1、1第5讲 化学能与热能考纲解读考点 考纲内容 高考示例 预测热度反应热的有关概念1.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念2.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用2014北京理综,26,14分 热化学方程式 盖斯定律及其应用1.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式2.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算2017课标,28,14分2014课标,13,6分2013课标,12,6分分析解读 本专题的主要考点为反应热的有关概念、H的计算、热化学方程式的书写、盖斯定律的应用,其中盖斯定律的应用为高考高频考点。命题形
2、式可以是选择题,也可以是非选择题中的某一设问。随着能源问题的日益突出,高考对本专题的考查仍将维持较高的热度。命题分析答案 (1)D (2)H 2O(l) H2(g)+ O2(g) H=286 kJmol -1 H 2S(g) H2(g)+S(s) H=20 kJmol -112系统() (3)2.5 2.810 -3 B核心考点1.酸性强弱比较 2.盖斯定律的应用 3.影响化学平衡的因素4.平衡常数相关计算审题方法抓关键词:第(2)题中,看似所给信息较乱,实际在题中A项,再充入H 2S,H2S转化率会减小,错误;B项,再充入CO 2,平衡正向移动,H 2S转化率增大,正确;C项,充入COS,平
3、衡逆向移动,H 2S转化率减小,错误;D项,充入N 2,平衡不移动,H 2S转化率不变,错误。关联知识1.可以通过复分解反应由酸性较强的酸制取酸性较2明确给出了提示,关键词是系统()中“水分解制氢”,系统()中“硫化氢分解联产氢气、硫黄”。解题思路(1)酸性强弱与酸的还原性没有必然的联系,所以D错误。(2)将系统()、()中的三个热化学方程式均直接相加即可得到所需答案。(3)反应前后气体体积不变,则平衡后水的物质的量为(0.10 mol+0.40 mol)0.02=0.01 mol,利用三段式:H 2S(g) + CO 2(g) COS(g) + H 2O(g)起始 0.40 mol 0.10
4、 mol 0 0转化 0.01 mol 0.01 mol 0.01 mol0.01 mol平衡 0.39 mol 0.09 mol 0.01 mol0.01 mol则H 2S的平衡转化率 1= 100%=2.5%。0.010.40平衡常数K= 2.810 -3。0.012.5 0.012.5 0.392.5 0.092.5 由610 K到620 K,水的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,则H 2S的转化率增大,正反应吸热,H0。弱的酸2.同等浓度的氢硫酸和亚硫酸,溶液导电能力越强,c(H+)越大,对应酸的酸性越强3.升高温度,平衡向吸热反应方向移动4.反应物为A(g)和B(g)两种物质时,达
5、平衡后充入A,平衡正向移动,达新平衡状态时,A的转化率减小,B的转化率增大设题技巧本题以H 2S的相关性质为主线,将酸性强弱比较、盖斯定律的应用、化学平衡的相关计算等综合在一起进行考查,试题难度中等,但对基础知识的应用及计算的准确性要求较高。命题特点本专题命题有以下规律:1.结合能量变化图像或可逆反应,以选择题形式对反应热或活化能的大小作出判断;2.根据给出的燃烧热或键能或热化学方程式,计算反应放出或吸收的热量以及反应热H;3.在非选择题中,根据给出的热化学方程式,利用盖斯定律书写新的热化学方程式,常与化学平衡或工艺流程相结合综合出题。高考真题考点一 反应热的有关概念1.(2015北京理综,9
6、,6分)最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下:下列说法正确的是( )A.CO和O生成CO 2是吸热反应B.在该过程中,CO断键形成C和OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO 2D.状态状态表示CO与O 2反应的过程答案 C2.(2013北京理综,6,6分)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是( )A B C D硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶答案 D3.(2013福建理综,11,6分)某科学家利用二氧化铈(CeO 2)在太阳能作用下将H 2O、CO 2转变为H 2、CO。其过程如下:3mCeO2 (m-x)CeO
7、2xCe+xO2(m-x)CeO2xCe+xH2O+xCO2 mCeO2+xH2+xCO下列说法 的是( )不正确 A.该过程中CeO 2没有消耗B.该过程实现了太阳能向化学能的转化C.右图中H 1=H 2+H 3D.以CO和O 2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH -2e- C +2H2O2-3答案 C4.(2013重庆理综,6,6分)已知:P4(g)+6Cl2(g) 4PCl3(g) H=a kJmol -1,P4(g)+10Cl2(g) 4PCl5(g) H=b kJmol -1,P4具有正四面体结构,PCl 5中PCl键的键能为c kJmol -1,PCl3中PCl键的键能为
8、1.2c kJmol -1。下列叙述正确的是( )A.PP键的键能大于PCl键的键能B.可求Cl 2(g)+PCl3(g) PCl5(s)的反应热HC.ClCl键的键能为(b-a+5.6c)/4 kJmol -1D.PP键的键能为(5a-3b+12c)/8 kJmol -1答案 C5.(2013山东理综,12,4分)对于反应CO(g)+H 2O(g) CO2(g)+H2(g) H0 C.加热0.1 molL -1 Na2CO3溶液,C 的水解程度和溶液的pH均增大2-3D.对于乙酸与乙醇的酯化反应(HH 3 B.H 1H 3答案 B4.(2014江苏单科,10,2分)已知:C(s)+O 2(g
9、) CO2(g) H 1CO2(g)+C(s) 2CO(g) H 22CO(g)+O2(g) 2CO2(g) H 34Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s) H 43CO(g)+Fe2O3(s) 3CO2(g)+2Fe(s) H 5下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )A.H 10,H 30,H 40C.H 1=H 2+H 3 D.H 3=H 4+H 5答案 C5.(2013课标,12,6分)在1 200 时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应H2S(g)+ O2(g) SO2(g)+H2O(g) H 1322H2S(g)+SO2(g) S2(g)+2H2O(g) H 232H2S(g)+
10、 O2(g) S(g)+H2O(g) H 3122S(g) S2(g) H 4则H 4的正确表达式为( )A.H 4= (H 1+H 2-3H 3)236B.H 4= (3H 3-H 1-H 2)23C.H 4= (H 1+H 2-3H 3)32D.H 4= (H 1-H 2-3H 3)32答案 A6.(2015课标,27,14分)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO 2和H 2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g) H 1CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H 2CO 2(g)+H
11、2(g) CO(g)+H2O(g) H 3回答下列问题:(1)已知反应中相关的化学键键能数据如下:化学键 HH CO C O HO CHE/(kJmol-1) 436 343 1 076 465 413由此计算H 1= kJmol -1;已知H 2=-58 kJmol-1,则H 3= kJmol -1。 (2)反应的化学平衡常数K表达式为 ;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母),其判断理由是 。 图1 图2 (3)合成气组成n(H 2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率()与温度和压强的关系如图2所示。(CO)值随温度升高而 (填“增大”或
12、“减小”),其原因是 ;图2中的压强由大到小为 ,其判断理由是 。 答案 (1)-99 +41(每空2分,共4分)(2)K= 或K p= (1分)(3)()2(2)(3)()2(2)a 反应为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小(每空1分,共2分)(3)减小 升高温度时,反应为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低(1分,2分,共3分)p3p2p1 相同温度下,由于反应为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利
13、于CO的转化率升高(每空2分,共4分)7.(2014课标,28,15分)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题:(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C 2H5OSO3H),再水解生成乙醇。写出相应反应的化学方程式 。 (2)已知:甲醇脱水反应 2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)H 1=-23.9 kJmol-1甲醇制烯烃反应 2CH 3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g) H 2=-29.1 kJmol-17乙醇异构化反应 C 2H5OH(g) CH3OCH3(g) H 3=+50.7 kJmol-1则乙烯
14、气相直接水合反应C 2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)的H= kJmol -1。与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是 。 (3)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中 =11)。224列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数K p= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 图中压强(p 1、p 2、p 3、p 4)的大小顺序为 ,理由是 。 气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 、压强6.9 MPa, =0.61。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压224强外
15、,还可以采取的措施有 、 。 答案 (1)C 2H4+H2SO4 C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4(2)-45.5 污染小、腐蚀性小等(3) = = =0.07 (MPa)-1(25)(24)(2)20%2-20%( 80%2-20%)2 201808027.85 p 1c(H2P )2-4 -43Ca 2+2HP Ca3(PO4)2+2H +2-4(4)HCl 模拟演练夯实基础考点一 反应热的有关概念1.(2018浙江“七彩阳光”联盟期初联考,19)煤的工业加工过程中,可利用CO和H 2合成用途广泛的化工原料甲醇,能量变化如图所示。下列说法正确的是(
16、)A.该反应是吸热反应B.1 mol CH3OH(g)所具有的能量为90.1 kJmol -1C.CO(g)+2H2(g) CH3OH(l) H=-90.1 kJmol -1D.1 mol CO(g)和2 mol H 2(g)断键所需能量小于1 mol CH 3OH(g)断键所需能量答案 D2.(2018河北武邑中学三调,5)H 2和I 2在一定条件下发生反应:H 2(g)+I2(g) 2HI(g) H=-a kJmol -112已知:(a、b、c均大于零)下列说法不正确的是( )A.反应物的总能量高于生成物的总能量B.断开1 mol HH键和1 mol II键所需能量大于断开2 mol HI
17、键所需能量C.断开2 mol HI键所需能量约为(c+b+a)kJD.向密闭容器中加入2 mol H 2(g)和2 mol I 2(g),充分反应后放出的热量小于2a kJ答案 B3.(2017山西五校一联,15)下列叙述正确的是( )A.甲烷的燃烧热为H=-890.3 kJmol -1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH 4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) H=-890.3 kJmol -1B.已知H +(aq)+OH-(aq) H2O(l) H=-57.3 kJmol -1,则稀硫酸和稀Ba(OH) 2溶液反应的反应热H=2(-57.3)kJmol-1C.Mg在CO 2
18、中燃烧生成MgO和C,该反应中化学能全部转化为热能D.常温下,反应C(s)+CO 2(g) 2CO(g)不能自发进行,则该反应的H0答案 D4.(2017山东省实验中学一诊,15)参照反应Br+H 2 HBr+H过程中的能量变化示意图,下列叙述中正确的是( )A.该反应为可逆反应B.加入催化剂,可提高HBr的产率C.反应物总能量低于生成物总能量D.反应物总键能低于生成物总键能答案 C5.(2017河南中原名校联盟三联,13)已知:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) H=+130 kJmol -1;2C(s)+O2(g) 2CO(g) H=-220 kJmol -1。断开1 mol
19、HH键、O O键分别需要吸收436 kJ、496 kJ的热量,则断开1 mol OH键需要吸收的热量为( )A.332 kJ B.118 kJ C.462 kJ D.360 kJ答案 C6.(2017河北保定一模,10)已知通过乙醇制取氢气通常有如下两条途径:a.CH3CH2OH(g)+H2O(g) 4H2 (g)+2CO(g) H 1=+256.6 kJmol-1b.2CH3CH2OH(g)+O2(g) 6H2(g)+4CO(g) H 2=+27.6 kJmol-1则下列说法正确的是( )A.升高a的反应温度,乙醇的转化率增大B.由b可知:乙醇的燃烧热为13.8 kJmol -1C.对反应b
20、来说,增大O 2浓度可使H 2的值增大D.以上两种途径,制取等量的氢气,无论哪种途径,消耗的能量均相同答案 A137.(2016江西红色七校一联,4)在催化剂、400 时可实现氯的循环利用。下图是其能量关系图,下列分析正确的是( )A.曲线a是使用了催化剂的能量变化曲线B.反应物的总键能高于生成物的总键能C.反应的热化学方程式为:4HCl(g)+O 2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) H=-115.6 kJD.若反应生成2 mol液态水,放出的热量高于115.6 kJ答案 D8.(2016河南豫南九校联考,12)根据碘与氢气反应的热化学方程式()I 2(g)+H2(g) 2HI(g)+9
21、.48 kJ()I 2(s)+H2(g) 2HI(g)-26.48 kJ下列判断正确的是( )A.254 g I2(g)中通入2 g H 2(g),反应放热9.48 kJB.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJC.反应()的产物比反应()的产物稳定D.反应()的反应物总能量比反应()的反应物总能量低答案 D考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用9.(人教选4,一-3-6,变式)已知在25 时:(1)C(石墨)+ O2(g) CO(g) H 1=-111 kJmol-112(2)H2(g)+ O2(g) H2O(g) H 2=-242 kJmol-112(3)C(石墨
22、)+O 2(g) CO2(g) H 3=-394 kJmol-1下列说法不正确的是( )A.石墨的燃烧热H为-394 kJmol -1B.C(石墨)+CO 2(g) 2CO(g)的H=+172 kJmol -1C.H2(g)+ O2(g) H2O(l)的H大于H 212D.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的H=-41 kJmol -1答案 C10.(2018黑龙江哈师大附中期中,15)已知:NH 3H2O(aq)与H 2SO4(aq)反应生成1 mol正盐的H=-24.2 kJmol-1;强酸、强碱稀溶液反应的中和热H=-57.3 kJmol -1,则NH 3H2O在水溶液中
23、电离的H等于( )A.+45.2 kJmol-1 B.-45.2 kJmol-1C.+69.4 kJmol-1 D.-69.4 kJmol-1答案 A11.(2017河南开封定位考试,7)通过以下反应均可获取H 2。太阳光催化分解水制氢:2H 2O(l) 2H2(g)+O2(g) H 1=+571.6 kJ/mol焦炭与水反应制氢:C(s)+H 2O(g) CO(g)+H2(g) H 2=+131.3 kJ/mol甲烷与水反应制氢:CH 4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) H 3=+206.1 kJ/mol下列有关说法正确的是( )A.反应中电能转化为化学能B.反应为放热反应14
24、C.反应使用催化剂,H 3会减小D.反应CH 4(g) C(s)+2H2(g)的H=+74.8 kJ/mol答案 D12.(2018河南、河北重点高中一联,19)乙炔广泛用于焊接、焊割及有机合成等方面。(1)已知下列热化学方程式:4CH4(g)+3O2(g) 2C2H2(g)+6H2O(g) H 1=a kJmol-1;2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) H 2=b kJmol-1;2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g) H 3。H 3= kJmol -1(用含a、b的代数式表示)。 已知下列共价键的键能数据:共价键 CH HH键能/kJmol -1 413.4 436 812H
25、3= kJmol -1(填数值)。 (2)氯仿(CHCl 3)与金属银共热可以制取乙炔,该反应的化学方程式为 。 (3)向压强为1.010 4 kPa的恒压密闭容器中充入1 mol乙炔和1 mol HCl气体,在催化剂作用下乙炔与HCl发生反应: CH2 CHCl(g),乙炔的平衡转化率与温度的关系如图所示。该反应的H 0(填“”或“”“ 2.410 -313.(2016湖北武汉调研,28节选)二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题。(1)在太阳能的作用下,以CO 2为原料制取炭黑的流程如图所示。其总反应的化学方程式为 。 (2)CO2经过催化氢化合成低碳烯烃。其合成乙烯的反应为2CO 2
26、(g)+6H2(g) CH2 CH2(g)+4H2O(g) H。几种物质的能量(在标准状况下,规定单质的能量为0,测得其他物质在生成时所放出或吸收的热量)如下表所示:物质 H2(g) CO2(g) CH2 CH2(g) H2O(g)能量/kJmol -1 0 -394 52 -242则H= 。 15答案 (1)CO 2 C+O2(2)-128 kJmol-1能力提升(满分65分 时间:30分钟)一、选择题(每小题6分,共36分)1.(人教选4,一-3-4,变式)下列有关反应热的说法正确的是( )A.在化学反应过程中,吸热反应需不断从外界获得能量,放热反应不需从外界获得能量B.甲烷的燃烧热H=-
27、890 kJmol -1,则甲烷燃烧的热化学方程式为:CH 4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) H=-890 kJmol -1C.1 mol甲烷气体和2 mol氧气的总能量小于1 mol二氧化碳气体和2 mol液态水的总能量D.已知:S(s)+O 2(g) SO2(g) H 1=-Q1 kJmol-1,S(g)+O2(g) SO2(g) H 2=-Q2 kJmol-1,则Q 1 D(在2030 min内曲线突然变陡)(4)BD(5)128.(2016江西九江七校一联,20)(13分)镁在海水中含量较多,单质镁、镁合金以及镁的化合物在科学研究和工业生产中用途非常广泛。(1)Mg
28、2Ni是一种储氢合金,已知:Mg(s)+H2(g) MgH2(s) H 1=-74.5 kJmol-1Mg2Ni(s)+2H2(g) Mg2NiH4(s) H 2=-64.4 kJmol-1Mg2Ni(s)+2MgH2(s) 2Mg(s)+Mg2NiH4(s) H 3则H 3= kJmol -1。 (2)工业上可用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键的工艺之一,一种正在试验的氯化镁晶体脱水的方法是:先将MgCl 26H2O转化为MgCl 2NH4ClnNH3,然后在700 脱氨得到无水氯化镁,脱氨反应的化学方程式为 ;用惰性电极电解熔融氯化镁,阴极的电极反应式为 。 (3)储氢
29、材料Mg(AlH 4)2在110200 的反应为:Mg(AlH 4)2 MgH2+2Al+3H2,每生成27 g Al转移电子的物质的量为 。 答案 (1)+84.6 (2)MgCl2NH4ClnNH3 MgCl2+(n+1)NH3+HCl Mg 2+2e- Mg (3)3 mol方法技巧方法1 反应热大小的比较方法1.(2018湖南益阳、湘潭调研,12)处理含CO、SO 2烟道气污染的一种方法,是将其在催化剂作用下转化为单质S。已知:2CO(g)+O 2(g) 2CO2(g) H 1=-566.0 kJmol-1S(g)+O2(g) SO2(g) H 2=-296.0 kJmol-119S(
30、s)+O2(g) SO2(g) H 3下列说法不正确的是( )A.H 3H 2H 3 B.H 1H 2=H 3C.H 1H 2答案 B方法2 盖斯定律的应用5.(2018河北衡水中学四模,9)我国利用合成气直接制烯烃获重大突破,其原理是:反应:C(s)+ O2(g) CO(g) H 112反应:C(s)+H 2O(g) CO(g)+H2(g) H 2反应:CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g) H 3=-90.1 kJmol-1反应:2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2(g) H 4,能量变化如下图所示反应:3CH 3OH(g) CH3CH CH2(g)+3H2O(g) H
31、5=-31.0 kJmol-1下列说法正确的是( )A.反应使用催化剂,H 3减小B.反应中正反应的活化能大于逆反应的活化能20C.H 1-H 20)212CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) H=-b kJmol -1(b0)若用标准状况下3.36 L CO(g)还原NO 2(g)至N 2(g)(CO完全反应)的整个过程中转移的电子数为 ,放出的热量为 kJ(用含a和b的代数式表示)。 (3)用CH 4催化还原NO x也可以消除氮氧化物的污染。例如:CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) H 1=-574 kJmol-1CH4(g)+4NO(
32、g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H 2若1 mol CH 4(g)还原NO 2(g)至N 2(g),整个过程中放出的热量为867 kJ,则H 2= 。 答案 (1)2CO(g)+SO 2(g) S(s)+2CO2(g) H=-270 kJmol -1(2)0.3NA 3(2a+b)/80(3)-1 160 kJmol-110.2017山东青岛质检一,27(1)氢气是一种高能燃料,也广泛应用在工业合成中。(1)标准摩尔生成焓是指在25 和101 kPa时,最稳定的单质生成1 mol化合物的焓变。已知25 和101 kPa时下列反应:2C 2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)
33、+6H2O(l) H=-3 116 kJmol -1C(石墨,s)+O 2(g) CO2(g) H=-393.5 kJmol -12H 2(g)+O2(g) 2H2O(l) H=-571.6 kJmol -1写出乙烷标准摩尔生成焓的热化学方程式: 。 答案 (1)2C(石墨,s)+3H 2(g) C2H6(g) H=-86.4 kJmol -111.(2017江西调研四,28)防治雾霾天气的主要措施有机动车临时交通管制、工矿企业停业限产、扬尘污染控制等。(1)PM2.5是环保部门监测空气质量的重要指标。将某PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样,测得试样中无机离子(OH -忽略不计)的种类和平
34、均浓度如下表:离子种类 Na+ N+4 S2-4 N-3浓度(mol/L) 2.010-6 2.810-5 3.510-5 6.010-5则试样的pH为 。 (2)雾霾的主要成分之一是来自汽车尾气的氮氧化物,研究表明CH 4可以消除汽车尾气中氮氧化物的污染。CH 4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-889.6 kJ/molN 2(g)+2O2(g) 2NO2(g) H=+67.2 kJ/mol2NO 2(g) N2O4(g) H=-56.9 kJ/mol 写出甲烷气体催化还原N 2O4气体生成稳定的单质气体、二氧化碳气体和液态水的热化学方程式: 。 (3)一定条件下,以CO 和H 2合成清洁能源CH 3OH,其热化学方程式为CO(g)+2H 2(g) CH3OH (g) H,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:该可逆反应的H 0(填“”“”“”“KC AC 1
