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专题十二化学反应中的能量变化高考化学(北京专用)五年高考A组自主命题·北京卷题组考点一化学反应中能量变化的有关概念及计算1.(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成C和O;C项,CO和O生成的CO2分子中含有极性共价键;D项,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程。审题技巧认真观察题给示意图,注意其表示CO和O在催化剂表面形成化学键的过程。解题关键明确从能量高的状态到能量低的状态,要释放能量,并能根据图示分析物质变化情况。2.(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 ()ABCD 硅太阳能电池锂离子电池太阳能集热器燃气灶答案D硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,A项错误;锂离子电池是将化学能转化为电能的装置,B项错误;太阳能集热器是将太阳能转化为热能的装置,C项错误;燃气通过燃气灶发生燃烧反应,如CH4+2O2 CO2+2H2O,实现了化学能到热能的转化,D项正确。审题技巧太阳能电池是把太阳能转化为电能的装置;原电池是把化学能转化为电能的装置。解题关键燃料燃烧时可把化学能转化为热能。3.(2019北京理综,27节选)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是。②已知反应器中还存在如下反应:ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)ΔH1ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)ΔH2ⅲ.CH4(g) C(s)+2H2(g)ΔH3……ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用反应的ΔH。③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是(选填字母序号)。a.促进CH4转化b.促进CO转化为CO2c.减少积炭生成④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。 从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:。答案(1)①CH4+2H2O 4H2+CO2②C(s)+2H2O(g) CO2(g)+2H2(g)或C(s)+CO2(g) 2CO(g)③abc④降低CaO+CO2 CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积解析本题考查的内容是化学反应原理中的化学反应与能量变化、化学平衡的移动等。试题的综合性强、信息量大,侧重考查了学生接受、吸收、整合化学信息的能力和分析问题、解决问题的能力,体现了变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的学科核心素养及培养学生关注社会发展、科技进步的意识和创新思维、创新意识的价值观念。(1)②反应ⅲ中有固体碳生成,而ⅰ、ⅱ中都没有碳参与反应,所以必须有一个有碳参与的反应的ΔH才能计算ΔH3。4.(2015北京理综,26,12分)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示: (1)反应Ⅰ的化学方程式是。(2)反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层——含低浓度I2的H2SO4层和含高浓度I2的HI层。①根据上述事实,下列说法正确的是(选填序号)。a.两层溶液的密度存在差异b.加I2前,H2SO4溶液和HI溶液不互溶c.I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶②辨别两层溶液的方法是。③经检测,H2SO4层中c(H+)∶c(S )=2.06∶1。其比值大于2的原因是。(3)反应Ⅱ:2H2SO4(l) 2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)ΔH=+550kJ·mol-1。它由两步反应组成:ⅰ.H2SO4(l) SO3(g)+H2O(g)ΔH=+177kJ·mol-1;ⅱ.SO3(g)分解。L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时,ⅱ中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。 ①X代表的物理量是。②判断L1、L2的大小关系,并简述理由:。24O答案(1)SO2+I2+2H2O H2SO4+2HI(2)①a、c②观察颜色,颜色深的是HI层,颜色浅的是H2SO4层③H2SO4层中含有少量HI(3)①压强②L1L2;SO3(g)分解的热化学方程式:2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)ΔH=+196kJ·mol-1,当压强一定时,温度升高,平衡转化率增大解析(1)仔细观察题图可知,反应Ⅰ的化学方程式为SO2+I2+2H2O H2SO4+2HI。(2)①溶液分为两层,说明溶液的密度肯定存在差异,a正确;加I2前,H2SO4溶液和HI溶液互溶,b错误;依题意,I2在HI层中的浓度比在H2SO4层中的高,说明I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶,c正确。②I2在HI溶液中的浓度大于在H2SO4溶液中的浓度,故溶液颜色前者较深,可用观察溶液颜色深浅的方法辨别两层溶液。③H2SO4层含有少量HI,故c(H+)∶c(S )2。(3)根据盖斯定律可得,2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)的ΔH=+550kJ·mol-1-2×(+177kJ·mol-1)=+196kJ·mol-1,故升高温度,平衡正向移动,SO3的平衡转化率增大;增大压强,平衡逆向移动,SO3的平衡转化率减小,故X代表的物理量是压强,L1L2。24O审题技巧(2)理解已知信息中的关键语句,溶液分两层说明密度有差异;两层溶液中I2的浓度不同说明I2在HI溶液和H2SO4溶液中的溶解度不同。思路分析(1)认真分析反应过程示意图,找出反应物和生成物,写出化学方程式;(2)仔细阅读已知信息,筛选有用信息,结合所学知识分析推理;(3)观察图像,结合平衡移动原理作出判断。5.(2018北京理综,27节选)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下: (1)反应Ⅰ:2H2SO4(l) 2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)ΔH1=+551kJ·mol-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g) SO2(g)ΔH3=-297kJ·mol-1反应Ⅱ的热化学方程式:。(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2p1(填“”或“”),得出该结论的理由是。考点二热化学方程式的书写及正误判断 答案(1)3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s)ΔH2=-254kJ·mol-1(2)反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向进行,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大解析(1)反应Ⅱ为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s),根据盖斯定律,由(反应Ⅰ+反应Ⅲ)即得反应Ⅱ的逆反应,所以反应Ⅱ的ΔH=-(551-297)kJ·mol-1=-254kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,加压时平衡正向移动,H2SO4的物质的量分数会升高,所以p2p1。6.(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:12MgO20CaO38SrO56BaO。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=+183kJ·mol-1②增大(3)①2CO+2NO N2+2CO2②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解析(2)①由题干信息可知:N2(g) 2N(g)ΔH1=+945kJ·mol-1,O2(g) 2O(g)ΔH2=+498kJ·mol-1,2N(g)+2O(g) 2NO(g)ΔH3=-1260kJ·mol-1。根据盖斯定律可得:N2(g)+O2(g) 2NO(g)ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+183kJ·mol-1。(3)②根据题给Mg、Ca、Sr、Ba的质子数,结合每一周期容纳的元素种数可推出Mg、Ca、Sr、Ba都为ⅡA族元素,它们分别位于第三、四、五、六周期,同一主族元素,从上到下,原子半径依次增大,金属性逐渐增强。(4)①由题图提供的信息可知Pt电极上O2得电子,发生还原反应:O2+4e- 2O2-。②在NiO电极上NO被氧化成NO2:NO+O2--2e- NO2。解题关键(2)要求考生从化学反应实质的角度认识化学反应过程中的能量变化,并进行相关计算。解答本题需要明确什么是键能,键能与化学反应的焓变有何关系。7.(2012北京理综,26,13分)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。反应A:4HCl+O2 2Cl2+2H2O(1)已知:ⅰ.反应A中,4molHCl被氧化,放出115.6kJ的热量。ⅱ. ①H2O的电子式是。②反应A的热化学方程式是。③断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为kJ,H2O中H—O键比HCl中H—Cl键(填“强”或“弱”)。(2)对于反应A,下图是在4种投料比[n(HCl)∶n(O2),分别为1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下,反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。 ①曲线b对应的投料比是。②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是。③投料比为2∶1、温度为400℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是。答案(1)①H·· ··H②4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)ΔH=-115.6kJ/mol③32强(2)①4∶1②投料比越高,对应的反应温度越低③30.8%O解析(1)③设H—O键的键能为x,H—Cl键的键能为y,则有-115.6kJ/mol=-2×243kJ/mol-4x+4y+498kJ/mol,化简得x-y=31.9kJ/mol,即断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为32kJ,H2O中H—O键比HCl中H—Cl键强。(2)①相同条件下,O2的浓度越大,HCl的平衡转化率越高,故曲线a、d分别对应n(HCl)∶n(O2)为6∶1、1∶1的情况,曲线b对应的投料比是4∶1。②在图上做一平行于反应温度轴的直线与曲线b、c、d相交,可以看出,当不同投料比下HCl的平衡转化率相同时,曲线b对应的温度最低,曲线d对应的温度最高。则可得出结论:投料比越高,对应的反应温度越低。③投粒比为2∶1、温度为400℃时HCl的平衡转化率为80%。设反应开始时n(HCl)=2amol,n(O2)=amol。4HCl(g)+O2(g) 2