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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)+12O2(g)CO(g)H=-110.5 kJmol-1,故2C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221.0 kJmol-1,B项正确;根据图像可知,CO(g)+12O2(g)CO2(g)H=-283.0 kJmol-1,故2CO2(g)2CO(g)+O2(g)H=+566.0 kJmol-1,C项错误;根据题给图像可知,C(s)+O2(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)反应的能量变化示意图,则下列说法正确的是()A.氯化氢分子的电子式:H+Cl-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 H2(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(CH3OCH3)。下列说法不正确的是()C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)H1=a kJmol-1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2=b kJmol-1CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H3=c kJmol-12CH3OH(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)12CH3OCH3(g)+12H2O(l)的H=d2 kJmol-1D.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H2(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Hd2 kJmol-1,错误;D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.H30B.H1=H2+H3C.按Cl、Br、I的顺序,H2依次增大D.H1越小,HX越稳定答案C解析原子形成化学键的过程中放热,则反应2H(g)+2X(g)2HX(g)H3”“”或“=”)238.6。(3)使Cl2和H2O(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)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HHNHNN键能/(kJmol-1)436391945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)+O2(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)2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)H=-1 452.8 kJmol-1(2)-93(3)+226.7 kJmol-1解析(1)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5 g32 gmol-1113.5 kJ=2molQ,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)2CO2(g)+4H2O(l)H=-1 452.8 kJmol-1。(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=4H1+H2-H32=4(-393.5 kJmol-1)+(-571.6 kJmol-1)-(-2 599 kJmol-1)2=+226.7 kJmol-1。9.(13分)图中:E1=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:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49.0 kJmol-1CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.9 kJmol-1又知H2O(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:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H=-1 275.6 kJmol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJmol-1H2O(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NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)H=-234 kJmol-1(2)CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)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 NO2(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)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)CO2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(HCO3-)c(CO32-)=21,溶液pH=。(室温下,H2CO3的K1=410-7;K2=510-11)(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学键键能数据如下:化学键CHCOHHCO(CO)键能/(kJmol-1)4137454361 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是重要的化工原料。电池的负极反应式:。电池的正极反应式:6O2+6e-6O2-6CO2+6O2-3C2O42-+6O2反应过程中O2的作用是。该电池的总反应式:。答案(1)CO32-10(2)+120 kJmol-1B900 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+6CO2Al2(C2O4)3解析(1)CO2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CO32-;若所得溶液c(HCO3-)c(CO32-)=21,此时K2=c(CO32-)c(H+)c(HCO3-)=c(H+)2,则c(H+)=10-10 molL-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+6CO2Al2(C2O4)3。
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