跟蹤檢測(cè)(三十二)化學(xué)能與熱能(1)——基本概念一課過(guò)(過(guò)基礎(chǔ))1.最新報(bào)道:科學(xué)家首次用X射線激光技術(shù)觀察到CO與O在催化劑表面形成化學(xué)鍵的過(guò)程。反應(yīng)過(guò)程的示意圖如下:下列說(shuō)法中正確的是( )A.CO和O生成CO2是吸熱反應(yīng)B.在該過(guò)程中,CO斷鍵形成C和OC.CO和O形成了具有極性共價(jià)鍵的CO2D.狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O2反應(yīng)的過(guò)程解析:選C 由題圖可知,CO和O生成CO2是放熱反應(yīng),A錯(cuò)誤;由狀態(tài)Ⅰ、狀態(tài)Ⅱ可知,CO沒(méi)有斷鍵,B錯(cuò)誤;CO2中碳氧鍵為極性共價(jià)鍵,C正確;狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O反應(yīng)生成CO2的過(guò)程,不是CO與O2反應(yīng)的過(guò)程,D錯(cuò)誤。2.已知2X(g)+2Y(g)3Z(g)+W(g) ΔH,反應(yīng)過(guò)程能量變化如圖所示,下列說(shuō)法正確的是( )A.ΔH=E2-E1B.正反應(yīng)的活化能等于E3C.加入高效催化劑,ΔH減小D.恒壓下充入一定量的氦氣,n(Z)不變解析:選D ΔH=生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量=E1-E2,故A錯(cuò)誤;正反應(yīng)的活化能=E3-E2,故B錯(cuò)誤;催化劑對(duì)反應(yīng)的熱效應(yīng)無(wú)影響,故C錯(cuò)誤;恒壓條件下充入一定量的氦氣,該反應(yīng)平衡不移動(dòng),n(Z)不變,故D正確。3.(2021·永州聯(lián)考)反應(yīng)N2+3H22NH3的能量變化如圖所示,其熱化學(xué)方程式正確的是( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)ΔH=+2(b+c-a)kJ·mol-1B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=+2(b-a)kJ·mol-1C.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)ΔH=-2(b+c-a)kJ·mol-1D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-(a+b)kJ·mol-1解析:選C 由題圖可知,反應(yīng)物的能量高,則合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng),由于molN2(g)和molH2(g)的總能量比1molNH3(g)的能量大(b-a)kJ,故熱化學(xué)方程式為N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH=-(b-a)kJ·mol-1,則N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-2(b-a)kJ·mol-1,故B、D錯(cuò)誤;由于molN2(g)和molH2(g)的總能量比1molNH3(l)的能量大(b+c-a)kJ,故熱化學(xué)方程式為N2(g)+H2(g)NH3(l) ΔH=-(b+c-a)kJ·mol-1,則N2(g)+3H2(g)2NH3(l) ΔH=-2(b+c-a)kJ·mol-1,故A錯(cuò)誤,C正確。4.將V1mL1.0mol·L-1HCl溶液和V2mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測(cè)量并記錄溶液溫度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示(實(shí)驗(yàn)中始終保持V1+V2=50mL)。下列敘述正確的是( )A.做該實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為22℃B.該實(shí)驗(yàn)表明熱能可轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.NaOH溶液的濃度約為1.5mol·L-1D.該實(shí)驗(yàn)表明有水生成的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)解析:選C 溫度為22℃時(shí)加入鹽酸5mL,則不是做該實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度,故A錯(cuò)誤;該實(shí)驗(yàn)表明HCl溶液與NaOH溶液反應(yīng)是放熱的反應(yīng),即表明化學(xué)能可轉(zhuǎn)化為熱能,故B
錯(cuò)誤;恰好反應(yīng)時(shí)參加反應(yīng)的鹽酸的體積是30mL,由V1+V2=50mL可知,消耗的NaOH溶液的體積為20mL,恰好反應(yīng)時(shí)NaOH溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量是n,由HCl+NaOH===NaCl+H2O可知,n=1.0mol·L-1×0.03L=0.03mol,所以濃度c==1.5mol·L-1,故C正確;只是該反應(yīng)放熱,其他有水生成的反應(yīng)不一定是放熱反應(yīng),如氯化銨和氫氧化鋇晶體的反應(yīng),故D錯(cuò)誤。5.(江蘇高考)通過(guò)以下反應(yīng)均可獲取H2。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )①太陽(yáng)光催化分解水制氫:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g)ΔH1=571.6kJ·mol-1②焦炭與水反應(yīng)制氫:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔH2=131.3kJ·mol-1③甲烷與水反應(yīng)制氫:CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)ΔH3=206.1kJ·mol-1A.反應(yīng)①中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.反應(yīng)②為放熱反應(yīng)C.反應(yīng)③使用催化劑,ΔH3減小D.反應(yīng)CH4(g)===C(s)+2H2(g)的ΔH=74.8kJ·mol-1解析:選D 反應(yīng)①是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,A不正確;反應(yīng)②中ΔH2>0,是吸熱反應(yīng),B不正確;反應(yīng)③使用催化劑不能改變反應(yīng)的焓變,ΔH不變,C不正確;D項(xiàng)中,由蓋斯定律,反應(yīng)③-②可得CH4(g)===C(s)+2H2(g) ΔH=74.8kJ·mol-1,正確。6.下列有關(guān)能量的判斷和表示方法正確的是( )A.由C(s,石墨)===C(s,金剛石) ΔH=+1.9kJ·mol-1,可知:石墨比金剛石更穩(wěn)定B.等質(zhì)量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒,后者放出的熱量更多C.由H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,可知:含1molCH3COOH的溶液與含1molNaOH的溶液混合,放出熱量等于57.3kJD.2gH2完全燃燒生成液態(tài)水放出285.8kJ熱量,則氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-285.8kJ解析:選A 石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的過(guò)程是吸熱反應(yīng),金剛石能量高,石墨比金剛石更穩(wěn)定,A正確;等質(zhì)量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒,固體硫變?yōu)檎魵庑枰諢崃浚罢叻懦鰺崃扛?,B錯(cuò)誤;含1molCH3COOH的溶液與含1molNaOH的溶液混合,醋酸為弱酸,溶于水電離需要吸熱,放出熱量小于57.3kJ,C錯(cuò)誤;2gH2的物質(zhì)的量為1mol
,此反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0,故氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=2×(-285.8kJ·mol-1)=-571.6kJ·mol-1,D錯(cuò)誤。7.氯原子對(duì)O3的分解有催化作用:O3+Cl===ClO+O2 ΔH1ClO+O===Cl+O2 ΔH2該反應(yīng)的能量變化如圖所示,下列敘述中正確的是( )A.反應(yīng)O3+O===2O2的ΔH=E1-E2B.反應(yīng)O3+O===2O2的ΔH=E2-E3C.反應(yīng)O3+O===2O2是吸熱反應(yīng)D.反應(yīng)O3+O===2O2的ΔH=ΔH1+ΔH2解析:選D A項(xiàng)和B項(xiàng),依據(jù)圖像得出反應(yīng)O3+O===2O2為放熱反應(yīng),ΔH=E3-E2;C項(xiàng),該反應(yīng)為放熱反應(yīng);D項(xiàng),根據(jù)蓋斯定律,得ΔH=ΔH1+ΔH2。8.在25℃、101kPa下,1g甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放出22.68kJ熱量,下列熱化學(xué)方程式正確的是( )A.CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=+725.76kJ·mol-1B.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-1451.52kJ·mol-1C.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-725.76kJ·mol-1D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=+1451.52kJ·mol-1解析:選B 因1mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水,放出22.68kJ·g-1×32g=725.76kJ熱量,所以2mol甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水的ΔH=-1451.52kJ·mol-1。9.真空碳熱還原——氯化法可實(shí)現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁,其相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下:①Al2O3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g)ΔH1=+1344.1kJ·mol-1
②2AlCl3(g)===2Al(s)+3Cl2(g)ΔH2=+1169.2kJ·mol-1③Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g)ΔH3=QkJ·mol-1下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )A.反應(yīng)①中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能B.反應(yīng)②中若生成液態(tài)鋁,則反應(yīng)熱應(yīng)大于ΔH2C.反應(yīng)③中生成1molAlCl3(g)時(shí),需要吸收174.9kJ的熱量D.該生產(chǎn)工藝中能循環(huán)利用的物質(zhì)只有AlCl3解析:選B ΔH1>0,說(shuō)明反應(yīng)①是吸熱反應(yīng),需要從外界吸收能量,熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,A項(xiàng)錯(cuò)誤;液態(tài)鋁轉(zhuǎn)化成固態(tài)鋁,放出熱量,ΔH<0,因此生成液態(tài)鋁的反應(yīng)熱大于ΔH2,B項(xiàng)正確;根據(jù)蓋斯定律,由①-②=③,則ΔH3=(+1344.1-1169.2)kJ·mol-1=+174.9kJ·mol-1,因此生成1molAlCl3(g)吸收的熱量是174.9kJ÷2=87.45kJ,C項(xiàng)錯(cuò)誤;該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是AlCl3和Cl2,D項(xiàng)錯(cuò)誤。10.1mol石墨在一定條件下完全轉(zhuǎn)化為金剛石,其能量變化如圖所示,ΔE1=393.5kJ、ΔE2=395.4kJ,下列說(shuō)法正確的是( )A.石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石需吸收能量B.石墨轉(zhuǎn)化為金剛石屬于物理變化C.金剛石比石墨穩(wěn)定D.1mol金剛石的能量大于1molCO2的能量解析:選A 由題圖可知物質(zhì)的量均為1mol的石墨與金剛石燃燒變成CO2時(shí),金剛石放出熱量多,則金剛石能量高,石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石需吸收能量,A正確;石墨轉(zhuǎn)化為金剛石發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng),屬于化學(xué)變化,B錯(cuò)誤;金剛石的能量大于石墨的能量,物質(zhì)的能量越大越不穩(wěn)定,則石墨比金剛石穩(wěn)定,C錯(cuò)誤;根據(jù)以上分析可知,1mol金剛石和1mol氧氣的總能量高于1molCO2的能量,D錯(cuò)誤。11.發(fā)射航天器用的運(yùn)載火箭使用的是以液氫為燃燒劑,液氧為氧化劑的高能低溫推進(jìn)劑,已知:
①H2(g)===H2(l) ΔH1=-0.92kJ·mol-1②O2(g)===O2(l) ΔH2=-6.84kJ·mol-1下列說(shuō)法正確的是( )A.H2(g)與O2(g)反應(yīng)生成H2O(g)放熱483.6kJ·mol-1B.氫氣的燃燒熱ΔH=-241.8kJ·mol-1C.火箭中液氫燃燒的熱化學(xué)方程式為2H2(l)+O2(l)===2H2O(g) ΔH=-474.92kJ·mol-1D.H2O(g)===H2O(l) ΔH=-88kJ·mol-1解析:選C 由題圖可知,每2molH2(g)與1molO2(g)反應(yīng)生成2molH2O(g)放熱483.6kJ,選項(xiàng)中未指明反應(yīng)物的物質(zhì)的量,故A錯(cuò)誤;氫氣的燃燒熱ΔH=kJ·mol-1=-285.8kJ·mol-1,故B錯(cuò)誤;由蓋斯定律可知,火箭中液氫燃燒的熱化學(xué)方程式為2H2(l)+O2(l)===2H2O(g) ΔH=-(483.6-2×0.92-6.84)kJ·mol-1=-474.92kJ·mol-1,故C正確;H2O(g)===H2O(l) ΔH=kJ·mol-1=-44kJ·mol-1,故D錯(cuò)誤。12.已知:1gC(s)燃燒生成一氧化碳放出9.2kJ的熱量;氧化亞銅與氧氣反應(yīng)的能量變化如圖所示。下列敘述正確的是( )A.碳[C(s)]的燃燒熱ΔH=-110.4kJ·mol-1B.1molCuO分解生成Cu2O放出73kJ的熱量C.反應(yīng)2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s)的活化能為292kJ·mol-1D.足量炭粉與CuO反應(yīng)生成Cu2O的熱化學(xué)方程式為C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g)ΔH=+35.6kJ·mol-1
解析:選D 1gC(s)燃燒生成CO放出9.2kJ的熱量,則1molC(s)燃燒生成CO(g)放出的熱量為9.2kJ×12=110.4kJ,根據(jù)燃燒熱的概念可知,碳[C(s)]的燃燒熱ΔH不等于-110.4kJ·mol-1,A錯(cuò)誤;由圖可得①2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s) ΔH=-292kJ·mol-1,故1molCuO分解生成Cu2O吸收73kJ的熱量,B錯(cuò)誤;由題圖可知,反應(yīng)2Cu2O(s)+O2(g)===4CuO(s)的活化能為348kJ·mol-1,C錯(cuò)誤;C(s)燃燒生成CO(g)的熱化學(xué)方程式為②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220.8kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律,由②×-①×可得C(s)+2CuO(s)===Cu2O(s)+CO(g)的ΔH=(-220.8kJ·mol-1)×-(-292kJ·mol-1)×=+35.6kJ·mol-1,D正確。13.依據(jù)事實(shí)寫(xiě)出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。(1)1g碳與適量水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2,需要吸收10.94kJ熱量,此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知2.0g燃料肼(N2H4)氣體完全燃燒生成N2和水蒸氣時(shí),放出33.4kJ的熱量,則表示肼燃燒的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。(3)2molAl(s)與適量O2(g)反應(yīng)生成Al2O3(s),放出1669.8kJ的熱量。此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)2.3g某液態(tài)有機(jī)物和一定量的氧氣混合點(diǎn)燃,恰好完全燃燒,生成2.7g液態(tài)水和2.24LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)并放出68.35kJ的熱量。寫(xiě)出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:____________________________________________________________________________________。解析:(1)1g碳與適量水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2,需吸收10.94kJ熱量,則碳與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28kJ·mol-1。(2)2.0g肼氣體完全燃燒生成氮?dú)夂退魵鈺r(shí)放出33.4kJ熱量,則表示肼燃燒的熱化學(xué)方程式為N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4kJ·mol-1。(3)2molAl(s)與適量O2(g)反應(yīng)生成Al2O3(s),放出1669.8kJ
的熱量,則此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-1669.8kJ·mol-1×2=-3339.6kJ·mol-1。(4)通過(guò)燃燒的產(chǎn)物可知該有機(jī)物中肯定含有碳元素和氫元素,可能含有氧元素。n(H2O)==0.15mol,n(H)=0.3mol,m(H)=0.3g,n(CO2)==0.1mol,n(C)=0.1mol,m(C)=1.2g,則碳元素和氫元素的質(zhì)量之和是0.3g+1.2g=1.5g<2.3g,故該有機(jī)物中還含有氧元素,氧元素的質(zhì)量是2.3g-1.5g=0.8g,n(O)=0.05mol,從而可確定該有機(jī)物的分子式為C2H6O,該液態(tài)有機(jī)物為C2H5OH(l),故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1367kJ·mol-1。答案:(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.28kJ·mol-1(2)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.4kJ·mol-1(3)4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH=-3339.6kJ·mol-1(4)C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1367kJ·mol-114.化學(xué)在能源開(kāi)發(fā)與利用中起著十分關(guān)鍵的作用。(1)蘊(yùn)藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體。甲烷氣體燃燒和水汽化的熱化學(xué)方程式分別為CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-802.3kJ·mol-1H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44kJ·mol-1則356g“可燃冰”(分子式為CH4·9H2O)釋放的甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水,放出的熱量為_(kāi)_______。(2)家用液化氣中主要成分之一是丁烷(C4H10)。常溫常壓時(shí),當(dāng)1g丁烷完全燃燒并生成CO2和液態(tài)水時(shí),放出熱量50kJ。試寫(xiě)出該狀態(tài)下表示丁烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式:________________________________________________________________。(3)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題正越來(lái)越受到關(guān)注,二氧化碳是主要的溫室氣體,而節(jié)能減排可以有效地降低二氧化碳的排放量。有效“減碳”的手段之一是節(jié)能。下列制氫方法最節(jié)能的是________(填字母)。A.電解水制氫:2H2O2H2↑+O2↑B.高溫使水分解制氫:2H2O2H2↑+O2↑C.太陽(yáng)光催化分解水制氫:2H2O2H2↑+O2↑D.天然氣制氫:CH4+H2OCO+3H2
解析:(1)將題給反應(yīng)依次編號(hào)為①、②,根據(jù)蓋斯定律①-2×②可得CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-802.3kJ·mol-1-2×44kJ·mol-1=-890.3kJ·mol-1,356g“可燃冰”(分子式為CH4·9H2O)中甲烷的物質(zhì)的量為2mol,所以完全燃燒放出的熱量為1780.6kJ。(2)根據(jù)燃燒熱的定義,1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物所釋放的熱量,所以該狀態(tài)下丁烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l) ΔH=-2900kJ·mol-1。(3)電解水需要大量的電能,A錯(cuò)誤;高溫使水分解需要大量的燃料,并產(chǎn)生大量的CO2及其他污染環(huán)境的氣體,B錯(cuò)誤;太陽(yáng)能是自然存在的,最節(jié)能,C正確;天然氣高溫制氫氣也需要大量的燃料,D錯(cuò)誤。答案:(1)1780.6kJ(2)C4H10(g)+O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l)ΔH=-2900kJ·mol-1(3)C15.(1)甲烷重整是先進(jìn)的制氫方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反應(yīng)系統(tǒng)同時(shí)通入甲烷、氧氣和水蒸氣,發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有:反應(yīng)過(guò)程化學(xué)方程式焓變?chǔ)(kJ·mol-1)甲烷氧化CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH1CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)-322.0蒸汽重整CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)+206.2CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)+165.0①反應(yīng)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。②甲烷的燃燒熱為ΔH2,則ΔH2________ΔH1(填“>”“=”或“<”)。(2)物質(zhì)(t-BuNO)2在正庚烷溶劑中發(fā)生如下反應(yīng):(t-BuNO)22(t-BuNO) ΔH實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的ΔH=+50.5kJ·mol-1,活化能Ea=90.4kJ·mol-1。下列能量關(guān)系圖合理的是________。
解析:(1)①由蒸汽重整的兩個(gè)反應(yīng)可知,利用第二個(gè)反應(yīng)減去第一個(gè)反應(yīng)則得出該反應(yīng)的ΔH=(165.0-206.2)kJ·mol-1=-41.2kJ·mol-1。②表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH2,生成液態(tài)水比生成氣態(tài)水釋放出的熱量多,故ΔH2<ΔH1。(2)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的ΔH=+50.5kJ·mol-1,可知該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),則反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量??膳懦芰筷P(guān)系圖B和C,又依據(jù)活化能Ea=90.4kJ·mol-1,Ea-ΔH<50.5kJ·mol-1,能量關(guān)系圖A中,Ea-ΔH>50.5kJ·mol-1,Ea與ΔH的比例不正確。而能量關(guān)系圖D是合理的。答案:(1)①-41.2?、?(2)D