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1、專題五　化學(xué)能與熱能 1．[2012·江蘇化學(xué)，4]某反應(yīng)的反應(yīng)過程中能量變化如圖所示(圖中E1表示正反應(yīng)的活化能，E2表示逆反應(yīng)的活化能)。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng) B．催化劑能改變該反應(yīng)的焓變 C．催化劑能降低該反應(yīng)的活化能 D．逆反應(yīng)的活化能大于正反應(yīng)的活化能 2. [2012·大綱全國理綜，9]反應(yīng)A＋B→C(ΔH<0)分兩步進行：①A＋B→X(ΔH>0)，②X→C(ΔH<0)。下列示意圖中，能正確表示總反應(yīng)過程中能量變化的是(　　) 3. [2012·重慶理綜，12]肼(H2NNH2)是一種高能燃料，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示。已知

2、斷裂1 mol化學(xué)鍵所需的能量(kJ)：N≡N為942、O＝O為500、N－N為154，則斷裂1 mol N－H鍵所需的能量(kJ)是(　　) A．194　　　　　　　　 B. 391 C. 516 D. 658 4. [2012·北京理綜，26]用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機物時會產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反應(yīng)A，可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反應(yīng)A：4HCl＋O22Cl2＋2H2O (1)已知：ⅰ.反應(yīng)A中，4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的熱量。 ⅱ. ①H2O的電子式是___________________________________。 ②反應(yīng)A的熱化

3、學(xué)方程式是____________________________。 ③斷開1 mol H－O鍵與斷開1 mol H－Cl鍵所需能量相差約為________kJ，H2O中H－O鍵比HCl中H－Cl鍵(填“強”或“弱”) ________。 (2)對于反應(yīng)A，下圖是在4種投料比[n(HCl)∶n(O2)，分別為1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下，反應(yīng)溫度對HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。 ①曲線b對應(yīng)的投料比是________。 ②當(dāng)曲線b、c、d對應(yīng)的投料比達到相同的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時，對應(yīng)的反應(yīng)溫度與投料比的關(guān)系是________。 ③投料比為2∶1、溫度為400 ℃時，平衡混

4、合氣中Cl2的物質(zhì)的量分數(shù)是________。 5．[2012·課標全國理綜，27]光氣(COCl2)在塑料、制革、制藥等工業(yè)中有許多用途，工業(yè)上采用高溫下CO與Cl2在活性炭催化下合成。 (1)實驗室中常用來制備氯氣的化學(xué)方程式為_____________ _________。 (2)工業(yè)上利用天然氣(主要成分為CH4)與CO2進行高溫重整制備CO，已知CH4、H2和CO的燃燒熱(ΔH)分別為－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，則生成1 m3(標準狀況)CO所需熱量為________； (3)實驗室中可用氯仿(CHCl3)與

5、雙氧水直接反應(yīng)制備光氣，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________； (4)COCl2的分解反應(yīng)為COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反應(yīng)體系達到平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示(第10 min到14 min的COCl2濃度變化曲線未示出)： ①計算反應(yīng)在第8 min時的平衡常數(shù)K＝________； ②比較第2 min反應(yīng)溫度T(2)與第8 min反應(yīng)溫度T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“<”“>”或“＝”)； ③若12 min時反應(yīng)于溫度T(8)下重新達到平衡，則此時c(C

6、OCl2)＝________mol·L－1； ④比較產(chǎn)物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min時平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小________； ⑤比較反應(yīng)物COCl2在5～6 min和15～16 min時平均反應(yīng)速率的大?。? v(5～6)________v(15～16)(填“<”“>”或“＝”)，原因是_______ __________________________________________________________。 6．[2012·江蘇化學(xué)，20]鋁是地殼中含量最高的金屬元素，其單質(zhì)及合

7、金在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日趨廣泛。 (1)真空碳熱還原－氯化法可實現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： Al2O3(s)＋AlCl3(g)＋3C(s)===3AlCl(g)＋3CO(g)ΔH＝a kJ·mol－1 3AlCl(g)===2Al(l)＋AlCl3(g) ΔH＝b kJ·mol－1 ①反應(yīng)Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b的代數(shù)式表示)。 ②Al4C3是反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物。Al4C3與鹽酸反應(yīng)(產(chǎn)物之一是含氫量最高的烴)的化學(xué)方程式為_______________________

8、________ __________________________________________________________。 (2)鎂鋁合金(Mg17Al12)是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護下，將一定化學(xué)計量比的Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得。該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al。得到的混合物Y(17MgH2＋12Al)在一定條件下可釋放出氫氣。 ①熔煉制備鎂鋁合金(Mg17Al12)時通入氬氣的目的是__________ ________________________________________

9、__________________。 ②在6.0 mol·L－1 HCl溶液中，混合物Y能完全釋放出H2。1 mol Mg17Al12完全吸氫后得到的混合物Y與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H2的物質(zhì)的量為________。 ③在0.5 mol·L－1 NaOH和1.0 mol·L－1 MgCl2溶液中，混合物Y均只能部分放出氫氣，反應(yīng)后殘留固體物質(zhì)的X－射線衍射譜圖如圖所示(X－射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)。 在上述NaOH溶液中，混合物Y中產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是________(填化學(xué)式)。 (3)鋁電池性能優(yōu)越，Al－Ag2O電池可用作水下

10、動力電源，其原理如圖所示。該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。 7. [2012·浙江理綜，27]甲烷自熱重整是先進的制氫方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反應(yīng)系統(tǒng)同時通入甲烷、氧氣和水蒸氣，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)有： 化學(xué)方程式 焓變ΔH/kJ·mol－1 活化能Ea/kJ·mol－1 甲烷氧化 CH4(g)＋2O2(g)=== CO2(g)＋2H2O(g) －802.6 125.6 CH4(g)＋O2(g)=== CO2(g)＋2H2(g) －322.0 172.5 蒸汽重整 CH4(g)＋H2O(g) ===CO(g)＋3H2(g) 206.2 24

11、0.1 CH4(g)＋2H2O(g) ===CO2(g)＋4H2(g) 165.0 243.9 回答下列問題： (1)反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。 (2)在初始階段，甲烷蒸汽重整的反應(yīng)速率________甲烷氧化的反應(yīng)速率(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可表示平衡常數(shù)(記作Kp)，則反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)的Kp＝________；隨著溫度的升高，該平衡常數(shù)________(填“增大”“減小”

12、或“不變”)。 (4)從能量角度分析，甲烷自熱重整方法的先進之處在于________。 (5)在某一給定進料比的情況下，溫度、壓強對H2和CO物質(zhì)的量分數(shù)的影響如下圖： ①若要達到H2物質(zhì)的量分數(shù)>65%、CO物質(zhì)的量分數(shù)<10%，以下條件中最合適的是________。 A. 600 ℃，0.9 MPa B．700 ℃，0.9 MPa C. 800 ℃，1.5 MPa D．1000 ℃，1.5 MPa ②畫出600 ℃，0.1 MPa條件下，系統(tǒng)中H2物質(zhì)的量分數(shù)隨反應(yīng)時間(從常溫進料開始計時)的變化趨勢示意圖： (6)如果進料中氧氣量過大，最終導(dǎo)致H

13、2物質(zhì)的量分數(shù)降低，原因是_______________________________________________________ __________________________________________________________。 8. [2012·天津理綜，10]金屬鎢用途廣泛，主要用于制造硬質(zhì)或耐高溫的合金，以及燈泡的燈絲。高溫下，在密閉容器中用H2還原WO3可得到金屬鎢，其總反應(yīng)為 WO3(s)＋3H2(g)W(s)＋3H2O(g)。 請回答下列問題： (1)上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為________。 (2)某溫度下反應(yīng)達平衡時，H2與水蒸氣的

14、體積比為2∶3，則H2的平衡轉(zhuǎn)化率為________；隨溫度的升高，H2與水蒸氣的體積比減小，則該反應(yīng)為________反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。 (3)上述總反應(yīng)過程大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度的關(guān)系如下表所示： 溫度 25 ℃～550 ℃～600 ℃～700 ℃ 主要成分 WO3　W2O5　 WO2 　W 第一階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________； 580 ℃時，固體物質(zhì)的主要成分為________；假設(shè)WO3完全轉(zhuǎn)化為W，則三個階段消耗H2物質(zhì)的量之比為________。 (4)已知：溫度過高時，WO2(s)轉(zhuǎn)變

15、為WO2(g)： WO2(s)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g) ΔH＝＋66.0 kJ·mol－1 WO2(g)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g) ΔH＝－137.9 kJ·mol－1 則WO2(s)WO2(g)的ΔH＝________。 (5)鎢絲燈管中的W在使用過程中緩慢揮發(fā)，使燈絲變細，加入I2可延長燈管的使用壽命，其工作原理為W(s)＋2I2(g)WI4(g)。下列說法正確的有________。 a．燈管內(nèi)的I2可循環(huán)使用 b．WI4在燈絲上分解，產(chǎn)生的W又沉積在燈絲上 c．WI4在燈管壁上分解，使

16、燈管的壽命延長 d．溫度升高時，WI4的分解速率加快，W和I2的化合速率減慢 專題五　化學(xué)能與熱能 解析 1．C 圖中生成物總能量高于反應(yīng)物總能量，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A錯；使用催化劑可降低活化能而影響反應(yīng)速率，但不會影響焓變，B錯，C正確；圖中E1為正反應(yīng)活化能，E2為逆反應(yīng)活化能，E1>E2，D錯誤。 2. D ①A＋B→X ΔH>0，X具有的能量大于A、B能量總和，A、C錯誤，②X→C ΔH<0，A＋B→C ΔH<0，C具有的能量小于X具有的能量，也小于A、B能量總和，D正確，B錯誤。 3. B 由題中的圖像可以看出斷裂1 mol N2H4(g)和1 mol O2(

17、g)中的化學(xué)鍵所要吸收的能量為：2752 kJ－534 kJ＝2218 kJ 設(shè)斷裂1 mol N－H鍵所需要的能量為x 則：154 kJ＋4x＋500 kJ＝(2752－534) kJ 解得x＝391 kJ。 4．答案：(1)①HH ②4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ/mol ③32 強 (2)①4∶1 ②投料比越高，對應(yīng)的反應(yīng)溫度越低 ③30.8% 解析：(1)由題給條件可知，4 mol HCl被氧化，放出熱量為115.6 kJ，可知ΔH＝－115.6 kJ/mol；由ΔH＝－(生成物鍵能之和－反應(yīng)物鍵能之和)可得，

18、E(H－O)－E(H－Cl)＝[115.6＋(498－2×243)/4 kJ/mol＝31.9 kJ/mol，鍵能越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定、越強，所以水中的H－O鍵比氯化氫中H－Cl鍵強。(2)在其他條件不變時，O2的量越大，HCl的轉(zhuǎn)化率越大，由此可確定a為6∶1，b為4∶1，c為2∶1，d為1∶1；由圖可知，當(dāng)HCl的轉(zhuǎn)化率相同時，溫度由低到高對應(yīng)的投料比為4∶1、2∶1、1∶1，由此可確定溫度與投料比的關(guān)系是：投料比越高達到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低；由圖可讀出投料比為2∶1、溫度為400℃時，HCl的轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)投入的HCl為2 mol，O2為1 mol，由此可建立三段式： 　　　　4

19、HCl＋O22Cl2＋2H2O n(起)/mol 2 1 0 0 Δn/mol 1.6 0.4 0.8 0.8 n(平)/mol 0.4 0.6 0.8 0.8 所以平衡混合氣中Cl2的物質(zhì)的量分數(shù)＝×100%＝30.8%。 5．答案：(1)MnO2＋4HCl(濃)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (2)5.52×103 kJ (3)CHCl3＋H2O2===HCl＋H2O＋COCl2 (4)①0.234 mol·L－1 ②< ③0.031 ④v(5～6)>v(2～3)＝v(12～13) ⑤> 在相同溫度時，該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越

20、大 解析：(1)實驗室用濃鹽酸與MnO2混合加熱制Cl2。 (2)首先依據(jù)燃燒熱概念寫出： ①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1， ②H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1， ③CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1； 再寫出CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)， ①式－②式×2－③式×2即得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)， 所以ΔH＝ΔH1－2ΔH2－2ΔH3＝(－890.

21、3＋285.8×2＋283.0×2) kJ·mol－1＝＋247.3 kJ·mol－1， 生成1 m3 CO所需熱量為 ×247.3 kJ·mol－1×≈5520 kJ。 (3)由CHCl3生成COCl2，碳的化合價由＋2升高到＋4，升高2價，由H2O2生成H2O化合價降低2，所以上述物質(zhì)的計量數(shù)均為1，即CHCl3＋H2O2→COCl2＋H2O，依據(jù)Cl守恒還應(yīng)有HCl生成。 (4)①c(Cl2)＝0.11 mol·L－1、c(CO)＝0.085 mol·L－1、c(COCl2)＝0.04 mol·L－1，代入K＝≈0.234 mol·L－1；②第4 min時，Cl2與CO的濃度均逐

22、漸增大；再結(jié)合此反應(yīng)正向為吸熱反應(yīng)，所以第4 min時改變的條件一定是升高溫度，故T(2)v(15～16)；應(yīng)從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素入手分析，由圖像可知4～18分鐘溫度相同，只能從濃度角度分析。 6. 答案：(

23、1)①a＋b ②Al4C3＋12HCl===4AlCl3＋3CH4↑ (2)①防止Mg、Al被空氣氧化 ②52 mol ③Al (3)2Al＋3Ag2O＋2NaOH===2NaAlO2＋6Ag＋H2O 解析：(1)①上述兩式相加即得Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)，所以ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1；②反應(yīng)物為Al4C3和HCl，生成物為AlCl3＋CH4，配平即可。 (2)①Mg、Al化學(xué)性質(zhì)比較活潑，均能與O2反應(yīng)；充入Ar，防止Mg、Al被氧化。 ②1 mol Mg17Al12完全吸氫后生成MgH2和Al，其中n(MgH2)

24、＝17 mol，n(Al)＝12 mol，故有： MgH2＋2HCl===2H2↑＋MgCl2 1 2 17 mol 34 mol 2Al＋6HCl===3H2↑＋2AlCl3 2 3 12 mol 18 mol 共生成n(H2)＝(34＋18) mol＝52 mol ③在NaOH溶液中的衍射譜圖是圖中位于上方的曲線，由(a)NaOH曲線可知殘留固體中有MgH2、Al(OH)3，無Al、Mg(OH)2、Mg2(OH)3Cl·4H2O，所以Al參加反應(yīng)，MgH2不參加反應(yīng)。 (3)負極電極反應(yīng)式為2Al

25、－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 正極電極反應(yīng)式為3Ag2O＋6e－＋3H2O===6Ag＋6OH－ 兩式相加即得電池反應(yīng)：2Al＋3Ag2O＋2OH－===2AlO＋6Ag＋H2O，改寫為化學(xué)方程式2Al＋3Ag2O＋2NaOH===2NaAlO2＋6Ag＋H2O；此題也可直接分析參加反應(yīng)的物質(zhì)為Al、Ag2O、NaOH，生成物為NaAlO2、Ag、H2O配平即可。 7. 答案：(1)－41.2 (2)小于 (3) 增大 (4)系統(tǒng)內(nèi)強放熱的甲烷氧化反應(yīng)為強吸熱的蒸汽重整反應(yīng)提供了所需的能量(其他合理答案均可) (5)①B ② (6)甲烷

26、氧化程度過高，氫氣和氧氣反應(yīng)(其他合理答案均可) 解析：(1)根據(jù)蓋斯定律： ①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝206.2 kJ·mol－1 ②CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝165.0 kJ·mol－1 ②－①，得：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝165.0 kJ·mol－1－206.2 kJ·mol－1＝－41.2 kJ·mol－1 (2)初始階段由于甲烷蒸汽重整的活化能大于甲烷氧化的活化能，故其反應(yīng)速率小于甲烷氧化的反應(yīng)速率。 (3)由平衡常數(shù)的

27、表達式遷移類推可以得出Ksp＝ 由于CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大。 (4)系統(tǒng)內(nèi)放熱的甲烷氧化反應(yīng)為吸熱的蒸汽重整反應(yīng)提供了所需的能量。 (5)①本題結(jié)合兩個圖像和題目要求，采用排除法即可得出正確答案為B。 ②解決本題要明確起點、終點和變化趨勢，開始時，H2的物質(zhì)的量為0，然后隨著時間的推移，H2的物質(zhì)的量分數(shù)逐漸增大，查閱溫度壓強圖像可知H2的最終物質(zhì)的量分數(shù)為70%。 ③氧氣量過大，H2會與O2發(fā)生反應(yīng)。 8．答案：(1)K＝ (2)60% 吸熱 (3)2WO3＋H2W2O5＋H2O W2O5、W

28、O2 1∶1∶4 (4)＋203.9 kJ·mol－1 (5)ab 解析：(1)根據(jù)可逆反應(yīng)方程式可知該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式K＝。 (2)當(dāng)H2與H2O(g)體積比為2∶3時，由元素守恒可計算H2的轉(zhuǎn)化率為×100%＝60%，隨溫度升高，V(H2)∶V(H2O)變小，即H2減少，H2O增多，平衡右移，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。 (3)第一階段反應(yīng)方程式為2WO3＋H2W2O5＋H2O；580℃時，屬于第二階段反應(yīng)，處于W2O5向WO2轉(zhuǎn)化階段，W2O5＋H22WO2＋H2O，固體為W2O5和WO2；第三階段發(fā)生反應(yīng)WO2＋2H2W＋2H2O，對比三階段反應(yīng)可知，若WO3完全轉(zhuǎn)化為W，三個階段消耗H2之比為1∶1∶4。 (4)應(yīng)用蓋斯定律，兩式相減可得WO2(s)WO2(g) ΔH＝＋203.9 kJ·mol－1。 (5)隨溫度變化燈管內(nèi)碘可在單質(zhì)與化合物間轉(zhuǎn)換，可循環(huán)使用。因為燈絲溫度高于燈管壁溫度，所以在燈絲上WI4 (g)分解生成的W可附著在燈絲上，而在燈管壁上發(fā)生W(s)＋2I2(g)===WI4(g)反應(yīng)。