专题五 化学反应中的能量变化.docx
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专题五化学反应中的能量变化
1.(2013年湖南长沙高考模拟)已知反应:
①2C(s)+O2(g)=2CO(g)△H=-221kJ/mol
②H+(aq)+OH-(aq)=H2O
(1);△H=-57.3kJ/mol下列结论正确的是 ()
A.碳的燃烧热大于110.5kJ/mol
B.①的反应热为221kJ/mol
C.稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为-57.3kJ/mol
D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水,放出57.3kJ热量
2.(吉林省2013届高三期末考试)三硫化磷(P4S3)是黄绿色针状晶体,易燃、有毒,分子结构之一如下图所示,已知其燃烧热△H=-3677kJ/mol(P被氧化为P4O10),下列有关P4S3的说法中不正确的是 ( )
A.P4S3中磷元素为+3价
B.分子中每个原子最外层均达到8电子稳定结构
C.热化学方程式为P4S3(s)+8O2(g)=P4O10(s)+3SO2(g) △H=-3677kJ/mol
D.分子中存在极性键与非极性键
3.(吉林省2013届高三期末考试)下列变化过程属于吸热的是 ( )
A.氯化铵的溶解
B.SO2的催化氧化
C.NO2转化成N2O4
D.生石灰转化为熟石灰
4.(江苏无锡2013届高三上学期期末考试)向甲、乙、丙三个密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:
xA(g)+B(g)
2C(g)。
各容器的反应温度、反应物起始量,反应过程中C的浓度随时间变化关系分别以下表和下图表示:
容器
甲
乙
丙
容积
0.5L
0.5L
1.0L
温度
T1
T2
T3
反应物
起始量
0.5molA
1.5molB
0.5molA
1.5molB
2.0molA
6.0molB
下列说法正确的是 ( )
A.由图可知:
T12,且该反应为吸热反应
B.T2时该反应的平衡常数K=0.8
C.l0min内甲容器中反应的平均速率v(B)=0.025mol·(L·min)-1
D.T1℃,若起始时甲容器中充入1.5molA、0.5molB,平衡时B的转化率为25%
5.(江苏无锡2013届高三上学期期末考试)据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。
下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是 ( )
6.(2013年黑龙江省哈尔滨市高三月考)工业生产水煤气的反应为:
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),ΔH=+131.4kJ/mol,下列判断正确的是( )
A.生成物能量总和小于反应物能量总和
B.CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(l),ΔH=-131.4kJ/mol
C.该水煤气反应中生成1molH2(g)需吸收131.4kJ热量
D.该水煤气反应中1molC(s)和1molH2O(g)反应需吸收131.4kJ热量
7.(2013届北京东城高三月考)X、Y、Z、W有如图所示的转化关系,已知焓变△H=△H1+△H2,则X、Y可能是 ( )
①C、CO ②AlCl3、Al(OH)3 ③N2、NO ④S、SO2
A.①② B.②③ C.③④ D.①②④
8.(2012年浙江省温州八校联考)符合如图所示的转化关系,且当X、Y、Z的物质的量相等时,存在焓变△H=△H1+△H2。
满足上述条件的X、Y可能是 ( )
①C、CO ②S、SO2 ③Na、Na2O ④AlCl3、Al(OH)3 ⑤Fe、Fe(NO3)2 ⑥NaOH、Na2CO3
A.①④⑤ B.①②③ C.①③④ D.①③④⑤⑥
9.(2012安徽合肥二模)下列说法不正确的是( )
A.人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子化合物
B.太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于节能环保
C.“冰,水为之,而寒于水”,说明相同质量的水和冰,水的能量高
D.锅炉中沉积的CaSO4可用Na2CO3溶液浸泡后再用酸溶解去除
10.(2012年山西省太原市二模)中学化学教材中有大量数据。
下列是某同学对数据的利用情况,其中正确的是( )
A.利用焓变的数据或熵变的数据一定能单独判断反应是否能自发进行
B.利用反应热数据大小判断不同反应的反应速率大小
C.利用沸点数据推测将一些液体混合物分离开来的可能性
D.利用溶液的pH与7的大小关系,判断pH=6.8的溶液一定显酸性
11.(天津市2013年高三联考)I.已知:
反应
4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=—115.6kJ/mol
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH= —184kJ/mol
请回答:
(1)H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是 。
(2)断开1molH—O键所需能量约为 kJ。
II.实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。
化工行业的发展必须符合国家
节能减排的总体要求。
试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知某反应的平衡表达式为:
,它所对应的化学方程式为:
.
(2)已知在400℃时,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H<0 的K=0.5,则400℃时,在0.5L的反应容器中进行合成氨反应,一段时间后,测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol,则此时反应v(N2)正 v(N2)逆(填:
>、<、=、不能确定);欲使得该反应的化学反应速率加快,同时使平衡时NH3的体积百分数增加,可采取的正确措施是 (填序号)
A.缩小体积增大压强 B.升高温度 C.加催化剂 D.使氨气液化移走
(3)在一定体积的密闭容器中,进
行如下化学反应:
A(g)+3B(g)
2C(g)+D(s)ΔH,其化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/K
300
400
500
…
K/(mol·L-1)2
4×106
8×107
K1
…
请完成下列问题:
①判断该反应的ΔH 0(填“>”或“<”)。
②在一定条件下,能判断该反应一定达化学平衡状态的是 (填序号)。
A.3v(B)(正)
=2v(C)(逆)
B.A和B的转化率相等
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(4)已知甲醇燃料电池的工作原理如图所示
该电池工作时,a口放出的物质为_________,该电池正极的电极反应式为:
,工作一段时间后,当3.2g甲醇完全反应生成CO2时,有 mol电子发生转移。
12.(四川成都2013年高三毕业诊断)(14分)合成氨工业对国防具有重要意义,如制硝酸、合成纤维以及染料等。
(1)已知某些化学键的键能数据如下表:
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能kJ·mol-1
946
436
390
合成氨的热化学反应方程式为 。
(2)常温下,向饱和NaCl与饱和氨水的混合溶液中通入过量CO2,有NaHCO3固体析出,该反应的化学方程式为 ;所得溶液中离子的电荷守恒式是 ;若向饱和NaCl与饱和CO2的混合溶液中通入氨气,则没有NaHCO3固体析出,原因是 。
(3)氨氮废水(含NH3、NaOH和Na2SO4)超标排放会造成水体富营养化。
右图通过直接电化学氧化法有效除去某工厂氨气。
其中阴离子的流动方向为 (填“向a极”或“向b极”),电解过程中,b极区的pH (填“增大”或“减小”或“不变”),阳极反应方程式为 。
13.(江苏南通2013高三调研)(12分)在高温高压下CO具有极高的化学活性,能与多种单质或化合物反应。
(1)若在恒温恒容的容器内进行反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有 。
(填字母)
a.容器内的压强保持不变
b.容器中H2浓度与CO浓度相等
c.容器中混合气体的密度保持不变
d.CO的生成速率与H2的生成速率相等
(2)CO—空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。
该电池负极的电极反应式为 。
(3)一定条件下,CO与H2可合成甲烷,反应方程式为:
CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g)
①一定条件下,该反应能够自发进行的原因是 。
②已知H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1和890.0kJ·mol-1。
写出CO与H2反应生成CH4和CO2的热化学方程式:
。
(4)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,反应方程式为:
.
CH3OH(g)+CO(g)
HCOOCH3(g) △H=-29.1kJ·mol-1
科研人员对该反应进行了研究.部分研究结果如下:
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率"看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是 。
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是 。
14.(湖北省7市2013年期末联考)(14分)I.科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。
目前合成氨的技术原理为氮气和氢气在高温高压催化剂条件下生成氨气,一定条件下,向一个2L的密闭容器中充入2molN2和6molH2,反应达平衡时生成NH3的浓度为0.5mol/L,并放出QkJ热量,该反应的热化学方程式可表示为______。
II.已知:
N2O4(g)
2NO2(g)ΔH=+57.20kJ·mol-1
在100℃时,将0.100molN2O4气体充入1L恒容抽空的密闭容器中,每隔一定时间对该容器内的物质浓度进行分析得到下表数据:
时间(s)
0
20
40
60
80
c(N2O4)/mol/L
0.100
c1
0.050
c3
c4
c(NO2)/mol/L
0.000
0.060
c2
0.120
0.120
(1)该反应的平衡常数表达式为______;从表中数据分析:
c1______c2、c3______c4(选填“>”、“<”或“=”)。
(2)在右图中画出并标明此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。
(3)在上述条件下,从反应开始至达到化学平衡时,四氧化二氮的平均反应速率为______。
(4)若起始时充入NO2气体0.200mol,则达到平衡时NO2气体的转化率为______;其它条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是______(填字母)。
A.减小NO2的浓度
B.降低温度 C.增加NO2的浓度
D.升高温度 E.再充入一定量的He
(5)向容积相同、温度分别为T1和T2的两个密闭容器中分别充入等量NO2,发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH=-57.20kJ·mol-1。
恒温恒容下反应相同时间后,分别测得体系中NO2的百分含量分别为a1和a2;巳知T1 A.大于 B.小于 C.等于 D.以上都有可能 15.(2013年河南名校联考)(14分)甲醇是一种理想的液体燃料,工业上可以利用CO与H2反应合成甲醇,即CO(g)+2H2(g) CH3OH(l) △H=-129kJ·mol-1。 (1)已知: ①CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H=-283kJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-571.6kJ·mol-1 则CH3OH(l)燃烧生成CO2和液态水的热化学方程式为_________________________。 (2)在体积为2L的密闭容器中加入4molH2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况如图所示。 ①该反应在0~3min内用H2表示的反应速率为___________________。 ②10min时达到化学平衡状态,该反应的平衡常数为____________;平衡时CH3OH(g)的体积分数为_____________。 ③该反应达到平衡状态的标志是_____________________。 a.混合气体的密度不变 b.H2的生成速率是CH3OH(g)生成速率的2倍 c.CO浓度是CH3OH(g)浓度的1/3 d.CO、H2和CH3OH(g)的分子数之比为1: 2: 1 ④不改变投料量,要增大反应速率且增大混合气体中CH3OH(g)的体积分数,可采取的措施是________________________________________________________________。 16.(河北省石家庄市2013年模拟)(14分)最近几年我国已加大对氮氧化物排放的控制力度。 消除氮氧化物污染有多种方法。 (l)用CH4还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。 已知: ①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-574kJ·mol-1 ②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1160kJ·mol-1 ③H2O(g)=H2O (1) ΔH=-44.0kJ·mol-1 CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式为______。 (2)用活性炭还原法也可处理氮氧化物。 有关反应为: 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)ΔH<0 起始时向密闭容器中充入一定量的C(s)和NO2(g),在不同条件下,测得各物质的浓度变化状况如下图所示。 ①0〜10min内,以CO2表示的平均反应速率v(CO2)=________。 ②0〜10min,10〜20min,30〜40min三个阶段NO2的转化率分别为a1、a2、a3,其中最小的为_______,其值是_______________。 ③计算反应达到第一次平衡时的平衡常数K=_____。 ④第10min时,若只改变了影响反应的一个条件,则改变的条件为_____(填选项字母)。 A.增加C(s)的量 B.减小容器体积 C.加入催化剂 ⑤20〜30min、40〜50min时体系的温度分别为T1和T2,则T1_____T2(填“>”、“<”或“=”),判断的理由是____________________。 17.(2013年湖北黄冈质检化学试题,26)(14分)铁元素是重要的金属元素,单质铁在工业和生活中使用得最为广泛。 铁还有很多重要的化合物及其化学反应,如铁与水反应: 3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)△H。 (1)上述反应的平衡常数表达式K=_______。 (2)已知: ①3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s) ΔH1=-1118.4kJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2=-483.8kJ·mol-1 ③2H2(g)+O2(g)=2H2O (1) ΔH3=-571.8kJ·mol-1 则△H=_______。 在t℃时,该反应的平衡常数K=16,在2L恒温恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。 Fe H2O(g) Fe3O4 H2 甲/mol 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 乙乙/mol 1.0 1.5 1.0 1.0 ①甲容器中H2O的平衡转化率为_______(结果保留一位小数)。 ②下列说法正确的是_______(填编号)。 A.若容器压强恒定,则反应达到平衡状态 B.若容器内气体密度恒定,则反应达到平衡状态 C.甲容器中H2O的平衡转化率大于乙容器中H2O的平衡转化率 D.增加Fe3O4就能提高H2O的转化率 (4) 若将(3)中装置改为恒容绝热(不与外界交换能量)装置,按下表充入起始物质,起始时与平衡后的各物质的量见表: Fe H2O(g) Fe3O4 H2 起始/mol 3.0 4.0 1.0 0 0 乙平衡/mol m n p q 若在达平衡后的装置中继续加入A、B、C三种状况下的各物质,见表: Fe H2O(g) Fe3O4 H2 A/mol 3.0 4.0 1.0 0 0 乙 B/mol 0 0 1 4 C/mol m n p q 当上述可逆反应再一次达到平衡状态后,上述各装置中H2的百分含量按由大到小的顺序排列的关系是________(用A、B、C表示)。 已知Fe(OH)3的Ksp=2.79×10-39,而FeCl3溶液总是显示较强的酸性,若某FeCl3溶液的pH为3,则该溶液中c(Fe3+)=________mol•L-1(结果保留3位有效数字)。 18.(2012年山西省太原市二模)(14分)用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备应用广泛的氯化钴的工艺流程如下: 注: 钴与盐酸反应极慢,需加入催化剂硝酸才能进行实际生产。 有关钴、镍和铁化合物的性质见下表: 化学式 沉淀完全时的pH 有关性质 Co(OH)2 9.4 Co+2HCl CoCl2+H2↑ Co2++2NH3·H2O Co(OH)2↓+2N Co2++2H2O Co(OH)2+2H+ Ni+2HCl NiCl2+H2↑ Ni2++6NH3·H2O [Ni(NH3)6]2++6H2O Fe(OH)2 9.6 Fe(OH)3 3.7 (1)“除镍”步骤中,NH3·H2O用量对反应收率的影响见下表: 加NH3·H2O调pH 收率/% Ni2+的含量/% 9 98.1 0.08 9.5 98 0.05 10 97.6 0.005 10.3 94 0.005 从表中可知x= 时,除镍效果最好。 (2)“除镍”步骤必须控制在一定时间内完成,否则沉淀中将有部分Co(OH)2转化为Co(OH)3,此反应的化学方程式为 。 (3)“除铁”步骤中加入纯碱的作用是 (请用离子方程式表示)。 (4)在“调pH”步骤中,加入盐酸的作用是 。 (5)已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,则该温度下反应Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+的平衡常数K= 。 (6)已知: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH=-218kJ·mol-1 Fe3O4(s)+CO(g) 3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+640.5kJ·mol-1 写出CO气体还原Fe3O4固体得到Fe固体和CO2气体的热化学方程式: 。 19.(2010天津,7)X、Y、Z、L、M五种元素的原子序数依次增大。 X、Y、Z、L是组成蛋白质的基础元素,M是地壳中含量最高的金属元素。 回答下列问题: (1,易)L的元素符号为 ;M在元素周期表中的位置为 ;五种元素的原子半径从大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 (2,易)Z、X两元素按原子数目比1∶3和2∶4构成分子A和B,A的电子式为 ,B的结构式为 。 (3,易)硒(Se)是人体必需的微量元素,与L同一主族,Se原子比L原子多两个电子层,则Se的原子序数为 ,其最高价氧化物对应的水化物化学式为 。 该族2~5周期元素单质分别与H2反应生成1mol气态氢化物的反应热如下,表示生成1mol硒化氢反应热的是 (填字母代号)。 a.+99.7kJ·mol-1 b.+29.7kJ·mol-1 c.-20.6kJ·mol-1 d.-241.8kJ·mol-1 (4,中)用M单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q。 写出阳极生成R的电极反应式: ;由R生成Q的化学方程式: 。 20.(2009江苏,20)联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料,N2H4与N2O4反应能放出大量的热。 (1,易)已知: 2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-57.20kJ·mol-1。 一定温度下,在密闭容器中反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡。 其他条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是(填字母)。 A.减小NO2的浓度 B.降低温度 C.增加NO2的浓度 D.升高温度 (2,易)25℃时,1.00gN2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l),放出19.14kJ的热量。 则反应2N2H4(l)+N2O4(l) 3N2(g)+4H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。 (3,中)17℃、1.01×105Pa,密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时,c(NO2)=0.0300mol·L-1、c(N2O4)=0.0120mol·L-1。 计算反应2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数K。 (4,中)现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应,制得1.00L已达到平衡的N2O4和NO2的混合气体(17℃、1.01×105Pa),理论上至少需消耗Cu多少克? 21.(2012海南,13)氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用。 回答下列问题: (1,易)氮元素原子的L层电子数为 ; (2,易)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为 ; (3,易)肼可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。 已知: ①N2(g)+2O2(g) N2O4(l) ΔH1=-19.5kJ·mol-1 ②N2H4(l)+O2(g) N2(g)+2H2O(g)
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