（课标Ⅲ）2020版高考化学一轮复习 专题十一 化学能与热能课件

专题十一化学能与热能高考化学(课标Ⅲ)A组课标Ⅲ卷区题组五年高考考点一化学反应中能量变化的有关概念及计算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)ΔH1②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2③CO2(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—HC—OC  OH—OC—HE/(kJ·mol-1)4363431076465413由此计算ΔH1=kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·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= [或Kp= ](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)p3p2p1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)322(CH)(CO)(H)cOHcc322(CH)(CO)(H)pOHpp解析(1)由反应热与键能的关系可得,ΔH1=1076kJ·mol-1+2×436kJ·mol-1-3×413kJ·mol-1-343kJ·mol-1-465kJ·mol-1=-99kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应③=②-①,则ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58kJ·mol-1-(-99kJ·mol-1)=+41kJ·mol-1。(2)由化学平衡常数的定义知,K= ;ΔH10,即反应①是放热反应,升高温度,K值减小,故a曲线能正确反映平衡常数K随温度变化关系。322(CH)(CO)(H)cOHcc思路分析(1)根据盖斯定律计算反应③的反应热;(2)化学平衡常数只受温度影响,根据温度对平衡移动的影响,判断温度对平衡常数的影响;(3)根据压强、温度对反应①、③的影响,分析CO的转化率变化的原因。知识拓展对于此类化学图像问题,可按以下方法进行分析:①认清坐标系,理清纵、横坐标所代表的意义,并与化学反应原理挂钩。②紧扣反应特征,理清反应方向是吸热还是放热,气体体积是增大还是减小,有无固体、纯液体物质参加反应。③看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势等。考点二热化学方程式的书写及盖斯定律2.(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=-23.9kJ·mol-1甲醇制烯烃反应2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)ΔH2=-29.1kJ·mol-1乙醇异构化反应C2H5OH(g) CH3OCH3(g)ΔH3=+50.7kJ·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 ∶ =1∶1)。2HOn24CHn①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6.9MPa, ∶ =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、。2HOn24CHn答案(1)C2H4+H2SO4 C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4(2)-45.5污染小、腐蚀性小等(3)① = = =0.07(MPa)-1②p1p2p3p4反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高③将产物乙醇液化移去增加 ∶ 比25242(CH)(CH)(H)pOHppO220%220%80%220%npnnnpnn220180807.85MPa2HOn24CHn解析(2)将题给反应依次编号为①、②、③,反应①减去反应②再减去反应③即得C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g),故ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-23.9kJ·mol-1-(-29.1kJ·mol-1)-(+50.7kJ·mol-1)=-45.5kJ·mol-1。与间接水合法相比,气相直接水合法没有使用浓硫酸,减轻了酸对设备的腐蚀,且无酸性废液产生,污染小。(3)②由题给曲线知,相同温度、不同压强下乙烯的转化率大小是p4p3p2p1,而C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)为气体分子数(气体总体积)减小的反应,压强越高,C2H4转化率越高,故压强大小关系是p1p2p3p4。③欲提高C2H4的转化率,除增大压强和降低温度外,还可使C2H5OH蒸气液化而减小生成物浓度或增加 ∶ 的值,即增大H2O(g)的浓度。2HOn24CHn思路分析(1)效仿乙酸乙酯的水解反应书写硫酸氢乙酯的水解反应。(2)利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变。(3)①利用“三段式”计算平衡分压,代入Kp的表达式计算即可;②根据压强对平衡移动的影响分析。3.(2013课标Ⅰ,28,15分)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:甲醇合成反应:(ⅰ)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH1=-90.1kJ·mol-1(ⅱ)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49.0kJ·mol-1水煤气变换反应:(ⅲ)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH3=-41.1kJ·mol-1二甲醚合成反应:(ⅳ)2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH4=-24.5kJ·mol-1回答下列问题:(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是(以化学方程式表示)。(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响。(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为。根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响。(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是。(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW·h=3.6×106J)。答案(1)Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O 2NaAl(OH)4、NaAl(OH)4+CO2 Al(OH)3↓+NaHCO3、2Al(OH)3 Al2O3+3H2O(2)消耗甲醇,促进甲醇合成反应(ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(ⅲ)消耗部分CO(3)2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7kJ·mol-1该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加。压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大(4)反应放热,温度升高,平衡左移(5)CH3OCH3+3H2O 2CO2+12H++12e-12 ÷(3.6×106J·kW-1·h-1)=8.39kW·h·kg-1111000g1.20V1296500l46gmol1kgCmo解析(2)反应(ⅳ)消耗甲醇,减小了甲醇的浓度,反应(ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;另外反应(ⅳ)生成的H2O通过反应(ⅲ)也会消耗部分CO。(3)(ⅰ)式×2+(ⅳ)式即得:2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7kJ·mol-1。增大压强对该反应的影响是:①反应速率增大;②平衡右移,CO和H2的转化率增大,CH3OCH3的产率增加。(4)升高温度CO的转化率降低的原因是正反应放热,升高温度,平衡左移。(5)碳元素由-2价升高到+4价,故一个二甲醚分子失去的电子数为2×[(+4)-(-2)]=12,燃料电池的负极反应为CH3OCH3+3H2O-12e- 2CO2+12H+。根据题给能量密度的计算公式可列式计算出二甲醚直接燃料电池的能量密度。思路分析(1)工业上用铝土矿制备较高纯度Al2O3的方法是先用NaOH溶液溶解铝土矿得到NaAl(OH)4溶液,然后再向溶液中通入过量CO2得到Al(OH)3沉淀,最后灼烧Al(OH)3即可得到Al2O3。(2)与CO转化有关的反应有反应(ⅰ)、反应(ⅲ),分析反应(ⅳ)对反应(ⅰ)、反应(ⅲ)的影响即可。(3)第一问根据盖斯定律即可写出结果。(4)根据反应的热效应可判断。(5)根据原电池原理解答。B组课标Ⅰ、课标Ⅱ、自主命题·省(区、市)卷题组考点一化学反应中能量变化的有关概念及计算1.(2019北京理综,7,6分)下列示意图与化学用语表述内容不相符的是(水合离子用相应离子符号表示) ()ABCD NaCl溶于水 电解CuCl2溶液 CH3COOH在水中电离 H2与Cl2反应能量变化NaCl Na++Cl-CuCl2 Cu2++2Cl-CH3COOH CH3COO-+H+H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)ΔH=-183kJ·mol-1答案B本题考查了电解质的电离、电离方程式的书写、电解原理和化学键与能量的关系等知识。通过图示、化学方程式等形式考查学生接受、吸收、整合化学信息的能力;试题以图示形式呈现物质变化规律,体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养及运用模型解释化学现象、揭示现象的本质和规律的学科思想,体现了学以致用的价值观念。B项中用惰性电极电解CuCl2溶液的化学方程式是CuCl2 Cu+Cl2↑。解题方法D项中反应热的计算方法是:ΔH=-(生成HCl所放出的能量-断裂H2、Cl2中的化学键所吸收的能量)=-(431kJ·mol-1×2-436kJ·mol-1-243kJ·mol-1)=-183kJ·mol-1。2.(2015北京理综,9,6分)最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下: 下列说法正确的是 ()A.CO和O生成CO2是吸热反应B.在该过程中,CO断键形成C和OC.CO和O生成了具有极性共价键的CO2D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程答案CA项,CO和O生成CO2是放热反应;B项,观察反应过程的示意图知,该过程中,CO中的化学键没有断裂形