PAGEPAGE8第15講化學反應與能量變更A組基礎必做題(40分)一、選擇題(本題包括4小題，每題4分，共16分)1．(2024·河北保定高三檢測)工業合成三氧化硫的反應為2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－198kJ·mol－1，反應過程可用下圖模擬(代表O2分子，代表SO2分子，代表催化劑)。下列說法正確的是(D)A．過程Ⅰ和過程Ⅳ確定了整個反應進行的程度B．過程Ⅱ為放熱反應，過程Ⅲ為吸熱反應C．催化劑可降低整個反應的活化能，且可使ΔH減小D．1molSO2和1molO2反應，放出的熱量小于99kJ[解析]本題考查化學反應與能量，考查的化學核心素養是證據推理與模型認知、變更觀念與平衡思想。由題圖可知過程Ⅱ是舊鍵的斷裂，過程Ⅲ是新鍵的生成，則過程Ⅱ和過程Ⅲ確定了整個反應進行的程度，A項錯誤；過程Ⅱ是舊鍵的斷裂，是吸熱過程，過程Ⅲ是新鍵的生成，是放熱過程，B項錯誤；催化劑可降低反應的活化能，但不影響ΔH，C項錯誤；該反應為可逆反應，1molSO2和1molO2不能完全反應，故放出的熱量小于99kJ，D項正確。[點撥]本題題干中－198kJ·mol－1是指2mol二氧化硫與1mol氧氣完全反應生成2molSO3放出198kJ的熱量，而實際反應中，該反應可逆，不能完全轉化。2．(2024·安徽合肥質量檢測)NH3催化還原NO是重要的煙氣脫硝技術，其反應過程中的能量變更如圖1所示。在以Fe2O3為催化劑的條件下可能發生的反應過程如圖2所示(鐵元素以離子的形式表示)。下列說法正確的是(C)A．上述脫硝的總反應為4NH3(g)＋6NO(g)eq\o(=,\s\up7(催化劑))5N2(g)＋6H2O(g)B．催化劑的存在，使該脫硝的總反應成為放熱反應C．過程2中NO被還原D．O2的作用主要是汲取產生的H＋生成水[解析]本題考查化學反應過程與能量變更，主要考查考生分析問題和解決問題的實力。由題圖2可知，脫硝的反應中有NH3、NO和O2三種反應物，脫硝的總反應的化學方程式為4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(催化劑))4N2(g)＋6H2O(g)，A項錯誤；由題圖1可知，生成物能量低于反應物能量，該脫硝的總反應為放熱反應，但是催化劑不能變更反應的熱效應，B項錯誤；過程2中，NO轉化為N2，N的化合價由＋2降低為0，NO被還原，C項正確；O2的主要作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，實現Fe3＋的循環利用，D項錯誤。3．(2024·湖北武漢模擬)下列熱化學方程式正確的是(D)A．CH4的燃燒熱為890kJ·mol－1：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890kJ·mol－1B．中和熱ΔH＝－57.3kJ·mol－1：CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)=H2O(l)＋CH3COONa(aq)ΔH＝－57.3kJ·mol－1C．肯定條件下，0.5molN2與1.5molH2充分反應后放出35.5kJ的熱量：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－71kJ·mol－1D．96gO2的能量比96gO3的能量低bkJ：3O2(g)2O3(g)ΔH＝＋bkJ·mol－1[解析]表示燃燒熱時，生成的水必需為液態，A錯誤；強酸強堿的稀溶液反應生成1mol液態水時放出的熱量叫中和熱，醋酸為弱酸，B錯誤；可逆反應不能徹底，0.5molN2與1.5molH2充分反應后放出35.5kJ的熱量，則1molN2與3molH2充分反應后生成2molNH3，放出的熱量比71kJ要大，C錯誤；反應熱與化學計量數成正比關系，反應物總能量比生成物低則為吸熱反應，3O2(g)2O3(g)ΔH＝＋bkJ·mol－1，D正確。4．(2024·湖北黃岡模擬)肼(N2H4)在不同條件下分解產物不同，200℃時在Cu表面分解的機理如圖1。已知200℃時：反應Ⅰ：3N2H4(g)=N2(g)＋4NH3(g)ΔH1＝－32.9kJ·mol－1反應Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)=2NH3(g)ΔH2＝－41.8kJ·mol－1下列說法不正確的是(A)A．圖1所示過程①、②都是放熱反應B．反應Ⅱ的能量過程示意圖如圖2所示C．斷開3molN2H4(g)中的化學鍵汲取的能量小于形成1molN2(g)和4molNH3(g)中的化學鍵釋放的能量D．200℃時，肼分解生成氮氣和氫氣的熱化學方程式為N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)ΔH＝＋50.7kJ·mol－1[解析]過程①是N2H4分解生成N2和NH3，已知熱化學方程式Ⅰ中ΔH為負值，所以圖示過程①為放熱反應，過程②由蓋斯定律可知(Ⅰ)－2×(Ⅱ)得N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)ΔH＝－32.9kJ·mol－1－2×(－41.8kJ·mol－1)＝＋50.7kJ·mol－1，為吸熱反應，A錯誤；反應Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)=2NH3(g)ΔH2＝－41.8kJ·mol－1，反應為放熱反應，圖中反應物能量高于生成物，二者一樣，B正確；反應Ⅰ中ΔH1＝－32.9kJ·mol－1，反應為放熱反應，斷開3molN2H4(g)中的化學鍵汲取的能量小于形成1molN2(g)和4molNH3(g)中的化學鍵釋放的能量，C正確；依據蓋斯定律：(Ⅰ)－2×(Ⅱ)得N2H4(g)＝N2(g)＋2H2(g)ΔH＝－32.9kJ·mo－1－2×(－41.8kJ·mol－1)＝＋50.7kJ·mol－1，D正確。二、非選擇題(本題包括2小題，共24分)5．(2024·廣東廣州一模)乙烯是重要的化工原料。用CO2催化加氫可制取乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH<0。(1)若該反應體系的能量隨反應過程變更關系如圖所示，則該反應的ΔH＝－2(b－a)kJ·mol－1(用含a、b的式子表示)(2)幾種化學鍵的鍵能如下表所示，試驗測得上述反應的ΔH＝－152kJ·mol－1，則表中的x＝620。化學鍵C=OH—HC=CC—HO—H鍵能/(kJ·mol－1)803436x414463[解析](1)ΔH等于正反應的活化能與逆反應的活化能的差。由題圖可知反應2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)為放熱反應，ΔH＝－2(b－a)kJ·mol－1。(2)ΔH＝(4×803＋6×436－4×414－x－8×463)kJ·mol－1＝－152kJ·mol－1，解得x＝620。6．(2024·山東濱州高三檢測)(1)室溫下，2g苯(C6H6)完全燃燒生成液態水和CO2，放出83.6kJ的熱量，寫出1molC6H6燃燒的熱化學方程式：C6H6(l)＋eq\f(15,2)O2(g)=3H2O(l)＋6CO2(g)ΔH＝－3260.4kJ·mol－1。若1g水蒸氣轉化成液態水時放出2.44kJ的熱量，則室溫下1molC6H6完全燃燒生成水蒸氣時的ΔH為－3128.64kJ·mol－1。(2)已知：Fe2O3(s)＋eq\f(3,2)C(s)=eq\f(3,2)CO2(g)＋2Fe(s)ΔH＝＋234.1kJ·mol－1C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.5kJ·mol－1則2Fe(s)＋eq\f(3,2)O2(g)=Fe2O3(s)的ΔH為－824.35kJ·mol－1。(3)已知下列兩個熱化學方程式：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2220.0kJ·mol－1①試驗測得H2和C3H8的混合氣體共5mol，完全燃燒生成液態水時放熱6262.5kJ，則混合氣體中H2和C3H8的體積之比約為1︰1。②已知：H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44.0kJ·mol－1，求丙烷燃燒生成CO2和氣態水的ΔH為－2_044.0_kJ·mol－1。[解析](1)C6H6(l)＋eq\f(15,2)O2(g)=3H2O(l)＋6CO2(g)ΔH＝－83.6kJ÷eq\f(2g,78g·mol－1)＝－3260.4kJ·mol－1。若1g水蒸氣轉化成液態水時放出2.44kJ的熱量，則H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋2.44kJ÷eq\f(1g,18g·mol－1)＝43.92kJ·mol－1，故1molC6H6完全燃燒生成水蒸氣時的ΔH＝－3260.4kJ·mol－1＋3×43.92kJ·mol－1＝－3128.64kJ·mol－1。(2)由其次個熱化學方程式×eq\f(3,2)－第一個熱化學方程式得2Fe(s)＋eq\f(3,2)O2(g)=Fe2O3(g)ΔH＝eq\f(3,2)×(－393.5kJ·mol－1)－(＋234.1kJ·mol－1)＝－824.35kJ·mol－1。(3)①設氫氣和丙烷的物質的量分別為xmol和ymol，則有eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝5,285.8x＋2220.0y＝6262.5))，解得x≈2.5，y≈2.5，故x︰y≈1︰1。②H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44.0kJ·mol－1，C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2220.0kJ·mol－1，依據蓋斯定律，由上面第一個熱化學方程式×4＋上面其次個熱化學方程式可得出丙烷燃燒生成CO2(g)和H2O(g)的熱化學方程式為C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－2044.0kJ·mol－1。B組實力提升題(60分)一、選擇題(本題包括4小題，每題6分，共24分)1.(2024·廣深珠三校第一次聯考)多相催化反應是在催化劑表面通過吸附、解吸過程進行的。我國學者發覺T℃時，甲醇(CH3OH)在銅基催化劑上的反應機理如下：反應Ⅰ：CH3OH(g)=CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝akJ·mol－1反應Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－bkJ·mol－1(b>0)總反應：CH3OH(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋3H2(g)ΔH3＝ckJ·mol－1反應過程中的能量變更如圖所示。下列有關說法正確的是(C)A．反應Ⅰ是放熱反應B．1molCH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量大于1molCO2(g)和3molH2(g)的總能量C．c>0D．優良的催化劑可降低反應的活化能，并削減ΔH3，節約能源[解析]本題考查化學反應與能量，考查的核心素養是變更觀念與平衡思想。依據題圖可知反應Ⅰ中生成物總能量大于反應物總能量，因此反應Ⅰ為吸熱反應，A項錯誤；依據題圖可知1molCH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量小于1molCO2(g)和3molH2(g)的總能量，B項錯誤；由題圖知，總反應是吸熱反應，因此c>0，C項正確；優良的催化劑降低了反應的活化能，但焓變不變，焓變由反應物和生成物的總能量確定，D項錯誤。2．(2024·重慶南川中學月考)肼(N2H4)在不同條件下分解產物不同，T℃時在Cu表面分解的機理如圖。已知200℃時：反應Ⅰ：3N2H4(g)=N2(g)＋4NH3(g)ΔH1＝－akJ·mol－1(a>0)反應Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)=2NH3(g)ΔH2＝bkJ·mol－1總反應為N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)ΔH3下列說法不正確的是(D)A．圖示過程①是放熱反應B．b<0C．3molN2H4(g)的總能量大于1molN2(g)和4molNH3(g)的總能量D．ΔH3＝(a＋2b)kJ·mol－1[解析]本題考查化學反應的機理、吸熱反應和放熱反應、蓋斯定律的應用等。圖示過程①中N2H4分解生成N2和NH3，已知a>0，故該反應是放熱反應，A正確；由圖可知，反應Ⅱ中反應物具有的總能量高于生成物具有的總能量，該反應是放熱反應，則b<0，B正確；反應Ⅰ是放熱反應，則3molN2H4(g)的總能量高于1molN2(g)和4molNH3(g)的總能量，C正確；依據蓋斯定律，由Ⅰ－Ⅱ×2可得：N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)ΔH3＝(－akJ·mol－1)－2×bkJ·mol－1＝－(a＋2b)kJ·mol－1，D錯誤。3.(2024·浙江1月選考)在肯定溫度下，某反應達到了化學平衡，其反應過程對應的能量變更如圖。下列說法正確的是(D)A．Ea為逆反應活化能，E′a為正反應活化能B．該反應為放熱反應，ΔH＝E′a－EaC．全部活化分子的平均能量高于或等于全部分子的平均能量D．溫度上升，逆反應速率加快幅度大于正反應加快幅度，使平衡逆移[解析]視察題給能量變更圖知，Ea為正反應活化能，E′a為逆反應活化能，A錯誤；該反應為放熱反應，ΔH＝Ea－E′a，B錯誤；全部活化分子的平均能量高于全部分子的平均能量，C錯誤；溫度上升，逆反應速率加快幅度大于正反應加快幅度，使平衡逆向移動，D正確。4．(2024·浙江高三檢測)關于下列ΔH的推斷正確的是(B)COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)=HCOeq\o\al(－,3)(aq)ΔH1COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq\o\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)ΔH2OH－(aq)＋H＋(aq)=H2O(l)ΔH3OH－(aq)＋CH3COOH(aq)=CH3COO－(aq)＋H2O(l)ΔH4A．ΔH1<0ΔH2<0 B．ΔH1<ΔH2C．ΔH3<0ΔH4>0 D．ΔH3>ΔH4[解析]①：HCOeq\o\al(－,3)(aq)COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)為HCOeq\o\al(－,3)的電離，電離吸熱，可得ΔH1<0，②：COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq\o\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)屬于水解過程，水解一般吸熱，故ΔH2>0，A項錯誤，B項正確；④：OH－(aq)＋CH3COOH(aq)=CH3COO－(aq)＋H2O(l)屬于中和反應，故ΔH4<0，C項錯誤；④－③可得⑤：CH3COOH(aq)CH3COO－(aq)＋H＋(aq)ΔH5，電離吸熱，故ΔH5>0，ΔH4－ΔH3＝ΔH5>0，故ΔH4>ΔH3，D項錯誤。二、非選擇題(本題包括2小題，共36分)5．(2024·河北石家莊模擬)碳是形成化合物種類最多的元素，其單質及化合物是人類生產生活的主要能源物質。請回答下列問題：(1)有機物M經過太陽光照耀可轉化成N，轉化過程如下：該反應的ΔH＝＋88.6kJ·mol－1。則M、N相比，較穩定的是M。(2)已知CH3OH(l)的燃燒熱ΔH＝－726.5kJ·mol－1，CH3OH(l)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)ΔH＝－akJ·mol－1，則a<(填“>”“<”或“＝”)726.5。(3)使Cl2和H2O(g)通過灼熱的炭層，生成HCl和CO2，當有1molCl2參加反應時釋放出145kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式：2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)=4HCl(g)＋CO2(g)ΔH＝－290kJ·mol－1。(4)火箭和導彈表面的薄層是耐高溫物質。將石墨、鋁粉和二氧化鈦按肯定比例混合在高溫下煅燒，所得物質可作耐高溫材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)=2Al2O3(s)＋3TiC(s)ΔH＝－1176kJ·mol－1，反應過程中，每轉移1mol電子放出的熱量為98kJ。[解析](1)有機物M經過太陽光照耀可轉化成N，該反應的ΔH＝＋88.6kJ·mol－1，是吸熱反應，N在暗處轉化為M，是放熱反應，物質的能量越低越穩定，說明M較穩定。(2)燃燒熱是指1mol純物質完全燃燒生成穩定氧化物時放出的熱量，甲醇燃燒生成CO2(g)和H2(g)屬于不完全燃燒，放出的熱量小于燃燒熱。(3)已知有1molCl2參加反應時釋放出145kJ熱量，則2mol氯氣參加反應放熱290kJ，故Cl2和H2O(g)通過灼熱的炭層發生反應的熱化學方程式為2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)=4HCl(g)＋CO2(g)ΔH＝－290kJ·mol－1。(4)由4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)=2Al2O3(s)＋3TiC(s)ΔH＝－1176kJ·mol－1，可知轉移12mol電子放熱1176kJ，則反應過程中，每轉移1mol電子放熱98kJ。6．(2024·江西九江模擬)已知E1＝134kJ·mol－1、E2＝368kJ·mol－1，請參考題中圖表，按要求填空：(1)圖甲是1molNO2(g)和1molCO(g)反應生成CO2(g)