1、1第 5讲 化学反应与能量变化一、选择题(本题包括 6个小题,每小题 8分,共 48分)1.(2018贵州七校联考)根据如图所给信息,得出的结论正确的是( )A.48 g碳完全燃烧放出的热量为 1 574 kJmol-1B.2C(s)+O2(g) 2CO(g) H=-221.0 kJmol-1C.2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) H=+283.0 kJmol-1D.C(s)+O2(g) CO2(s) H=-393.5 kJmol-1答案 B解析 48 g碳完全燃烧生成二氧化碳气体,放出热量为 1 574 kJ,A项错误;根据题给图像可知,C(s)+ O2(g) CO(g) H=-110
2、.5 kJmol-1,故 2C(s)+O2(g) 2CO(g) H=-221.0 kJmol-1,B12项正确;根据图像可知,CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=-283.0 kJmol-1,故 2CO2(g) 2CO(g)12+O2(g) H=+566.0 kJmol-1,C项错误;根据题给图像可知,C(s)+O 2(g) CO2(g) H=-393.5 kJmol-1,D项中的 CO2应该是气体,不是固态,D 项错误。2.(2018北京门头沟区检测)化学反应常常伴随能量的变化,以下是 H2与 Cl2反应的能量变化示意图:根据 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)反应的能量变化示
3、意图,则下列说法正确的是( )A.氯化氢分子的电子式:H + -B.该反应是工业制取盐酸的化学反应原理C.形成 1 mol HCl键要吸收 431 kJ的能量D.该反应中反应物总能量小于生成物总能量答案 B解析 HCl为共价化合物,A 项错误;形成 1 mol HCl键要释放 431 kJ的能量,C 项错误;1 mol H 2(g)和1 mol Cl2(g)断键吸收的总能量小于 2 mol HCl(g)形成时释放的总能量,故反应放热,D 项错误。3.(2017江苏,8)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( )2C(s)+H 2O(g) CO(g)+H2(g
4、) H1=a kJmol-1CO(g)+H 2O(g) CO2(g)+H2(g) H2=b kJmol-1CO 2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H3=c kJmol-12CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=d kJmol-1A.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= kJmol-112 12 2D.反应 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)的 H=(2b+2c+d) kJmol-1答案 C解析 A项,反应生成 CO(g)和 H
5、2(g),生成的 CO(g)继续发生反应生成 CO2(g)和 H2(g),反应的原料为 CO2(g)和 H2(g),正确;B 项,反应可将温室气体 CO2转化为燃料 CH3OH,正确;C 项,反应中生成的 H2O为气体,选项所给反应中生成的 H2O为液体,故选项中反应的 H kJmol-1,错误;D2项,依据盖斯定律:反应2+反应2+反应,可得热化学方程式 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H=(2b+2c+d) kJmol-1,正确。4.下列关于如图所示转化关系(X 代表卤素)的说法错误的是 ( )A. H3”“”或“=”)238.6。 (3)使 Cl2和 H2
6、O(g)通过灼热的炭层,生成 HCl和 CO2,当有 1 mol Cl2参与反应时释放出 145 kJ热量,写出该反应的热化学方程式: 。 (4)将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料,4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s) 2Al2O3(s)+3TiC(s) H=-1 176 kJmol-1,则反应过程中,每转移 1 mol电子放出的热量为 。 答案(1)M(2)(3)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s) 4HCl(g)+CO2(g)4 H=-290 kJmol-1(4)98 kJ解析(1)M 转化为 N是吸热反应,所以 N的能量高,不稳定。(2)甲
7、醇燃烧生成 CO2(g)和 H2(g)属于不完全燃烧,放出的热量比完全燃烧时少,故 a238.6。(3)反应的化学方程式为 2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g),当有 2 mol Cl2参与反应时释放出 290 kJ热量,所以该反应的热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s) 4HCl(g)+CO2(g) H=-290 kJmol-1。(4)所给反应中转移 12 mol电子,故每转移 1 mol电子放出的热量为 1 176 kJ12=98 kJ。8.(14分)为了合理利用化学能,确保安全生产,化工设计需要充分考虑化学反应的焓变,并采取相应措施。化学反
8、应的焓变通常用实验进行测定,也可进行理论推算。(1)实验测得 5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出 113.5 kJ的热量,试写出甲醇燃烧的热化学方程式: 。 (2)由气态基态原子形成 1 mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析,化学反应的过程就是反应物的化学键被破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过程中,拆开化学键需要消耗能量,形成化学键又会释放能量。化学键 HH NH NN键能/(kJmol -1) 436 391 945已知反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=a kJmol-1试根据表中所列键能数据估算 a的值为 。 (3)依据盖
9、斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。已知:C(s,石墨)+O 2(g) CO2(g) H1=-393.5 kJmol-12H2(g)+O2(g) 2H2O(l) H2=-571.6 kJmol-12C2H2(g)+5O2(g) 4CO2(g)+2H2O(l) H3=-2 599 kJmol-1根据盖斯定律,计算 298 K时由 C(s,石墨)和 H2(g)生成 1 mol C2H2(g)反应的焓变 。 答案(1)2CH 3OH(l)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(l) H=-1 452.8 kJmol-1(2)-93(3)+226.7 kJmol-1解析(1
10、)设 2 mol CH3OH(l)完全燃烧生成 CO2气体和液态水放出热量为 Q。则有,解得 Q=1 452.8 kJ,所以甲醇燃烧的热化学方程式为 2CH3OH(l)+3O2(g)5 32 -1113.5 =22CO2(g)+4H2O(l) H=-1 452.8 kJmol-1。5(2)反应热 H=a=反应物键能总和-生成物键能总和=3436 kJmol -1+945 kJmol-1-6391 kJmol-1=-93 kJmol-1。(3) H= =41+2-32=+226.7 4(-393.5 -1)+(-571.6 -1)-(-2 599 -1)2kJmol-1。9.(13分)图中: E
11、1=134 kJmol-1,E2=368 kJmol-1,根据要求回答问题:(1)如图是 1 mol NO2(g)和 1 mol CO(g)反应生成 CO2和 NO过程中的能量变化示意图,若在反应体系中加入催化剂,反应速率增大, E1的变化是 (填“增大”“减小”或“不变”,下同), H的变化是 。请写出 NO2和 CO反应的热化学方程式: 。 (2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下:CH 3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) H=+49.0 kJmol-1CH 3OH(g)+ O2(g) CO2(g)+2H2(g)12 H=-192.
12、9 kJmol-1又知H 2O(g) H2O(l) H=-44 kJmol-1,则甲醇蒸气燃烧为液态水的热化学方程式为 。 (3)已知在常温常压下:2CH 3OH(l)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g) H=-1 275.6 kJmol-12CO(g)+O 2(g) 2CO2(g) H=-566.0 kJmol-1H 2O(g) H2O(l) H=-44.0 kJmol-1请写出 1 mol甲醇不完全燃烧生成 1 mol一氧化碳和液态水的热化学方程式: 。 答案(1)减小 不变 NO 2(g)+CO(g) CO2(g)+NO(g) H=-234 kJmol-1(2)CH3OH(g)
13、+ O2(g) CO2(g)+2H2O(l)32 H=-764.7 kJmol-1(3)CH3OH(l)+O2(g) CO(g)+2H2O(l) H=-442.8 kJmol-1解析(1)观察图像, E1应为反应的活化能,加入催化剂降低反应的活化能,但是 H不变;1 mol NO 2(g)和1 mol CO(g)反应生成 CO2和 NO的反应热数值即反应物和生成物的能量差,因此该反应的热化学方程式为 NO2(g)+CO(g) CO2(g)+NO(g)6 H=-234 kJmol-1。(2)观察热化学方程式,利用盖斯定律,将所给热化学方程式作如下运算:3-2+2,即可求出甲醇蒸气燃烧的热化学方程
14、式。(3)根据盖斯定律,由(-+4)2 得 CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) H=-442.8 kJmol-1。10.(2018天津理综,10)(13 分)CO 2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。回答下列问题:(1)CO2可以被 NaOH溶液捕获。若所得溶液 pH=13,CO2主要转化为 (写离子符号);若所得溶液 c(HC ) c(C )=21,溶液 pH= 。(室温下,H 2CO3的 K1=410-7;K2=510-11) -3 2-3(2)CO2与 CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化
15、学键键能数据如下:化学键 CH C O HH C O(CO)键能/(kJmol -1) 413 745 436 1 075则该反应的 H= 。分别在 V L恒温密闭容器 A(恒容)、B(恒压,容积可变)中,加入CH4和 CO2各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 (填“A”或“B”)。 按一定体积比加入 CH4和 CO2,在恒压下发生反应,温度对 CO和 H2产率的影响如图 1所示。此反应优选温度为 900 的原因是 。 图 1图 2(3)O2辅助的 AlCO2电池工作原理如图 2所示。该电池电容量大,能有效利用 CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重
16、要的化工原料。电池的负极反应式: 。 7电池的正极反应式:6O 2+6e- 6-26CO2+6 3C2 +6O2-2 2-4反应过程中 O2的作用是 。 该电池的总反应式: 。 答案(1)C 102-3(2)+120 kJmol -1 B900 时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低(3)Al-3e- Al3+(或 2Al-6e- 2Al3+) 催化剂 2Al+6CO 2 Al2(C2O4)3解析(1)CO 2可以被 NaOH溶液捕获。若所得溶液 pH=13,碱性较强,可知 CO2主要转化为 C ;若所2-3得溶液 c(HC ) c(C )=21,此时 K2=
17、 ,则 c(H+)=10-10 -3 2-3(2-3)(+)(-3) =(+)2molL-1,则溶液的 pH=10。(2) H=4413 kJmol-1+2745 kJmol-1-21 075 kJmol-1-2436 kJmol-1=+120 kJmol-1;恒压时体积膨胀相当于减压,平衡右移吸热更多,故选择 B。根据图 1可知,900 时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低。(3)根据信息和图 2可知电池的负极反应式:Al-3e - Al3+(或 2Al-6e- 2Al3+)。根据题意:“O2辅助”先发生了反应,然后又生成了 O2,可见反应过程中 O2的作用是催化剂。根据正、负极的电极反应式可知该电池的总反应为 2Al+6CO2 Al2(C2O4)3。
