2019届二轮复习化学反应与能量作业（全国通用）(7)
化学反应与能量
一、选择题
1.下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是( )
A.硅太阳能电池工作时,光能转化成电能
B.锂离子电池放电时,化学能转化成电能
C.电解质溶液导电时,电能转化成化学能
D.葡萄糖为人类生命活动提供能量时,化学能转化成热能
【命题意图】本题考查氧化还原反应本质是电子的转移这一概念,旨在考查学生对各种能量转化形式及对应工作原理的认识和应用。
【解析】选A。光能转化成电能,不是化学变化,与氧化还原无关;锂离子电池工作时,相当于原电池工作,分别在两极上发生氧化反应和还原反应,是氧化还原反应的过程;电解质导电的过程实际上是在电解池的两极上分别发生氧化反应和还原反应的过程,是氧化还原反应的过程;葡萄糖供能就是葡萄糖在人体内被氧化释放能量的过程。
【快速巧解】太阳能电池是光电能源之间的转化,一步就可以判断A中不存在氧化还原反应。
2.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 ( )
①C(s)+ H2O(g)CO(g)+ H2 (g)
ΔH1=akJ·mol-1
②CO(g)+ H2O(g)CO2 (g)+ H2 (g)
ΔH2=bkJ·mol-1
③CO2 (g)+ 3H2 (g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH3=ckJ·mol-1
④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) ΔH4=dkJ·mol-1
A.反应①、②为反应③提供原料气
B.反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C.反应CH3OH(g) CH3OCH3 (g)+ H2O(l)的ΔH=kJ·mol-1
D.反应2CO(g)+ 4H2 (g)CH3OCH3 (g)+ H2O(g)的ΔH=(2b +2c + d)kJ·mol-1
【命题意图】本题考查热化学知识,意在考查学生对盖斯定律的掌握程度。
【解析】选C。A项,反应①生成CO和H2,生成的CO继续发生反应②生成CO2和H2,反应③的原料为CO2和H2,正确;B项,反应③将温室气体CO2转化为燃料CH3OH,正确;C项,反应④中H2O为气体,选项中H2O为液体,故焓变不是的关系,错误;D项,依据盖斯定律,按“②×2+③×2+④”,可得所求反应的焓变,正确。
【易错警示】反应焓变值与物质的状态有关,如本题C项,H2O的状态不同,对应的焓变值也不同。
3.（双选）下列说法正确的是( )
A.反应N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g)的ΔH<0,ΔS>0
B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀
C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10-4mol·L-1
D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.02×1023
【命题意图】本题考查反应进行的方向、金属的防腐、Ksp以及气体摩尔体积使用条件的知识,意在考查学生对化学基本理论的掌握程度。
【解析】选B、C。A项,该反应的气体体积减小,即ΔS<0,错误;B项,Zn可以保护铁,为牺牲阳极的阴极保护法,正确;C项,c(OH-)=10-4mol·L-1,c(Mg2+)≤Ksp[Mg(OH)2]/c2(OH-)=5.6×10-12/(10-4)2= 5.6×10-4mol·L-1,正确;D项,非标准状况下,11.2 L H2不是0.5 mol,错误。
【易错警示】本题D项,使用气体摩尔体积需要具备两个条件,一是标准状况,二是气体。
4.氢氟酸是一种弱酸,可用来刻蚀玻璃。已知25 ℃时:
①HF(aq)+OH-(aq)F-(aq)+H2O(l) ΔH=-67.7 kJ·mol-1
②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
在20 mL 0.1 mol·L-1氢氟酸中加入V mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液。下列有关说法正确的是 ( )
A.氢氟酸的电离方程式及热效应可表示为:
HF(aq)F-(aq)+H+(aq) ΔH=+10.4 kJ·mol-1
B.当V=20时,溶液中:c(OH-)=c(HF)+c(H+)
C.当V=20时,溶液中:c(F-)
0时,溶液中一定存在:c(Na+)>c(F-)>c(OH-)>c(H+)
【解题指南】解答本题时要注意两个问题：电解质溶液中的等量关系要从物料守恒、电荷守恒、质子守恒三大守恒关系中寻找答案；比较离子浓度的大小要根据二者反应的程度去判断。
【解析】选B。根据盖斯定律,将①式减去②式可得:
HF(aq)H+(aq)+F-(aq) ΔH=-10.4 kJ·mol-1,故A项错误;当V=20时,两者恰好完全反应生成NaF,溶液中存在质子守恒关系:c(OH-)=c(HF)+c(H+);因F-
水解,故溶液中存在:c(F-)c(H+)>c(Na+)>c(OH-)或c(F-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)或c(Na+)=c(F-)>c(OH-)=c(H+)或c(Na+)>
c(F-)>c(OH-)>c(H+),故D项错误。
5.某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2
表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是 ( )
A.该反应为放热反应
B.催化剂能改变该反应的焓变
C.催化剂能降低该反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
【解题指南】解答本题时应注意搞清化学反应的热效应与反应物和生成物能量的大小关系、催化剂对化学反应的影响、活化能的概念。
【解析】选C。A项,该反应生成物能量比反应物能量高,该反应为吸热反应,A项错误;B项,焓变是反应的热效应,催化剂不能改变反应的热效应,B项错误;C项,对照图中有无催化剂的两种情况,有催化剂活化能较低,催化剂能降低反应的活化能,C项正确;D项,E1大于E2,正反应的活化能大,D项错误。
6.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0),下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是 ( )
【解题指南】解答本题时应理解化学反应过程中的能量变化。
【解析】选D。A项中A与B反应生成X的反应是放热反应, X生成C的反应是吸热反应,均与题意矛盾,A项不正确;B项X生成C的反应是吸热反应,与题意不符,B项错误;C项中A与B反应生成X的反应是放热反应,与题意矛盾,C项不正确;D项中A与B反应生成X的反应是吸热反应,X生成C的反应是放热反应,且A与B反应生成C的反应是放热反应,符合题意,因此D项正确。
7.肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如题图所示,已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):N≡N为942、OO为500、N—N 为154,则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是 ( )
A.194 B.391 C.516 D.658
【解题指南】解答本题的关键是掌握以下两点:
【解析】选B。利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2 752 kJ-
534 kJ=2 218 kJ。肼和氧气断键变为原子时要断裂1个N—N,4个N—H,1个OO键,所以1×154+4×(N—H键能)+1×500=2 218,解得N—H键能为391,单位kJ,选B。
二、非选择题
8.近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:
(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。
A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以
B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸
C.0.10 mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1
D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率α1= %,反应平衡常数K= 。
②在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2 α1,该反应的ΔH 0。(填“>”“<”或“=”)
③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
【命题意图】本题为化学反应原理综合题,意在考查学生对热化学、化学反应速率和平衡等知识的理解和应用能力。
【解析】(1)氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以,说明氢硫酸的酸性弱于碳酸,而亚硫酸强于碳酸,可以比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱;氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸,可以比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱;0.10 mol·L-1
的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1,说明酸的电离程度不同,可以比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱;氢硫酸的还原性强于亚硫酸,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱。
(2)把系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)的三个热化学方程式分别相加,可以得到制氢的热化学方程式分别为
H2O(l)H2(g)+ O2(g) ΔH=286 kJ·mol-1
H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20 kJ·mol-1,制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。按照三段式来计算:
①已知平衡时水的物质的量分数,可以设平衡时水的物质的量为x,通过三段式:
H2S + CO2 COS + H2O
起始(mol) 0.40 0.10 0 0
变化(mol) x x x x
平衡(mol) 0.40-x 0.10-x x x
列式计算: =0.02,解得x=0.01 mol,所以转化率为×100%=2.5%
平衡常数为K=≈2.8×10-3
H2S的平衡转化率α1=2.5%,反应平衡常数K=2.8×10-3。
②水的物质的量分数增大到0.03,则上述计算改为=0.03,x>0.01,转化率增大,则升高温度,平衡正移,ΔH>0。
③恒容容器充入N2体积不变,不影响平衡移动,D错误;增大生成物浓度,平衡逆向移动,C错误;对于方程式左边气体不唯一的反应,增大一种反应物浓度,该物质转化率下降,另一种反应物转化率增大,所以A错误,B正确。
答案:(1)D
(2)H2O(l)H2(g)+ O2(g) ΔH=286 kJ·mol-1
H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH=20 kJ·mol-1 系统(Ⅱ)
(3)①2.5 2.8×10-3 ②> > ③B
9. TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:
钛精矿粗TiCl4纯TiCl4
资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
MgCl2
沸点/℃
58
136
181(升华)
316
1 412
熔点/℃
-69
-25
193
304
714
在TiCl4中的溶解性
互溶
—
微溶
难溶
(1)氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知:TiO2(s)+2 Cl2(g)TiCl4(g)+ O2(g)
ΔH1=+175.4 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g)
ΔH2=-220.9 kJ·mol-1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式: 。
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据如图判断:CO2生成CO反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”),判断依据: 。
③氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是 。
④氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤渣中含有 。
(2)精制过程:粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下:
物质a是 ,T2应控制在 。
【命题意图】本题考查金属及其化合物、化学反应与能量等知识。意在考查学生利用信息解决实际问题的能力。
【解析】(1)①根据盖斯定律,两式相加得到TiO2(s)+2 Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH=ΔH1+ΔH2=-45.5 kJ·mol-1;②根据图象,随着温度的升高,CO的浓度增大,CO2的浓度降低,说明升高温度,平衡向生成CO的方向移动,即ΔH>0;③除去氯气中的HCl气体,一般采用通过饱和食盐水的方法,根据题目要求应先除去HCl,再除去Cl2,且得到HCl和FeCl3溶液,因此尾气的吸收液依次是饱和食盐水、氯化亚铁溶液;④根据氯化过程发生的反应可知氯化产物过滤得到的滤渣中含有TiO2和C。(2)根据资料,SiCl4的沸点低,先蒸馏出来,a为SiCl4,根据流程目的是得到纯净的TiCl4,温度应控制在稍大于136℃,但小于181℃。
答案:(1)①TiO2(g)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1
②> 温度越高,CO的物质的量越多而CO2的物质的量越少,说明CO2生成CO的反应是吸热反应,所以ΔH>0
③饱和食盐水、氯化亚铁溶液
④TiO2和C
(2)四氯化硅 136℃左右
10.砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)画出砷的原子结构示意图 。
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。
(3)已知:As(s)+ H2(g)+2O2(g)H3AsO4(s) ΔH1
H2(g)+ O2(g)H2O(l) ΔH2
2As(s)+ O2(g)As2O5(s) ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)的ΔH= 。
(4)298 K时,将20 mL 3xmol·L-1Na3AsO3、20 mL 3xmol·L-1I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应: (aq)+I2(aq)+2OH-(aq) (aq)+2I-(aq)+ H2O(l)。溶液中c()与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。
a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v()
c.c()/c ()不再变化 d.c(I-)=ymol·L-1
②tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是
。
④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
【命题意图】本题考查了盖斯定律、平衡状态的判断依据、氧化还原反应的有关计算,意在考查学生读图的能力、提取信息、整合信息的能力。
【解析】(1)As最外层电子数为5,原子结构示意图为。(2)As2S3与O2发生氧化还原反应生成H3AsO4和S,As和S均被氧化,1 mol As2S3被氧化转移电子数为10 mol,根据转移电子数守恒可知,化学方程式为2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S;加压能加快化学反应速率,并能够促使平衡正向移动,能够有效提高As2S3的转化率。(3)目标反应式As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)可由反应①×2-反应②×3-③得到,则ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。(4)①pH不再变化,则c(OH-)不变,反应处于化学平衡状态,故a正确;根据各物质的反应速率之比等于方程式的化学计量数之比,v(I-)=2v()始终成立,不能作为平衡状态的判断依据,故b错误;达到平衡时各物质的浓度保持不变,即c()/c()不再变化,反应处于平衡状态,故c正确;达到平衡时c(AsO43−)=ymol·L-1,c(I-)=2ymol·L-1,故d错误。②tm时平衡向正反应方向移动,v正>v逆;③由图可知, tm时AsO43−浓度比tn时小,所以tm时的逆反应速率小于tn时的逆反应速率;④溶液混合后Na3AsO3的浓度为=xmol·L-1,c(I2)=xmol·L-1,平衡时pH=14,c(OH-)=1 mol·L-1,
(aq) + I2(aq) + 2OH- (aq)+2I-(aq)+ H2O(l)
起始(mol·L-1) x x 0 0
转化(mol·L-1) y y y 2y
平衡(mol·L-1) (x-y) (x-y) 1 y 2y
平衡常数K==。
答案:(1)
(2)2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S 增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率(3)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3 (4)①ac ②大于 ③小于
tm时生成物浓度较低 ④
【方法规律】平衡状态的判断依据——“变量不变”时即为平衡状态。
平衡时①v正=v逆;②各物质的质量、物质的量、浓度、百分含量不变。例如,恒温恒容下mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
(1)若m+n≠p+q时压强不变,反应达到平衡状态;若m+n=p+q则压强始终不变,不能作为平衡的标志。
(2)ρ=,若气体的质量和容器的体积始终不变,则密度始终不变,不能作为平衡的标志。
11.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) ΔH1
已知: ②C4H10(g)+ O2(g)C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+ O2(g)H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为 kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x 0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是 (填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是
。
(3) 图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是
、 ;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是
。
【命题意图】本题考查盖斯定律、化学反应速率和化学平衡知识,意在考查考生对化学反应原理知识的理解和应用能力。
【解析】(1)由已知方程式,得①=②-③,根据盖斯定律则ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·mol-1-(-242 kJ·mol-1)=+123 kJ·mol-1。反应①的正反应是一个体积增大的反应,在相同温度下,减小压强,平衡向正反应方向移动,图(a)中,温度相同时,压强为xMPa的转化率大于压强为0.1 MPa的转化率,所以x<0.1;除减小压强外,因正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,也能使丁烯的平衡产率提高。(2)H2是①的生成物,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,H2的物质的量浓度增大,逆反应速率增大,从而导致平衡向逆反应方向移动,使丁烯产率下降。(3)590℃之前,温度升高时反应速率加快,生成的丁烯会更多,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。
答案:(1)+123 小于 A、D (2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大 (3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
