲醇既是重要的化工原料,又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇,發(fā)生的主要反應如下: ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1 ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3 已知反應①中相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下: 化學鍵 H—H C—O C←O H—O C—H E/(kJmol-1) 436 343 1076 465 413` 由此計算ΔH1=　　　　kJmol-1;已知ΔH2=-58 kJmol-1,則ΔH3=　　　　kJmol-1。 【解析】(1)設(shè)1 mol HI(g)分子中化學鍵斷裂吸收的能量為x,則2x-436 kJ-151 kJ=+11 kJ,x=299 kJ。 (2)根據(jù)反應熱=斷開舊鍵吸收的總能量-形成新鍵釋放的總能量,ΔH1=(1076+4362) kJmol-1-(4133+343+465) kJmol-1=-99 kJmol-1。②-③可得①式,故ΔH2-ΔH3=ΔH1,ΔH3=-58 kJmol-1-(-99 kJmol-1)=+41 kJmol-1。 【答案】(1)299 (2)-99　+41 4.(1)(2017年全國Ⅱ卷,27節(jié)選)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下: ①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1 已知:②C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　 ΔH2=-119 kJmol-1 ③H2(g)+12O2(g)H2O(g)　 ΔH3=-242 kJmol-1 反應①的ΔH1為　　　　kJmol-1。 (2)(2017年北京理綜,26節(jié)選)TiO2與Cl2難以直接反應,加碳生成CO和CO2可使反應得以進行。 已知:TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+175.4 kJmol-1 2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH2=-220.9 kJmol-1 寫出沸騰爐中鈦精礦(主要成分為TiO2)加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的熱化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)(2017年海南,14節(jié)選) 已知:①2NaOH(s)+CO2(g) Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH1=-127.4 kJmol-1 ②NaOH(s)+CO2(g)NaHCO3(s)　 ΔH1=-131.5 kJmol-1 反應2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的ΔH=　　　　 kJmol-1。 (4)(2016年全國Ⅱ卷,26節(jié)選) ①2O2(g)+N2(g)N2O4(l)　ΔH1 ②N2(g)+2H2(g)N2H4(l)　ΔH2 ③O2(g)+2H2(g)2H2O(g)　ΔH3 ④2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)　 ΔH4=-1048.9 kJmol-1 上述反應熱效應之間的關(guān)系式為ΔH4=　　　　。 (5)(2016年全國Ⅲ卷,27節(jié)選) 已知下列反應: SO2(g)+2OH-(aq)S(aq)+H2O(l)　ΔH1 ClO-(aq)+S(aq)S(aq)+Cl-(aq)　ΔH2 CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)　ΔH3 則反應SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=　　　　。 (6)(2015年廣東理綜,31節(jié)選)用O2將HCl轉(zhuǎn)化為Cl2,可提高效益,減少污染。傳統(tǒng)上該轉(zhuǎn)化通過如圖所示的催化循環(huán)實現(xiàn)。 其中,反應①為2HCl(g)+CuO(s)H2O(g)+CuCl2(s) ΔH1 ,反應②生成1 mol Cl2(g)的反應熱為ΔH2,則總反應的熱化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(反應熱用ΔH1和ΔH2表示)。 【答案】(1)+123 (2)TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)　 ΔH=-45.5 kJmol-1 (3)+135.6 (4)2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 (5)ΔH1+ΔH2-ΔH3 (6)4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g)　 ΔH=2ΔH1+2ΔH2 命題角度 重點考查有關(guān)反應熱及焓變的概念,熱化學方程式的書寫以及利用蓋斯定律、化學鍵進行焓變的計算等 備考啟示 在備考中應注意以下三個方面的復習:化學反應中能量變化的概念;熱化學方程式的書寫規(guī)則及有限制條件的熱化學方程式的書寫;應用蓋斯定律進行有關(guān)反應焓變的計算