2020届高考化学一轮复习 化学能与热能学案
专题五 化学能与热能
挖命题
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
难度
关联考点
反应热的有关概念
1.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念
2.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用
2015课标Ⅱ,27,14分
中
化学平衡
★★★
2018北京理综,7,6分
中
催化剂的催化机理
热化学方程式 盖斯定律及其应用
1.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式
2.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算
2018课标Ⅱ,27,14分
中
化学反应速率与化学平衡
★★★
2017课标Ⅰ,28,14分
中
化学平衡
分析解读 “反应热”已成为近几年课标卷的必考内容,一般不单独命题,而是作为非选择题的某个设问,常与化学反应速率、化学平衡及工艺流程相结合,题目基本稳定在第27题或28题,分值一般占2~4分;从考查的内容上看,均与盖斯定律有关,试题整体难度虽然较大,但涉及本专题的内容都比较容易。随着能源问题的日益突出,对本专题的考查仍将维持较高的热度。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 反应热的有关概念
1.(2018北京石景山一模,6)2017年3月,中国成功开采可燃冰(主要成分为甲烷)。直接从自然界得到的能源为一次能源,下列不属于一次能源的是( )
A.石油 B.氢能 C.太阳能 D.煤
答案 B
2.(2019届河南焦作定位考试,12)下列说法正确的是( )
A.已知C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
B.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则稀硫酸溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热ΔH=-114.6 kJ·mol-1
C.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH<0
D.已知H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH1=-a kJ·mol-1,H2(g)+Cl2(g)2HCl(l) ΔH2=-b kJ·mol-1,则a
MgBr2>MgCl2>MgF2
C.工业上可电解MgCl2溶液冶炼金属镁,该过程需吸收热量
D.金属镁和卤素单质(X2)的反应能自发进行是因为ΔH均小于零
答案 D
3.(2018黑龙江哈师大附中期中,15)已知:NH3·H2O(aq)与H2SO4(aq)反应生成1 mol正盐的ΔH=-24.2 kJ·mol-1;强酸、强碱稀溶液发生中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则NH3·H2O在水溶液中电离的ΔH等于( )
A.+45.2 kJ·mol-1 B.-45.2 kJ·mol-1
C.+69.4 kJ·mol-1 D.-69.4 kJ·mol-1
答案 A
4.(2018河北衡水中学大联考,13)已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下:
①2NO(g) N2O2(g)(快) ΔH1<0 平衡常数K1;
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢) ΔH2<0 平衡常数K2。
下列说法正确的是( )
A.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH=-(ΔH1+ΔH2)
B.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常数K=K1K2
C.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率
D.反应过程中的能量变化可用右图表示
答案 C
5.(2017北京朝阳二模,11)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术,其反应过程与能量关系如图1;研究发现在以Fe2O3为主的催化剂上可能发生的反应过程如图2。
下列说法正确的是( )
A.NH3催化还原NO为吸热反应
B.过程Ⅰ中NH3断裂非极性键
C.过程Ⅱ中NO为氧化剂,Fe2+为还原剂
D.脱硝的总反应为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)
答案 D
6.(2018河北衡水中学四模,9)我国利用合成气直接制烯烃获重大突破,其原理是:
反应①:C(s)+12O2(g) CO(g) ΔH1
反应②:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH2
反应③:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3=-90.1 kJ·mol-1
反应④:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2(g) ΔH4,能量变化如下图所示
反应⑤:3CH3OH(g) CH3CH CH2(g)+3H2O(g) ΔH5=-31.0 kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.反应③使用催化剂,ΔH3减小
B.反应④中正反应的活化能大于逆反应的活化能
C.ΔH1-ΔH2<0
D.3CO(g)+6H2(g) CH3CH CH2(g)+3H2O(g) ΔH=-121.1 kJ·mol-1
答案 C
7.(2018黑龙江大庆铁人中学期中,26)研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。已知:
①CO(g)+12O2(g) CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
②S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH=-296.0 kJ·mol-1
此反应的热化学方程式是 。
(2)氮氧化物是引起光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。已知:CO(g)+NO2(g) NO(g)+CO2(g) ΔH=
-a kJ·mol-1(a>0)
2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=-b kJ·mol-1(b>0)
若用标准状况下3.36 L CO(g)还原NO2(g)至N2(g)(CO完全反应)的整个过程中转移的电子数为 ,放出的热量为 kJ(用含a和b的代数式表示)。
(3)用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。例如:
CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol-1……Ⅰ
CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2……Ⅱ
若1 mol CH4(g)还原NO2(g)至N2(g),整个过程中放出的热量为867 kJ,则ΔH2= 。
答案 (1)2CO(g)+SO2(g) S(s)+2CO2(g) ΔH=-270 kJ·mol-1
(2)0.3NA 3(2a+b)/80
(3)-1 160 kJ·mol-1
8.(2018河南、河北重点高中一联,19)乙炔广泛用于焊接、焊割及有机合成等方面。
(1)已知下列热化学方程式:
4CH4(g)+3O2(g) 2C2H2(g)+6H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1;
2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g) ΔH3。
①ΔH3= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。
②已知下列共价键的键能数据:
共价键
C—H
H—H
键能/kJ·mol-1
413.4
436
812
ΔH3= kJ·mol-1(填数值)。
(2)氯仿(CHCl3)与金属银共热可以制取乙炔,该反应的化学方程式为
。
(3)向压强为1.0×104 kPa的恒压密闭容器中充入1 mol乙炔和1 mol HCl气体,在催化剂作用下乙炔与HCl发生反应: CH2 CHCl(g),乙炔的平衡转化率与温度的关系如图所示。
①该反应的ΔH 0(填“>”或“<”);N点时乙炔的反应速率v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②M点对应温度下,该反应的平衡常数Kp= kPa-1(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)①a-3b2 ②+360.4
(2)2CHCl3+6Ag
(3)①< > ②2.4×10-3
炼技法
方法集训
方法 反应热大小的比较与反应热的计算
1.(2019届四川成都顶级名校零诊,5)下列有关热化学方程式的叙述正确的是( )
A.2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ/mol,则H2的燃烧热ΔH=-285.8 kJ/mol
B.已知C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
C.含200 g NaOH的稀NaOH溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7 kJ的热量,则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的热化学方程式为:NaOH(aq)+CH3COOH(aq)CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-57.4 kJ/mol
D.2C(s)+2O2(g)2CO2(g) ΔH1,2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2
答案 A
2.(2018陕西黄陵中学期中,7)强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应为:H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1。分别向1 L 0.5 mol·L-1 Ba(OH)2溶液中加入浓硫酸、稀硝酸、稀醋酸,恰好完全反应的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,下列关系正确的是( )
A.ΔH1>ΔH2>ΔH3 B.ΔH1>ΔH2=ΔH3
C.ΔH1<ΔH2<ΔH3 D.ΔH1=ΔH2<ΔH3
答案 C
3.(2017河南中原名校第四次质考,11)以锌锰废电池中的碳棒为原料回收MnO2的过程中涉及如下反应:
①MnO2(s)+C(s) MnO(s)+CO(g) ΔH1=+24.4 kJ·mol-1
②MnO2(s)+CO(g) MnO(s)+CO2(g) ΔH2=-148.1 kJ·mol-1
③2MnO2(s)+C(s) 2MnO(s)+CO2(g) ΔH3
则下列判断正确的是( )
A.ΔH1<ΔH3
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.反应①的活化能为24.4 kJ·mol-1
D.反应③一定不能自发进行
答案 B
4.(2018福建百所重点校联合考试,19节选)乙烯可用作合成纤维、合成橡胶、塑料的原料。回答下列问题:
(1)实验室用乙醇和五氧化二磷制取乙烯的过程如下:
P2O5+3H2O 2H3PO4;
H3PO4+C2H5OH C2H5OPO(OH)2(磷酸单乙酯)+H2O;
170~200 ℃时,C2H5OPO(OH)2会分解生成乙烯和磷酸。
C2H5OPO(OH)2分解反应的化学方程式为 。
(3)用CrO3作催化剂,CO2重整C2H6制乙烯的反应过程如下:
C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH1;
3H2(g)+2CrO3(s) 3H2O(g)+Cr2O3(s) ΔH2;
Cr2O3(s)+3CO2(g) 3CO(g)+2CrO3(s) ΔH3。
①反应C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)的ΔH= (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
②已知部分化学键的键能数据如下表所示,则ΔH1= kJ·mol-1。
化学键
C—C
CC
C—H
H—H
键能/kJ·mol-1
348
615
413
436
答案 (1)C2H5OPO(OH)2 CH2CH2↑+H3PO4
(3)①(3ΔH1+ΔH2+ΔH3)/3 ②+123
过专题
【五年高考】
A组 统一命题·课标卷题组
考点一 反应热的有关概念
1.(2015课标Ⅱ,27,14分)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
C O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413
由此计算ΔH1= kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3= kJ·mol-1。
(2)反应①的化学平衡常数K表达式为 ;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母),其判断理由是 。
图1 图2
(3) 合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而 (填“增大”或“减小”),其原因是
;图2中的压强由大到小为 ,其判断理由是
。
答案 (1)-99 +41(每空2分,共4分)
(2)K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)[或Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)](1分)
a 反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小(每空1分,共2分)
(3)减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低(1分,2分,共3分) p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高(每空2分,共4分)
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
2.(2014课标Ⅱ,13,6分)室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为:CuSO4·5H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
3.(2017课标Ⅰ,28,14分)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
答案 (1)D
(2)H2O(l) H2(g)+12O2(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
4.(2018课标Ⅱ,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g) CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1
C(s)+12O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填标号)。
A.高温低压 B.低温高压
C.高温高压 D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2·L-2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
积碳反应
CH4(g) C(s)+
2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)
2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1)
75
172
活化能/
(kJ·mol-1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断,催化剂X Y(填“优于”或“劣于”),理由是
。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。
A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。
答案 (1)247 A 13
(2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
5.(2014课标Ⅰ,28,15分)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题:
(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。写出相应反应的化学方程式 。
(2)已知:
甲醇脱水反应 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)
ΔH1=-23.9 kJ·mol-1
甲醇制烯烃反应 2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)
ΔH2=-29.1 kJ·mol-1
乙醇异构化反应 C2H5OH(g) CH3OCH3(g)
ΔH3=+50.7 kJ·mol-1
则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)的ΔH= kJ·mol-1。与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是 。
(3)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中nH2O∶nC2H4=1∶1)。
①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ,理由是
。
③气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃、压强6.9 MPa,nH2O∶nC2H4=0.6∶1。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。
答案 (1)C2H4+H2SO4C2H5OSO3H、
C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4
(2)-45.5 污染小、腐蚀性小等
(3)①p(C2H5OH)p(C2H4)·p(H2O)=20%np2n-20%n80%np2n-20%n2=20×180802×7.85 MPa=0.07 (MPa)-1
②p10
C.加热0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液,CO32-的水解程度和溶液的pH均增大
D.对于乙酸与乙醇的酯化反应(ΔH<0),加入少量浓硫酸并加热,该反应的反应速率和平衡常数均增大
答案 C
2.(2013福建理综,11,6分)某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO。其过程如下:
mCeO2 (m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2 mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确的是( )
A.该过程中CeO2没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.右图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e- CO32-+2H2O
答案 C
3.(2013北京理综,6,6分)下列设备工作时,将化学能转化为热能的是( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
答案 D
4.(2013重庆理综,6,6分)已知:
P4(g)+6Cl2(g) 4PCl3(g) ΔH=a kJ·mol-1,
P4(g)+10Cl2(g) 4PCl5(g) ΔH=b kJ·mol-1,
P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2c kJ·mol-1。
下列叙述正确的是( )
A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B.可求Cl2(g)+PCl3(g) PCl5(s)的反应热ΔH
C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4 kJ·mol-1
D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8 kJ·mol-1
答案 C
考点二 热化学方程式 盖斯定律及其应用
5.(2013课标Ⅱ,12,6分)在1 200 ℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)+32O2(g) SO2(g)+H2O(g) ΔH1
2H2S(g)+SO2(g)32S2(g)+2H2O(g) ΔH2
H2S(g)+12O2(g) S(g)+H2O(g) ΔH3
2S(g) S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为( )
A.ΔH4=23(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
B.ΔH4=23(3ΔH3-ΔH1-ΔH2)
C.ΔH4=32(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)
D.ΔH4=32(ΔH1-ΔH2-3ΔH3)
答案 A
6.(2015安徽理综,27,14分)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值。某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4,其流程如下:
已知:NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙胺(沸点:33 ℃)。
(1) 在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气,该操作的目的是
。原料中的金属钠通常保存在 中,实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有 、 、玻璃片和小刀等。
(2)请配平第①步反应的化学方程式:
NaBO2+ SiO2+ Na+ H2 NaBH4+ Na2SiO3
(3)第②步分离采用的方法是 ;第③步分出NaBH4并回收溶剂,采用的方法是 。
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是 。
答案 (1)除去反应器中的水蒸气和空气 煤油 镊子 滤纸
(2)1NaBO2+2SiO2+4Na+2H2 1NaBH4+2Na2SiO3
(3)过滤 蒸馏
(4)NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216.0 kJ·mol-1
7.(2015四川理综,11,16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O 15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择 (填字母编号)。
A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25 ℃,101 kPa时:
4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s) ΔH=-1 648 kJ/mol
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-393 kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g) 2FeCO3(s) ΔH=-1 480 kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2 Fe+2Li2S,正极反应式是 。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3 kg。
答案 (1)Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
(2)C (3)Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解产生H+
(4)4FeCO3(s)+O2(g) 2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260 kJ/mol
(5)FeS2+4Li++4e- Fe+2Li2S或FeS2+4e- Fe+2S2-
(6)0.011 8ab-0.646c或29ab2 450-1 131c1 750
8.(2014广东理综,31,16分)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g) 1/4CaS(s)+CO2(g)
ΔH1=-47.3 kJ·mol-1
②CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)
ΔH2=+210.5 kJ·mol-1
③CO(g) 1/2C(s)+1/2CO2(g)
ΔH3=-86.2 kJ·mol-1
(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH= (用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线如图所示,结合各反应的ΔH,归纳lgK~T曲线变化规律:
a) ;
b) 。
(3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应①于900 ℃达到平衡,c平衡(CO)=8.0×10-5 mol·L-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。
(4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入 。
(5)以反应①中生成的CaS为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生CaSO4,该反应的化学方程式为 ;在一定条件下,CO2可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为 。
答案 (1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3
(2)a)放热反应的lgK随温度升高而下降(或“吸热反应的lgK随温度升高而升高”)
b)放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大
(3)由题图查得反应①在900 ℃时:lgK=2
平衡常数K=102=100
设容器容积为V L,反应①达到平衡时CO的浓度减少x mol·L-1
14CaSO4(s)+CO(g) 14CaS(s)+CO2(g)
c开始(mol·L-1) x+8.0×10-5 0
c平衡(mol·L-1) 8.0×10-5 x
K=c平衡(CO2)c平衡(CO)=x8.0×10-5=100
x=100×8.0×10-5=8.0×10-3
CO转化率=8.0×10-3×V(8.0×10-3+8.0×10-5)×V×100%=99%
(4)CO2
(5)CaS+2O2 CaSO4
9.(2014大纲全国,28,15分)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题:
(1)已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6 ℃和76 ℃,AX5的熔点为167 ℃。室温时AX3与气体X2反应生成1 mol AX5,放出热量123.8 kJ。该反应的热化学方程式为 。
(2)反应AX3(g)+X2(g) AX5(g)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2 mol。反应在不同条件下进行,反应体系总压强随时间的变化如图所示。
①列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)= 。
②图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到小的次序为 (填实验序号);与实验a相比,其他两组改变的实验条件及判断依据是:b 、c 。
③用p0表示开始时总压强,p表示平衡时总压强,α表示AX3的平衡转化率,则α的表达式为
;实验a和c的平衡转化率:αa为 、αc为 。
答案 (1)AX3(l)+X2(g) AX5(s) ΔH=-123.8 kJ·mol-1(2分)
(2)①0.10mol10 L×60min=1.7×10-4 mol·L-1·min-1(3分)
②bca(2分) 加入催化剂。反应速率加快,但平衡点没有改变(2分) 温度升高。反应速率加快,但平衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变,但起始总压强增大)(2分)
③α=2(1-pp0)(2分) 50%(1分) 40%(1分)
10.(2013北京理综,26,14分)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NOx能形成酸雨,写出NO2转化为HNO3的化学方程式: 。
(2)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:
①写出该反应的热化学方程式: 。
②随温度升高,该反应化学平衡常数的变化趋势是 。
(3)在汽车尾气系统中装置催化转化器,可有效降低NOx的排放。
①当尾气中空气不足时,NOx在催化转化器中被还原成N2排出。写出NO被CO还原的化学方程式:
。
②当尾气中空气过量时,催化转化器中的金属氧化物吸收NOx生成盐。其吸收能力顺序如下:12MgO<20CaO<38SrO <56BaO。原因是 ,元素的金属性逐渐增强,金属氧化物对NOx的吸收能力逐渐增强。
(4)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如下:
①Pt电极上发生的是 反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式: 。
答案 (1)3NO2+H2O 2HNO3+NO
(2)①N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=+183 kJ·mol-1
②增大
(3)①2CO+2NO N2+2CO2
②根据Mg、Ca、Sr和Ba的质子数,得知它们均为ⅡA族元素。同一主族的元素,从上到下,原子半径逐渐增大
(4)①还原
②NO+O2--2e- NO2
【三年模拟】
一、选择题(每题6分,共42分)
1.(2018河北邢台期末,12)H2S的分解反应是一个可逆反应,其能量与反应过程的关系如图所示,下列有关说法中正确的是( )
A.正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.若减小体系的压强,则该反应的焓变将增大
C.升高温度,化学反应速率加快,H2S的平衡转化率减小
D.向密闭容器中充入1 mol H2S充分反应,吸收84.9 kJ的热量
答案 A
2.(2019届黑龙江顶级名校一调,12)如图所示,下列说法中不正确的是( )
A.反应过程(1)的热化学方程式为A2(g)+B2(g)C(g) ΔH1=-Q1 kJ·mol-1
B.反应过程(2)的热化学方程式为C(g)A2(g)+B2(g) ΔH2=+Q2 kJ·mol-1
C.Q1与Q2的关系:Q1>Q2
D.ΔH2>ΔH1
答案 C
3.(2018河北邢台期末,11)一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是( )
A.氢能属于二次能源
B.图中能量转化的方式至少有6种
C.太阳能电池的供电原理与燃料电池相同
D.太阳能、风能、氢能都属于新能源
答案 C
4.(2018湖南H11教育联盟联考,7)已知化学反应A2(g)+B2(g) 2AB(g) ΔH=+100 kJ·mol-1的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是( )
A.加入催化剂,该反应的反应热ΔH将减小
B.每形成2 mol A—B键,将吸收b kJ能量
C.每生成2分子AB吸收(a-b) kJ能量
D.该反应正反应的活化能大于100 kJ·mol-1
答案 D
5.(2017江西赣州十三县联考,14)下列说法中正确的是( )
A.常温下,反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
B.已知2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1,则CO的燃烧热ΔH=-283 kJ
C.已知H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则稀H2SO4和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1
D.500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,热化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ·mol-1
答案 A
6.(2018晋豫省际大联考,11)S2Cl2和SCl2均为重要的化工原料,都满足8电子稳定结构。
已知:①S2(l)+Cl2(g) S2Cl2(g) ΔH1=x kJ·mol-1
②S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g) ΔH2=y kJ·mol-1
③相关化学键的键能如下表所示:
化学键
S—S
S—Cl
Cl—Cl
键能/kJ·mol-1
a
b
c
下列说法中错误的是( )
A.SCl2的结构式为Cl—S—Cl
B.S2Cl2的电子式为：Cl····：S····：S····：Cl····：
C.y=2b-a-c
D.在S2(l)+2Cl2(g) 2SCl2(g)的反应中,ΔH=(x+y) kJ·mol-1
答案 C
7.(2017湖南六校联考,13)已知:C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1,CO2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH2,2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH3,4Fe(s)+3O2(g) 2Fe2O3(s) ΔH4,3CO(g)+Fe2O3(s) 3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5。下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.2ΔH1>ΔH3 B.ΔH3=ΔH4+ΔH5
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.ΔH2<0,ΔH4<0
答案 C
二、非选择题(共58分)
8.(2017江西调研四,28)(12分)防治雾霾天气的主要措施有机动车临时交通管制、工矿企业停业限产、扬尘污染控制等。
(1)PM2.5是环保部门监测空气质量的重要指标。将某PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样,测得试样中无机离子(OH-忽略不计)的种类和平均浓度如下表:
离子种类
Na+
NH4+
SO42-
NO3-
浓度(mol/L)
2.0×10-6
2.8×10-5
3.5×10-5
6.0×10-5
则试样的pH为 。
(2)雾霾的主要成分之一是来自汽车尾气的氮氧化物,研究表明CH4可以消除汽车尾气中氮氧化物的污染。
①CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ/mol
②N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) ΔH=+67.2 kJ/mol
③2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ/mol
写出甲烷气体催化还原N2O4气体生成稳定的单质气体、二氧化碳气体和液态水的热化学方程式:
。
(3)一定条件下,以CO 和H2合成清洁能源CH3OH,其热化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH (g) ΔH,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:
①该可逆反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。A、B、C三点对应的平衡常数KA、KB、KC的大小关系是 。压强:p1 p2(填“>”“<”或“=”)。在T1条件下,由D点到B点过程中,正、逆反应速率之间的关系:v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②若在恒温恒容条件下进行上述反应,能表示该可逆反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.CO的体积分数保持不变
B.容器内混合气体的密度保持不变
C.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗CO的浓度等于生成CH3OH的浓度
③向恒压密闭容器中充入2 mol CO和4 mol H2,在p2、T2条件下达到平衡状态C点,此时容器容积为2 L,则在该条件下反应的平衡常数K为 。
答案 (1)4(2分)
(2)CH4(g)+N2O4(g) N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-899.9 kJ/mol(2分)
(3)① < KA=KB>KC < >(每空1分)
②AC(2分) ③1(2分)
9.(2018河北张家口期末,17)(16分)TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。已知:
Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g)
ΔH1=-175.4 kJ·mol-1
Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程式为
。升高温度,对该反应的影响为 。
(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为E,则E 220.9 kJ·mol-1(填“>”“<”或“=”)。
(3)t ℃时,向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2,发生反应Ⅰ。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。
①0~5 min内,用Cl2表示的反应速率v(Cl2)= 。
②TiCl4的平衡转化率α= 。
③下列措施,既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率的是 (填选项字母)。
A.缩小容器容积 B.加入催化剂
C.分离出部分TiO2 D.增大O2浓度
④t ℃时,向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合气体,发生反应Ⅰ,两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比[n(TiCl4)n(O2)]的关系如图所示:
能表示TiCl4平衡转化率的曲线为 (填“L1”或“L2”);M点的坐标为 。
答案 (1)TiCl4(g)+2CO(g) TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) ΔH=+45.5 kJ·mol-1(2分) 反应速率加快,反应物的转化率增大(2分)
(2)>(2分)
(3)①0.008 mol·L-1·min-1(2分)
②20%(2分)
③D(2分)
④L2(2分) (1,17×100%)(2分)
10.(2018湖北八市联考,28)(14分)减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。合理应用和处理碳、氮及其化合物,在生产、生活中有重要意义。
(1)对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一,相关反应如下:
已知H2和CH4的燃烧热ΔH分别为-285.5 kJ/mol和-890.0 kJ/mol;H2O(l) H2O(g) ΔH=+44.0 kJ/mol。
试写出H2还原CO2生成CH4和H2O(g)的热化学方程式: 。
(2)CO2在Cu-ZnO催化下,可同时发生反应Ⅰ、Ⅱ,两反应可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-57.8 kJ/mol
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.2 kJ/mol
①某温度时,若反应Ⅰ的速率v1大于反应Ⅱ的速率v2,则下列反应过程的能量变化正确的是 (填字母)。
②对于有气体参加的反应,表示平衡常数Kp时,用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)。
已知:气体各组分的分压等于总压乘以该组分的体积分数。
在Cu-ZnO存在的条件下,保持温度为T,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时容器内各气体物质的量如下表:
CO2(g)
H2(g)
CH3OH(g)
CO(g)
H2O(g)
起始/mol
5.0
7.0
0
0
0
平衡/mol
n1
n2
起始总压为p0 kPa,达平衡时总压为p kPa。若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时,p0=1.2p,则表中n1= ;若此时n2=3,则反应Ⅰ的平衡常数Kp= (无需带单位,用含总压p的式子表示)。
(3)汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成,可采用氧化还原法脱硝:
4NO(g)+4NH3(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)
ΔH<0
根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是 ;氨氮物质的量之比一定时,在400 ℃时,脱硝效率最大,其可能的原因是 。
(4)用活性炭还原法也可以处理氮氧化物,某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应:C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH>0。在T ℃时,反应进行到不同时刻测得各物质的物质的量浓度如下:
浓度/(mol/L)
时间/min
0
10
20
30
40
50
NO
1.0
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
N2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
CO2
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
30 min后,只改变某一条件,根据上表的数据判断改变的条件可能是 。
A.通入一定量的CO2 B.加入合适的催化剂
C.适当缩小容器的体积 D.通入一定量的NO
E.加入一定量的活性炭 F.适当升高温度
答案 (1)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.0 kJ/mol(2分,状态没有标注或部分标注,扣 1分,没有书写“-”得0分,方程式配平错误不得分)
(2)①D(2分) ②1.0(2分) 754p2(2分)
(3)温度 400 ℃,氨氮物质的量之比为1(2分,“温度”和“氨氮物质的量之比”每点1分) 在 400 ℃时催化剂的活性最好,催化效率高,同时温度较高,反应速率快(2分,答对1点给1分)
(4)CD(2分,答对1个给1分,错答0分)
11.(2019届湖南四校摸底,17)(16分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢气的制备、应用等环节。回答下列问题:
(1)氢气的制备
热化学硫碘循环分解水以太阳能为热源,是一种高效、无污染的制氢方法,其反应过程如图所示。
反应Ⅱ包含两步反应:
①H2SO4(l)SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177 kJ·mol-1
②2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=+196 kJ·mol-1
写出反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)氢气的应用
CO2加氢制备甲酸(HCOOH)可用于回收利用CO2。温度为T1时,将等物质的量的CO2和H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH,化学平衡常数K=1。
实验测得:v正=k正·c(CO2)·c(H2),v逆=k逆·c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。
①当CO2的转化率为33.3%时,HCOOH的体积分数为 。
②T1时,k逆= (用k正表示)。当升高温度至T2时,k逆=0.9k正,则ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
③采用电还原法可将CO2转化为甲酸根,用Sn为阴极,Pt为阳极,KHCO3溶液为电解液进行电解。CO2应通入 (填“阳极”或“阴极”)区,其电极反应式为 。
④可用NaHCO3代替CO2作为碳源加氢制备甲酸。向反应器中加入NaHCO3水溶液、Al粉、Cu粉,在300 ℃下反应。NaHCO3用量一定时,Al、Cu的用量对碳转化量影响结果如图。由图可知,曲线d相对其他三条曲线碳转化量变化不大的主要原因是 ,当碳转化量为30%时所采用的实验条件是
。
答案 (1)2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)
ΔH=+550 kJ·mol-1(2分)
(2)①20.0%(2分) ②k正(2分) >(2分) ③阴极(2分) 2CO2+2e-+H2OHCOO-+HCO3-(2分) ④Al的用量对碳转化量影响较大,曲线d中Al的用量少(2分) Al/C=8∶1,Cu/Al=2∶1,反应150 min(或Al/C=8∶1,Cu/Al=1∶1,反应180 min,2分)
