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第6講　化學反應與能量 [限時50分鐘，滿分70分] 一、選擇題(包括7個小題，每小題5分，共35分) 1．(2016牡丹江模擬)美國研究人員將CO和O附著在一種釕催化劑表面，用激光脈沖將其加熱到2 000 K，成功觀察到CO與O形成化學鍵生成CO2的全過程。下列說法不正確的是 A．CO2屬于酸性氧化物 B．CO與O形成化學鍵的過程中放出能量 C．釕催化劑可以改變該反應的焓變 D．CO與O形成化學鍵的過程中有電子轉(zhuǎn)移 解析　A、二氧化碳和堿反應生成鹽和水，說明二氧化碳是酸性氧化物，正確，不選A；B、形成化學鍵時放出熱量，正確，不選B；C、催化劑只改變反應速率，不改變反應的焓變，錯誤，選C；D、一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳時碳的化合價升高，所以一氧化碳和氧形成化學鍵過程中有電子轉(zhuǎn)移，正確，不選D。 答案　C 2．(2016三亞模擬)已知丙烷的燃燒熱ΔH=－2 215 kJmol－1，若一定量的丙烷完全燃燒后生成1.8 g水，則放出的熱量約為 A. 55 kJ　　　　　　　　 B．220 kJ C．550 kJ D．1 108 kJ 解析　丙烷分子式是C3H8,1 mol丙烷燃燒會產(chǎn)生4 mol水，則丙烷完全燃燒產(chǎn)生1.8 g水，消耗丙烷的物質(zhì)的量是n(C3H8)=mM=1.8 g18 gmol－1=0.1 mol，所以反應放出的熱量是Q=(2 215 kJmol－14 mol)0.1=55.375 kJ，因此大于數(shù)值與選項A接近。 答案　A 3．(2015上海高考)已知H2O2在催化劑作用下分解速率加快，其能量隨反應進程的變化如下圖所示。下列說法正確的是 A．加入催化劑，減小了反應的熱效應 B．加入催化劑，可提高H2O2的平衡轉(zhuǎn)化率 C．H2O2分解的熱化學方程式：H2O2===H2O＋O2　ΔH<0 D．反應物的總能量高于生成物的總能量 解析　加入催化劑，減小了反應的活化能，使反應在較低的溫度下發(fā)生，但是反應的熱效應不變，A項錯誤；加入催化劑，可提高H2O2的分解的反應速率，但不能改變平衡狀態(tài)，對轉(zhuǎn)化率無影響，B項錯誤；熱化學方程式要符合質(zhì)量守恒定律，且要注明聚集狀態(tài)，C項錯誤；根據(jù)圖示可知反應物的總能量高于生成物總能量，該反應是放熱反應，D項正確。 答案　D 4．(2015海淀模擬)H2和I2在一定條件下能發(fā)生反應： H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH=－a kJmol－1 已知： （a、b、c均大于零） 下列說法不正確的是 A．反應物的總能量高于生成物的總能量 B．斷開1 mol H－H鍵和1 mol I－I鍵所需能量大于斷開2 mol H－I鍵所需能量 C．斷開2 mol H－I鍵所需能量約為(c＋b＋a) kJ D．向密閉容器中加入2 mol H2和2 mol I2，充分反應后放出的熱量小于2a kJ 解析　該反應的ΔH＜0，為放熱反應，故反應物的總能量高于生成物的總能量，A項正確；該反應為放熱反應，則斷開1 mol H－H鍵和1 mol I－I鍵所需的能量小于斷開2 mol H－I鍵所需的能量，B項錯誤；ΔH=E(H－H)＋E(I－I)－2E(H－I)=－a kJmol－1，故斷開2 mol H－I鍵所需的能量約為(c＋b＋a) kJ，C項正確；H2和I2的反應為可逆反應，2 mol H2和2 mol I2不可能完全反應生成4 mol HI，因此放出的熱量小于2a kJ，D項正確。 答案　B 5．已知斷開或形成1 mol化學鍵吸收或放出的能量稱為化學鍵的鍵能，如H－H鍵的鍵能為436 kJmol－1，N≡N鍵的鍵能為945 kJmol－1，N－H鍵的鍵能為391 kJmol－1。則下列有關工業(yè)合成氨反應的熱化學方程式正確的是 A.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH=－93 kJmol－1 B．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=＋1 471 kJmol－1 C．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=＋93 kJmol－1 D．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=－1 471 kJmol－1 解析　根據(jù)反應熱和鍵能的關系可得，ΔH=945 kJmol－1＋3436 kJmol－1－6391 kJmol－1=－93 kJmol－1。 答案　A 6．(2016閘北模擬)下列關于如圖所示轉(zhuǎn)化關系(X代表鹵素)的說法錯誤的是 A．Q3＞0 B．Q1=Q2＋Q3 C.按Cl、Br、I的順序，Q2依次增大 D．Q1越大，HX越穩(wěn)定 解析　A．原子形成化學鍵過程中放熱，則反應2H(g)＋2X(g)===2HX(g)的Q3＞0，故A正確；B．根據(jù)蓋斯定律可知，途徑Ⅰ生成HX的反應熱與途徑無關，所以Q1=Q2＋Q3 ，故B正確；C．Cl、Br、I的原子半徑依次增大，Cl2、Br2、I2斷裂化學鍵需要能量減小，所以途徑Ⅱ按Cl、Br、I的順序，吸收的熱量Q2依次減小，故C錯誤；D．Q1為氫氣和鹵素單質(zhì)形成HX的過程，該反應中Q1越大，說明放出的熱量越多，則生成的HX具有能量越低，HX越穩(wěn)定，故D正確。 答案　C 7．(2016江蘇高考)通過以下反應均可獲取H2。下列有關說法正確的是 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是太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，A不正確；反應②中ΔH2＞0，是吸熱反應，B不正確；反應③使用催化劑不能改變反應的焓變，ΔH不變，C不正確；D項中，由蓋斯定律，反應③－②可得CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH=74.8 kJmol－1，正確。 答案　D 二、非選擇題(包括4個小題，共35分) 8．(8分)已知E1=134 kJmol－1、E2=368 kJmol－1，請參考題中圖表，按要求填空： 　 (1)圖Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成CO2(g)和NO(g)過程中的能量變化示意圖，若在反應體系中加入催化劑，反應速率加快，E1的變化是________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，ΔH的變化是________。NO2和CO反應的熱化學方程式為__________________________________________________。 (2)捕碳技術(主要指捕獲CO2)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應。 反應Ⅰ：2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq)　ΔH1 反應Ⅱ：NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq)　ΔH2 反應Ⅲ：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH3 則ΔH3與ΔH1、ΔH2之間的關系是： ΔH3=________。 (3)下表所示是部分化學鍵的鍵能參數(shù)： 化學鍵 P—P P—O O==O P==O 鍵能/kJmol－1 a b c x 已知白磷的燃燒熱為d kJmol－1，白磷及其完全燃燒生成的產(chǎn)物的結(jié)構如圖Ⅱ所示，表中x=________kJ mol－1(用含a、b、c、d的代數(shù)式表示)。 解析　(1)加入催化劑能降低反應所需的活化能，則E1和E2都減小，但E2－E1不變，即反應熱不改變，由圖知，1 mol NO2和1 mol CO反應生成CO2和NO放出熱量368－134=234 kJ，該反應的熱化學方程式為NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)　ΔH=－234 kJmol－1；(2)觀察方程式，利用蓋斯定律，②2－①得方程式③，故ΔH3=2ΔH2－ΔH1；(3)白磷燃燒的化學方程式為P4＋5O2===P4O10,1 mol白磷完全燃燒需拆開6 mol P—P、5 mol O==O，形成12 mol P—O、4 mol P==O，故12 molb kJmol－1＋4 molx kJmol－1－(6 mola kJmol－1＋5 molc kJmol－1)=d kJmol－1，解得x=(6a＋5c＋d－12b)kJmol－1。 答案　(1)減小　不變 NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH=－234 kJmol－1 (2)2ΔH2－ΔH1　(3)(d＋6a＋5c－12b) 9．(9分)碳是形成化合物種類最多的元素，其單質(zhì)及化合物是人類生產(chǎn)生活的主要能源物質(zhì)。請回答下列問題： (1)有機物M經(jīng)過太陽光光照可轉(zhuǎn)化成N，轉(zhuǎn)化過程如下：　ΔH=＋88.6 kJmol－1 則M、N相比，較穩(wěn)定的是________。 (2)已知CH3OH(l)的燃燒熱ΔH=－238.6 kJmol－1，CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH=－a kJmol－1，則a________238.6(填“>”、“<”或“=”)。 (3)使Cl2和H2O(g)通過灼熱的炭層，生成HCl和CO2，當有1 mol Cl2參與反應時釋放出145 kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式：____________________________________________________________________。 (4)火箭和導彈表面的薄層是耐高溫物質(zhì)。將石墨、鋁粉和二氧化鈦按一定比例混合在高溫下煅燒，所得物質(zhì)可作耐高溫材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH=－1 176 kJmol－1，則反應過程中，每轉(zhuǎn)移1 mol電子放出的熱量為________。 解析　(1)M轉(zhuǎn)化為N是吸熱反應，所以N的能量高，不穩(wěn)定。(2)甲醇燃燒生成CO2(g)和H2(g)屬于不完全燃燒，放出的熱量少，故a<238.6。(3)反應的化學方程式為2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)，當有2 mol Cl2參與反應時釋放出290 kJ熱量，所以該反應的熱化學方程式為2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH=－290 kJmol－1。(4)所給反應中轉(zhuǎn)移12個電子，故每轉(zhuǎn)移1 mol電子放出的熱量為1 176 kJ12=98 kJ。 答案　(1)M　(2)< (3)2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH=－290 kJmol－1 (4)98 kJ 10．(9分)(1)新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095－2012)將于2016年1月1日在我國全面實施。據(jù)此，環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)日報和實時報告包括了NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等指標，為公眾提供健康指引，引導當?shù)鼐用窈侠戆才懦鲂泻蜕睢? ①汽車排出的尾氣中含有CO和NO等氣體，用化學方程式解釋產(chǎn)生NO的原因________________________________________________________________。 ②汽車排氣管內(nèi)安裝的催化轉(zhuǎn)化器，可使汽車尾氣中的主要污染物轉(zhuǎn)化為無毒的大氣循環(huán)物質(zhì)。已知： N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH=＋180.5 kJmol－1 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH=－221.0 kJmol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH=－393.5 kJmol－1 則反應2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH=________ kJmol－1。 (2)直接排放氮氧化物會形成酸雨、霧霾，催化還原法和氧化吸收法是常用的處理方法。利用NH3和CH4等氣體除去煙氣中的氮氧化物。已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1=a kJmol－1；欲計算反應CH4(g)＋4NO(g)=== CO2(g)＋2H2O(l)＋2N2(g)的焓變ΔH2，則還需要查詢某反應的焓變ΔH3，當反應中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比為最簡整數(shù)比時，ΔH3=b kJmol－1，該反應的熱化學方程式是________________________________，據(jù)此計算出ΔH2=________ kJmol－1(用含a、b的式子表示)。 (3)合成氨用的氫氣可以由甲烷為原料制得。有關化學反應的能量變化如圖所示，則CH4(g)與H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式為____________________________________________________________________。 解析　(1)②按題干順序給3個熱化學方程式編號，由蓋斯定律③2－①－②得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)的ΔH=[－393.52－180.5－(－221.0)]kJmol－1=－746.5 kJmol－1。 (2)根據(jù)蓋斯定律將已知的兩個熱化學方程式相減可得熱化學方程式為2N2(g)＋2O2(g)===4NO(g)　ΔH=a kJmol－1－ΔH2=2b kJmol－1，則ΔH2=(a－2b) kJmol－1，同時將上面的方程式及ΔH都除以2可得熱化學方程式。 (3)按題干順序給圖像中的3個熱化學方程式編號，根據(jù)蓋斯定律，③－②3－①得CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH=[－846.3－(－241.8)3－(－282.0)] kJmol－1=＋161.1 kJmol－1。 答案　(1)①N2＋O22NO　②－746.5 (2)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH3=b kJmol－1 a－2b (3)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH=＋161.1 kJmol－1 11．(9分)已知單質(zhì)硫在通常條件下以S8(斜方硫)的形式存在，而在蒸氣狀態(tài)時，含有S2、S4、S6及S8等多種同素異形體，其中S4、S6和S8具有相似的結(jié)構特點，其結(jié)構如下圖所示： 在一定條件下，S8(s)和O2(g)發(fā)生反應依次轉(zhuǎn)化為SO2(g)和SO3(g)。反應過程和能量關系可用下圖簡單表示(圖中的ΔH表示生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))。 (1)寫出表示S8燃燒熱的熱化學方程式___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)寫出SO3分解生成SO2和O2的熱化學方程式___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)化學上規(guī)定，拆開或形成1 mol化學鍵吸收或放出的能量稱為該化學鍵的鍵能，單位kJmol－1。若已知硫氧鍵的鍵能為d kJmol－1，氧氧鍵的鍵能為e kJmol－1，則S8分子中硫硫鍵的鍵能為________________________________________。 解析　(1)燃燒熱指的是1 mol燃料完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，因此根據(jù)定義先寫出化學方程式S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)，又由于題干中給出的焓變是指生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù)，因此該反應的熱化學方程式為S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)　ΔH=－8a kJmol－1。 (2)可根據(jù)題中圖示直接寫出熱化學方程式。 (3)設S8分子中硫硫鍵的鍵能為x kJmol－1，由于反應熱等于反應物的鍵能之和減去生成物的鍵能之和，結(jié)合①可得8x＋8e－16d=－8a，解得x=2d－a－e。 答案　(1)S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)　ΔH=－8a kJmol－1 (2)2SO3(g)===2SO2(g)＋O2(g)　ΔH=＋2b kJmol－1 (3)(2d－a－e) kJmol－1