高考化学真题和模拟题分类汇编专题07 化学反应中的能量变化.docx
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高考化学真题和模拟题分类汇编专题07化学反应中的能量变化
专题07化学反应中的能量变化
2019年高考真题
1.[2019江苏]氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。
下列有关说法正确的是
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)
2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−
4OH−
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2LH2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g)
2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:
ΔH=反应中形成新共价键的键能之和−反应中断裂旧共价键的键能之和
【答案】A
A.体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向,该反应属于混乱度减小的反应,能自发说明该反应为放热反应,即∆H<0,故A正确;
B.氢氧燃料电池,氢气作负极,失电子发生氧化反应,中性条件的电极反应式为:
2H2−4e−=4H+,故B错误;
C.常温常压下,Vm≠22.L/mol,无法根据气体体积进行微粒数目的计算,故C错误;
D.反应中,应该如下估算:
∆H=反应中断裂旧化学键的键能之和−反应中形成新共价键的键能之和,故D错误;
故选A。
2.[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯(
)是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
回答下列问题:
(1)已知:
(g)
(g)+H2(g)ΔH1=100.3kJ·mol−1①
H2(g)+I2(g)
2HI(g)ΔH2=−11.0kJ·mol−1②
对于反应:
(g)+I2(g)
(g)+2HI(g)③ΔH3=___________kJ·mol−1。
【答案】
(1)89.3
(1)根据盖斯定律①−②,可得反应③的ΔH=89.3kJ/mol;
答案:
89.3;
3.[2019新课标Ⅲ节选]近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。
因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。
回答下列问题:
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)=CuCl(s)+
Cl2(g)ΔH1=83kJ·mol−1
CuCl(s)+
O2(g)=CuO(s)+
Cl2(g)ΔH2=−20kJ·mol−1
CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g)ΔH3=−121kJ·mol−1
则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________kJ·mol−1。
【答案】
(2)
(2)根据盖斯定律知,(反应I+反应II+反应III)×2得
∆H=(∆H1+∆H2+∆H3)×2=−116kJ·mol−1。
4.[2019北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是______________。
②已知反应器中还存在如下反应:
i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)ΔH1
ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH2
iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g)ΔH3
……
iii为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用__________反应的ΔH。
【答案】
(1)①CH4+2H2O=4H2+CO2②C(s)+CO2(g)=2CO(g)
(1)①由于生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4:
1,反应物是甲烷和水蒸气,因而反应方程式为CH4+2H2O=4H2+CO2;
②ⅰ−ⅱ可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),设为ⅳ,用ⅳ−ⅲ可得C(s)+CO2(g)=2CO(g),因为还需利用C(s)+CO2(g)=2CO(g)反应的焓变。
5.[2019天津节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。
以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与
在300℃时反应生成
气体和
,放出
热量,该反应的热化学方程式为________________________。
的电子式为__________________。
Ⅱ.将
氢化为
有三种方法,对应的反应依次为:
①
②
③
(4)反应③的
______(用
,
表示)。
温度升高,反应③的平衡常数
______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】Ⅰ.
Ⅱ.(4)
减小
【分析】
I.书写热化学方程式时一定要标注出各物质的状态,要将热化学方程式中焓变的数值与化学计量数对应。
本题的反应温度需要标注为条件;
II.(4)此问是盖斯定律的简单应用,对热化学方程式直接进行加减即可。
【详解】I.参加反应的物质是固态的Si、气态的HCl,生成的是气态的SiHCl3和氢气,反应条件是300℃,配平后发现SiHCl3的化学计量数恰好是1,由此可顺利写出该条件下的热化学方程式:
Si(s)+3HCl(g)
SiHCl3(g)+H2(g)∆H=−225kJ·mol−1;SiHCl3中硅与1个H、3个Cl分别形成共价单键,由此可写出其电子式为:
,注意别漏标3个氯原子的孤电子对;
II.(4)将反应①反向,并与反应②直接相加可得反应③,所以∆H3=∆H2−∆H1,因∆H2<0、∆H1>0,所以∆H3必小于0,即反应③正反应为放热反应,而放热反应的化学平衡常数随着温度的升高而减小。
2019届高考模拟试题
6.[2019·北京市市昌平区高三二模]工业制氢气的一个重要反应是:
CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)。
已知在25℃时:
①C(s)+O2(g)
CO(g)ΔH1=−111kJ·mol−1
②H2(g)+O2(g)==H2O(g)ΔH2=−242kJ·mol−1
③C(s)+O2(g)==CO2(g)ΔH3=−394kJ·mol−1
下列说法不正确的是
A.25℃时,CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH=−41kJ·mol−1
B.增大压强,反应①的平衡向逆反应方向移动,平衡常数K减小
C.反应①达到平衡时,每生成1molCO的同时生成0.5molO2
D.反应②断开2molH2和1molO2中的化学键所吸收的能量比形成4molO−H键所放出的能量少484kJ
【答案】B
A.根据盖斯定律③-②-①得CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH=−41kJ·mol−1,故A正确;
B.平衡常数只与温度有关,增大压强K不变,故B错误;
C.反应①,每生成1molCO的同时生成0.5molO2,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,故C正确;
D.焓变=反应物的键能之和−生成物的键能之和,因此反应②断开2molH2和1molO2中的化学键所吸收的能量比形成4molO−H键所放出的能量少484kJ,故D正确;选B。
7.[2019·安徽省蚌埠市高三第一次质量监测]下列四幅图示所表示的信息与对应的叙述相符的是
A.图1表示H2与O2发生反应过程中的能量变化,则H2的燃烧热为241.8kJ·mol−1
B.图2表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化
C.图3表示一定条件下H2和Cl2生成HCl的反应热与途径无关,则△H1=△H2+△H3
D.图4表示压强对可逆反应2A(g)+2B(g)
3C(g)+D(s)的影响,乙的压强大
【答案】C
A.图1所示反应生成的水呈气态,燃烧热要求可燃物为1mol,生成的水为液态,所以A项错误;
B.图2所示反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,所给反应为放热反应,B项错误;
C.据盖斯定律,反应热与途径无关,只与反应的始态和终态有关,C项正确;
D.注意物质D为固体,所以该反应是正向气体分子数减小的反应,压强改变时平衡要发生移动,A的体积分数最终一定不相等,D项错误;
所以答案选择C项。
【点睛】
燃烧热的概念,强调可燃物是1mol,强调必须生成在25℃、101kPa下最稳定的物质,如水为液态、如C元素要生成CO2、S元素要生成SO2、N要生成N2等。
8.[2019·天津市部分区高三质量调查]汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)ΔH<0。
下列说法正确的是
A.升高温度可使该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小
B.增大压强,可以使NO和CO完全转为为无污染的N2和CO2,而消除污染
C.该反应反应物总能量小于生成物总能量
D.使用高效催化剂可降低反应的活化能,增大活化分子百分数,反应速率增大
【答案】D
【分析】
A.升高温度可使该反应的正、逆反应速率均增大;
B.增大压强,可以使NO和CO的可逆反应正向进行,无法完全生成N2和CO2;
C.反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量;
D.使用高效催化剂可降低反应的活化能,增大活化分子百分数,增大有效碰撞的几率;
【详解】
A.升高温度可使该反应的正、逆反应速率均增大,A错误;
B.增大压强,可以使NO和CO的可逆反应正向进行,无法完全生成N2和CO2,B错误;
C.该反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量,C错误;
D.使用高效催化剂可降低反应的活化能,增大活化分子百分数,增大有效碰撞的几率,使反应速率增大,D正确;
答案为D。
9.[2019·上海市崇明区高三下学期等级考试二模]根据热化学方程式N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+92kJ,下列有关图像和叙述中正确的是
A.
B.
C.向密闭容器中通入1mol氮气和3mol氢气发生反应放出92kJ的热量
D.形成1mol氮氮键和3mol氢氢键所放出的能量比拆开6mol氮氢键所吸收的能量多92kJ
【答案】B
A、依据化学反应方程式:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+92kJ,反应是放热反应,依据能量守恒,反应物总能量大于生成物总能量,故A错误;
B、已知:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+92kJ,反应是放热反应,依据能量守恒,反应物总能量大于生成物总能量,1molN2(g)和3molH2(g)的能量之和高于2molNH3 (g)的能量,故B正确;
C、反应是可逆反应不能进行彻底,向密闭容器中通入1mol氮气和3mol氢气发生反应,放出的热量小于92.4kJ,故C错误;
D、已知:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+92kJ,正反应是放热反应,则逆反应为吸热反应,即形成1mol氮氮键和3mol氢氢键所放出的能量比拆开6mol氮氢键所吸收的能量少92kJ,故D错误。
故选B。
【点睛】本题考查了热化学方程式的应用,反应能量变化的分析判断,理解焓变含义,可逆反应的分析是解题关键。
10.[2019·四川省攀枝花市高三下学期第三次统考]我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应:
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH<0,在低温下获得高转化率与高反应速率。
反应过程示意图如下:
下列说法正确的是
A.图示显示:
起始时的2个H2O最终都参与了反应
B.过程Ⅰ、过程Ⅱ均为放热过程
C.过程Ⅲ只生成了极性共价键
D.使用催化剂降低了水煤气变换反应的ΔH
【答案】A
A.根据反应过程示意图,过程Ⅰ中1个水分子中的化学键断裂,过程Ⅱ另一个水分子中的化学键断裂的过程,过程Ⅲ中形成了新的水分子,因此起始时的2个H2O最终都参与了反应,A项正确;
B.根据反应过程示意图,过程Ⅰ、Ⅱ中水分子中的化学键断裂的过程,为吸热过程,B项错误;
C.过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水和氢气,H2中的化学键为非极性键,C项错误;
D.催化剂不能改变反应的△H,D项错误;答案选A。
【点睛】
值得注意的是D选项,催化剂只能降低活化能,改变化学反应速率,不能改变反应的热效应。
11.[2019·浙江省杭州市第二中学高三第二学期选考]肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同,200℃时在Cu表面分解的机理如图。
已知200℃时:
反应Ⅰ:
3N2H4(g)=N2(g)+4NH3(g)ΔH1=−32.9kJ·mol−1;反应Ⅱ:
N2H4(g)+H2(g)2NH3(g)ΔH2=−41.8kJ·mol−1
下列说法不正确的是
A.图所示过程①是放热反应
B.反应Ⅱ的能量过程示意图如图所示
C.断开3molN2H4(g)的化学键吸收的能量大于形成1molN2(g)和4molNH3(g)的化学键释放的能量
D.200℃时,肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)ΔH=+50.7kJ·mol−1
【答案】C
A.过程①是N2H4分解生成N2和NH3,已知热化学方程式I中△H为负值,所以图示过程①为放热反应,故A正确;
B.反应Ⅱ是放热反应,能量过程示意图正确,故B正确;
C.放热反应中,反应物的化学键的键能之和小于生成物的化学键的键能之和,故C错误;
D.根据盖斯定律:
(I)−2×(II)得N2H4(g)=N2(g)+2H2(g)△H=−32.9kJ·mol−1−2×(−41.8kJ·mol−1)=+50.7kJ·mol−1,故D正确。
故选C。
12.[2019·北京市门头沟区高三3月一模]中国化学家研究的一种新型复合光催化剂[碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物]可以利用太阳光实现高效分解水,其原理如图所示。
下列说法正确的是
A.C3N4中C的化合价为−4
B.反应的两个阶段均为吸热过程
C.阶段Ⅱ中,H2O2既是氧化剂,又是还原剂
D.通过该反应,实现了化学能向太阳能的转化
【答案】C
A.依据化合物中化合价代数和为0,因C3N4中N的化合价为−3价,所以C的化合价为+4,A项错误;
B.阶段II过氧化氢分解生成氧气和水的过程为放热反应,B项错误;
C.阶段Ⅱ中,H2O2发生歧化反应,既是氧化剂,又是还原剂,C项正确;
D.利用太阳光实现高效分解水的反应,实现了太阳能向化学能的转化,D项错误;
答案选C。
13.[2019·山西省运城市高三高考适应性测试]“低碳经济”备受关注,CO2的排集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。
(1)将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)
①已知CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)△H1=-802kJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)ΔH2=-283kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)△H3=-41kJ·mol-1
则反应CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)的△H=___________。
(2)为了探究反应CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)的反应速率和平衡。
起始时,向恒容密闭容器中通入CO2与CH4,使其物质的量浓度均为1.0mol·L-1
①平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图):
v正(CO2)和v逆(CO),则与v正(CO2)相对应的是图中曲线___________(填“甲”或“乙”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度反应重新达到平衡,则此时曲线甲对应的平衡点可能为___________(填“D”“E”或“F”),判断的理由______________________。
②又测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图,当压强为P2时,在y点:
v(正)_______v(逆)(选填“大于”、“小于”或“等于”);压强p1___________p2(选填“大于”、“小于”或“等于”),原因是___________;若p2=6MPa,则T℃时该反应的平衡常数Kp=___________MPa2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
【答案】
(1)+248kJ/mol
(2)①乙E降温反应速率减小,又降温平衡逆向移动,CO浓度减小,所以为E点
②大于小于温度一定时,加压平衡逆移,CH4转化率减小,所以p2大16
【分析】
(1)①利用盖斯定律解题;
(2)①根据平衡点确定,当达到平衡时正逆速率比等于化学计量数之比,根据图可知,反应平衡时图中对应的点应为A和F点;降温后,反应速率减小,平衡逆向移动,甲烷的浓度会增大,据此判断;
②压强为P2时,在y点反应未达到平衡,在x点达到平衡,则反应正向移动,所以v(正)大于v(逆);该反应正反应为体积增大的方向,压强越大,CH4的转化率越小,已知相同温度下,P1条件下的转化率大于P2,则P1小于P2;在y点对应温度下的甲烷的平衡转化率为50%,列三行式计算Kp。
【详解】
(1)①ⅠCH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)△H1=-802kJ·mol-1
ⅡCO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)ΔH2=-283kJ·mol-1
ⅢCO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)△H3=-41kJ·mol-1
利用盖斯定律:
Ⅰ−Ⅱ×4+Ⅲ×2,得CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)△H=+248KJ/mol
答案:
+248KJ/mol
(2)①反应:
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)△H=+248KJ/mol平衡时图中对应的点应为A和F点,当达到平衡时正逆速率比等于化学计量数之比v正(CO2):
v逆(CO)=1:
2,确定v正(CO2)相对应的是图中曲线乙;降温后,反应速率减小,平衡逆向移动,甲烷的浓度会增大,据此判断曲线甲对应的平衡点可能为E;
答案:
乙E降温反应速率减小,又降温平衡逆向移动,CO浓度减小,所以为E点
②压强为P2时,在y点反应未达到平衡,在x点达到平衡,则反应正向移动,所以v(正)大于v(逆);该反应正反应为体积增大的方向,压强越大,CH4的转化率越小,已知相同温度下,P1条件下的转化率大于P2,则P1小于P2;
在p2对应温度下的甲烷的平衡转化率为50%,列三行式计算。
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)
起始(mol/L)1.01.000
转化(mol/L)0.50.511
平衡(mol/L)0.50.511
n(平衡)总=0.5+0.5+1+1=3mol
p2=6MPa:
各种气体平衡后对应压强:
CO2(g)与CH4(g)的分压均为6×0.5/3=1Mpa;CO和H2的分压均为:
6×1/3=2Mpa;
所以平衡常数Kp=
=16;
答案:
大于小于温度一定时,加压平衡逆移,CH4转化率减小,所以p2大16
【点睛】
本题考查化学平衡图象、影响化学平衡的因素、化学平衡常数,易错点第
(2)题第①小题的图像分析和第②小题平衡常数的计算。
14.[2019·山东省德州市高三下学期模拟]工业上用氢气合成氨气的原理为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH<0
(1)用太阳能分解水制备H2是一项新技术,其过程如下
已知:
2H2O(g)=2H2(g)+O2(g)ΔH=+483.6kJ·mol-1;2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)ΔH=+313.8kJ·mol-1
①过程Ⅱ的热化学方程式是____________________________________.
②整个过程中,Fe3O4的作用是________________________.
(2)在2L密闭容器中通入3molH2和1molN2,测得不同温度下,NH3的产率随时间变化如图所示。
①下列有关说法正确的是________________。
A由b点到c点混合气体密度逐渐增大
B达到平衡时,2v正(H2)=3v逆(NH3)
C平衡时,通入氩气平衡正向移动
D平衡常数,ka<kb=kc
②T1温度时,0~15min内v(H2)=___________mol·L-1·min-1。
③已知:
瞬时速率表达式v正=k正c3(H2)c(N2),v逆=k逆c2(NH3)(k为速率常数,只与温度有关).温度由T1调到T2,活化分子百分率______________(填“增大”“减小”或“不变”),k正增大倍数______________k逆增大倍数(填“大于”“小于”或“等于”).T1℃时,k正/k逆=__________。
【答案】
(1)①3FeO(s)+H2O(g)====Fe3O4(s)+H2(g)∆H=+84.9kJ/mol②催化剂
(2)①BD②0.05③增大小于
或2.37
【分析】
根据化学平衡图象分析解答;根据热化学反应方程式的书写规则分析解答。
【详解】
①过程Ⅱ是FeO与水、O2反应生成Fe3O4和H2,该反应的的热化学方程式是3FeO(s)+H2O(g)====Fe3O4(s)+H2(g)∆H=+84.9kJ/mol,
故答案为:
3FeO(s)+H2O(g)====Fe3O4(s)+H2(g)∆H=+84.9kJ/mol;
②整个过程中Fe3O4是作催化剂的作用,
故答案为:
催化剂;
(2)①A.由图象可知,b点→c点NH3的物质的量增多,混合气体密度减小,故A错误;
B.达到平衡时,v正(H2)=v逆(H2),即可根据反应方程式推断出,2v正(H2)=3v逆(NH3),故B正确;
C.氩气对平衡没有影响,故C错误;
D.平衡常数只受温度影响,则ka<kb=kc,故D正确;
故答案为:
BD;
②T1温度下,15min时,NH3的产率占50%,反应n(H2)=1.5mol,v(H2)=
=0.05mol·L−1·min−1,
故答案为:
0.05mol·L−1·min−1;
③有图象可知,T1时的反应速率比T2时反应速率小,所以温度由T1调到T2,活化分子百分率增大,k正增大倍数小于k逆增大倍数,T1℃时,NH3的产率是50%,根据方程式可知:
N2+3H2
2NH3
初始c(mol/L)0.51.50
反应了0.250.750.5
平衡时0.250.750.5K=
=
,
,计算可知,k正/k逆=
=2.37,
故答案为:
增大;小于;
或2.37。
【点睛】
对于化学平衡的有关图象问题,可按以下的方法进行分析:
①认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理相结合。
②紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热;体积增大、减小还是不变;有无固体、纯液体物质参加或生成等。
③看清速率的变化及变化量的大小,在条件与变化之间搭桥。
④看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势。
⑤先拐先平。
例如,在转化率−时间图象上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
⑥定一议二。
当图象中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。
15.[2019·湖南省湘潭市高三下学期第二次模拟考试]研究化学反应时,既要考虑物质变化与能量变化,又要关注