高中化学专题15化学能与热能

专题15化学能与热能

一、选择题

i.下列依据热化学方程式得出的结论正确的是()

A.已知C(石墨，s)=C(金刚石，s)AH>0,则金刚石比石墨稳定

B.已知C(s)+O2(g)=CO2(g)NH\C(s)+l/2O2(g)=CO(g)KHr,则

C.已知2H2(g)+C)2(g)=2H2O(g)AH=-483.6kJ/mol,则氢气的燃烧热为241.8kJ/mol

D.放热过程(AH<0)或燧增加(AS>0)的过程一定是自发的

【答案】B

【解析】A.已知R石哭，s)=C(金刚石，$)AH>0,石黑能量小于金刚石，则金刚石比石器活泼，石黑比

金刚石稳定，故A错误；B.己知ZasKXMgAZOCh侬△%、2Qs)-O2(g)=2CO(g)AH2,一氧化碳转化为

二氧化碳是放热过程；蛤变包含负号，则故B正确；C.氢气的燃烧热是值Imd氢气完全燃

烧生成液态水放出的热量，单位是kTmol,气态水不是稳定氧化物，故C错误；D.当△G=ZkH-T-ZkS<0

时，皮应能自发进行，当△HVO,AS>0时，△(^△出广△SVO,一定能自发进行，而△H>0,AS<0

时不能自发进行，AH>。，AS>0sJjAH<0,ASVO能否自发进行，取决于反应的温度，故D错误；故

选B。

【题型】选择题

【难度】容易

2.已知通常情况下，ImolC(石墨)完全燃烧生成CO2气体时放热393.5KJ,ImolCO气体

完全燃烧生成CO2气体时放热283.0KJ。下列说法正确的是()

A.石墨燃烧生成CO气体的热化学方程式为：

2c(石墨)+C)2(g)=2CO(g)AH=-110.5kJ/mol

B.C(石墨)不完全燃烧，生成CO2和CO两种气体时，可放热283.0kJ

C.C(石墨)和CO2(g)反应生成CO(g)的反应是吸热反应

D.若金刚石的燃烧生成CO2气体放出的热量大于石墨，则石墨变成金刚石的变化是放热反

应

【答案】C

【】

A、石墨、一氧化碳的燃烧热分别是393.5kJ・mo「和283.0KJ・mo「，石墨燃烧的热化学方程

式为(1)C(s,石墨)+。2(g)=CO2(g)AHl=-393.5kJ/mol；一氧化碳燃烧的热化学方

程式为(2)CO(g)+l/2O2(g)=CO2(g)△H2=-283.0kJ/mol；根据盖斯定律，(1)-(2)

得C(石墨)+1/202(g)=CO(g)△H=-110.5kJ・mo『,即2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)

△H=-221kJ・mori,A错误；B、Imol石墨不完全燃烧生成CO2和CO,无法计算生成CO2

和CO各自物质的量，无法计算具体反应热，B错误；C、石墨燃烧的热化学方程式为(1)

C(s,石墨)+O2(g)=CC>2(g)△Hl=-393.5kJ/mol；一氧化碳燃烧的热化学方程式为(2)

CO(g)+l/2O2(g)=C02(g)△H2=-283.0kJ/mol；根据盖斯定律，(1)-(2)x2得C(s,

1

石墨)+CO2(g)=2C0(g)△H=+172,5kJ«mor,反应是吸热反应，C正确；D、金刚石的

燃烧放热大于石墨的燃烧放热，根据能量守恒，可知金刚石的能量比石墨能量高，所以石墨

转变为金刚石需要吸热，D错误；答案选C。

【题型】选择题

【难度】容易

3.反应A(g)+2B(g)==C(g)的反应过程中能量变化如下图所示。下列相关说法正确

的是()

能■/

kJ/nwl

A.正反应活化能大于逆反应活化能

B.曲线b表示使用催化剂后的能量变化

C.由图可知该反应的熔变△H=+91kJ/mol

D.反应中将气体A换为固体反应，其他条件不变，反应放出热量大于91kJ

【答案】B

【解析】

A.据图分析，正反应活化能低于逆反应的活化能，故A错误；B.催化剂能够降低反应的活化能，所以曲

线b表示使用了催化剂的能量变化，故B正确；C.A+正反应活化能-逆反应活化能

^19KJ.mol-510KJ/mol-9IKJ/mol,故C错误；D.固态A所含能量比气态A低，反应中将气体A换为固

体反应，其他条件不变，反应放出热量小于更0,故D错误；故选B。

【题型】选择题

【难度】一般

4.已知常温常压下，N三N键的键能是946kJ/mohN-H键的键能是391kJ/mohH-H键

的键能是436kJ/mol.现有甲、乙两个容积相同的定容密闭容器，在常温下：①向密闭容

器甲中通入lmolN2和3m0IH2,达到平衡时放出热量QjkJ.②向密闭容器乙中通入0.5mol

N2和1.5molH2，达到平衡时放出热量Q2kJ.则下列关系式正确的是()

A.92>QI>2Q2B.92=QI<2Q2C.QI=2Q2=92D.QI=2Q2<92

【答案】A

在反应N2+3H2^^2NH3中，断裂3molH-H键，ImolN三N键共吸收的能量为：

3x436kJ+946kJ=2254kJ,生成21noiNH3,共形成6molN-H键，放出的能量为：

6x391kJ=2346kJ,吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，生成2moiNH3放出

的热量为：2346kJ-2254kJ=92kJ,所以生成ImolNH?放出的热量为46KJ,即N2(g)+3H2

(g)-2NH3(g),AH=-92kJkJ/mol,①向密闭容器甲中通入ImolN2和3mol用，达到平衡

时，氢气和氮气不能完全转化；达到平衡时放出热量QikJ小于92KJ；②假定0.5molN2和

L5molH2完全反应，达到平衡时放出的热量为：92kJx=46kJ,由于合成氨是可逆反应，故

反应物不能完全反应，所以放出的热量Q2小于46kJ,反应②可以建成恒压下与反应①的等

效平衡，此时放出的热量反应②是反应①的一半，然后反应②进行扩大容器，减小压强，平

衡逆向移动，放出的热量减少，所以QI>2Q2，综上所述可知：92>QI>2Q2，故选A。

点睛：本题不仅考查了反应热的概念，还同时考查了可逆反应，等效平衡等概念，综合性较

强，考生只有在准确理解上述概念的基础上，才能准确作答。化学反应中，化学键断裂吸收

能量，形成新化学键放出能量，根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热，

热化学方程式的系数和婚变成正比，可逆反应不能进行完全。

【题型】选择题

【难度】一般

5.一定条件下用甲烷可以消除氮氧化物(NOJ的污染。已知：

①CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CC)2(g)+2H2O(g)AHi=-574kJ-mol-1

1

②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CC)2(g)+2H2O(g)AH2=-1160kJ-moP

下列叙述正确的是。

1

A.CH4(g)+2NO2(g)===N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)AH=-867kJ-moP

B.CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l)的反应热为AH3,则反应中放出

AH3>AHi

C.若0.2molCH4还原NO2至N2,则反应中放出的热量一定为173.4kJ

D,若用标准状况下2.24LCR还原NO2至N2,整个过程中转移电子1.6mol

【答案】A

【解析】

A.已知：①飙(g)(g)MNO(g)*COj(g)”取O(g)AHi-574kJ-md1,②飙(g)+4NO

(g)=2N2(g)V6(g)+2坨0(g)△H2=116flkJ-moP,根据盖斯定律，(①地)+2可得：5(g)

+2N6(g)=N2(g)SO：(g)+2H2O(g)&H=867kJ-mol-i,故A正确；B.液态水的能量比气态水的

能量低，生成液态水放出的热量更多，贝I：CH4(g)VNCh(g)=4NO(g)我0(g)42坨。(1)AH3V

△Hi,故B错误；C.发生反应：CH4^2NQ2=N2(g)-05+240,反应放出的热量与物质的聚集状态有关,

水的状态不确定，反应中放出的热量不一定为173.4kJ,故C错误；D.发生反应：CH1^2NO2=N2(g)

+CO2+2H2。,甲烷物质的量为O.lmol,反应中C元素化合价由-4价升高为X,故转移电子为O.imolx8=0.8nid,

故D错误，故选A。

【题型】选择题

【难度】一般

6.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

【答案】B

【解析】

A.水的分解为吸熟反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，与图不符，故A错；B.加入催化剂反应

热不变，并且图象符合反应物的总能量小于生成物的总能量，故B正确；C.化学反应一定伴随着能量变化，

反应物的总能量与生成物的总能量不相等，故C错；D.加入催化剂降低反应的活化能，图象不符合，故D

错；故选B。

【题型】选择题

【难度】一般

7.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:

■

状态I状态［1状态・

•表示C。表示O勿勿R表示催化剂

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O

C.CO和O生成了具有极性共价键的co2

D.状态I—状态III表示CO与O2反应的过程

【答案】c

【】

A、根据能量一反应过程的图像知，状态I的能量高于状态III的能量，故该过程是放热反

应，A错误；B、根据状态I、n、in可以看出整个过程中CO中的C和O形成的化学键没

有断裂，B错误；C、由图ni可知，生成物是CO2,具有极性共价键，c正确；D、状态1一

状态III表示CO与O反应的过程，D错误。答案选C。

【题型】选择题

【难度】一般

8.从化学键的角度分析，化学反应的过程就是反应物的化学键的断裂和生成物的化学键的

形成过程。

已知键能数据如下表：

化学键N三NN—HH—H

键能(kJ/mol)942391b

反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H=-93kJ-molL试根据表中所列键能数据计算b数值:

A.551B.437C.558D.160

【答案】B

【解析】

1

N2(g)+3H}(g)2NH3(g)△H=942kbmol-bkbmoHx3_391kJ・md-ix6=-93kymori,b=437,

故答案为B。

【题型】选择题

【难度】一般

9.由反应物X分别转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是（）

A.由X—Z反应的AH<0B.由X—Y反应的AH=E5-E2

C.增大压强有利于提高Y的产率D.升高温度有利于提高Z的产率

【答案】A

[]A.由图象可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由反应

的△!!<(),故A正确；B.根据化学反应的实质，由X-Y反应的△H=E3-E2，故B错误；

C.根据化学反应2X(g)=3Y(g),该反应是气体系数和增加的可逆反应，增大压强，平衡逆

向移动，不利于提高Y的产率，故C错误；D.由B分析可知，该反应为放热反应，升高

温度，平衡逆向移动，Z的产率降低，故D错误；故选A。

【题型】选择题

【难度】一般

10.铁系氧化物材料在光催化、电致变色、气敏传感器以及光电化学器件中有着广泛的应用

和诱人的前景。实验室中可利用FeCC)3和为原料制备少量铁红，每生成160g固体铁红

放出130kJ热量，则下列有关该反应的热化学方程式书写正确的是()

A.2FeCC)3+I/2O2=Fe2()3+2CO2△H=-130kJ/mol

B.4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=+260kJ/mol

C.4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=+130kJ/mol

D.4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol

【答案】D

[】160g铁红的物质的量为Imol,每生成160g固体铁红放出130kJ热量，则热化学方程式

为4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g)△H=-260kJ/mol,答案选D。

【题型】选择题

【难度】一般

11.关于下列各图的叙述，正确的是()

1

A.甲表示也与。2发生反应过程中的能量变化，则H2的燃烧热为483.6kJ.mor

B.乙表示恒温恒容条件下发生的可逆反应2NO2(g)=N2O4(g)中，各物质的浓度与其消耗

速率之间的关系，其中交点A对应的状态为化学平衡状态

C.丙表示A、B两物质的溶解度随温度变化情况，将A、B饱和溶液分别由tJC升温至t2℃

时，溶质的质量分数A=B

D.丁表示常温下，稀释HA、HB两种酸的稀溶液时，溶液pH随加水量的变化，则同浓度

的NaA溶液的pH大于NaB溶液

【答案】C

【解析】A.燃烧热是指Imol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，图中是2moi氢气反应生成气

态水，故A错误；B.图中二氧化氮和四氧化二氮气态都是从0开始，横坐标向右表示浓度增大纵坐标向

上表示物质消耗速率快，A点表示反应速率相等，不能确定平衡状态，如果达到平衡状态，则二者消耗速

率之比等于化学计量数之比即应该等于2:1,此时才能够达到平衡状态，故B错误；C.将A、B饱和溶

液分别由h七升温至上七时两溶液中溶质和溶剂的量都不会改变二者h七溶解度相同即浓度相同，所以

t2℃时溶质的质量分数相等，故C正确；D.pH相同的两种酸，稀释相同的倍数，pH变化

大的酸的酸性强，变化小的酸的酸性弱，则HA是强酸，HB是弱酸，酸越弱，对应的酸根

离子水解程度越大，碱性越强，pH越大，所以则同浓度的NaA溶液的pH小于NaB溶液，

故D错误；答案为C。

【题型】选择题

【难度】一般

12.CO(g)+H20(g)H2(g)+C02(g)AH<0,在其他条件不变的情况下，下

列说法正确的是()

A.加入催化剂，改变了反应的途径，反应的AH也随之改变

B.改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变

C.升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变

D.若在原电池中进行，反应放出的热量不变

【答案】B

【解析】A.加入催化剂，改变了反应的途径，但是不能改变反应的皿；A错误；B.该反应的反应前后

为体积不变的反应，改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变；B正确；C.升高温度，反应速率

加快，平衡左移，反应放出的热量减少；来C错误；源:D.若在原电池中进行，反应放出的热量减少，会

有化学能变为电能和热能；D错误；

【题型】选择题

【难度】一般

13.反应A+B-€分两步进行:①A+BTX,②X—C,反应过程中能量变化如图所示,Ei表示

反应A+B-X的活化能。下列有关叙述不正确的是()

B.反应A+B—C的△H=ErE2

C.E2表示反应C—X的活化能

D.X是反应A+B-C的中间产物

【答案】B

【】A、A+B的总能量小于X的总能量，此反应是吸热反应，即AH＞。，故说法正确；B、

1

A+B总能量大于C,此反应是放热反应，△H=-(E1-E2)kJ-mor,故说法错误；C、C-X,

E2表示活化能，故说法正确；D、根据图像，X是中间产物，故说法正确。

【题型】选择题

【难度】一般

14.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放

出的能量不同引起的。如图为N2(g)和Oz(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法中

正确的是()

\放出能量

吸收能量\2x632kj/mol

946kj/mol吸收能量

498kj/mol

此®和。乱)反应生成NO(g)过程中的能量变化

A.1molN2(g)和1mol02(g)反应放出的能量为180kJ

B.NO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水

C.在1L的容器中发生反应，10min内用减少了1mol,因此10min内的平均反应速率

为v(NO)=0.1mol/(L-min)

D.1molN2(g)和1molC)2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量

【答案】D

【解析】A.蛤变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量，M0=2NO,

△H=06KI；mol+498KJ/ni&2x632KJ，n⑹=180KJ，m&,反应是吸热反应，故A错误；B.一氧化氮不能和氢

氧化钠反应，不是酸性氧化物，故B错误：C.在1L的容器中发生反应，10min内助减少了1mol,10min

内的平均反应速率为v(N2)=O.lmol/(Lmin),则v(NO)=<k2moL{Lmin),故C错误；D.依据A计算可知反

应是吸热反应，依据能量守恒，1molN/g)和1皿>16(的具有的总能蚩小于2moiNO(宜具有的总能量，故

D正确；答案为Do

【题型】选择题

【难度】一般

15.通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是

1

①太阳光催化分解水制氢：2H20(1)=2也(g)+O2(g)AH^SVl.ekJmol

1

②焦炭与水反应制氢：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)AH2=131.3kJ.mol

③甲烷与水反应制氢：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)AH3=206.1kJ-mor'

A.反应①中电能转化为化学能

B.反应②为放热反应

C.反应③使用催化剂，公氏减小

D.反应CH4(g)=C(s)+2H2(g)的AH=74CkLmo「i

【答案】D

【解析】

试题分析：A一反应①中太阳能转化为化学能，A项错误；B.反应②AH2=13L3kJ-moH,反应为吸热反应，B

项错误;C使用催化剂不能改变反应的始终态，不能改变化学反应的焙变,C项错误;Dj艮据盖断定律:③-②

得反应飙@刘(s)+2H2(g)的AH=74.8kLmoH,D项正确；答案选D。

【题型】选择题

【难度】一般

二、非选择题

16.火力发电厂释放出的大量NONOx、SO?、CO?会对环境造成污染。对燃煤废气进行脱硝、

脱硫和脱碳等处理，可实现节能减排、废物利用等目的。

⑴脱硝：利用甲烷催化还原NOX；

1

CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)AH1=-574kJ-mor

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)AH2=-1160kJ-mol"

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为。

(2)脱硫：①某种脱硫工艺将废气处理后可获得硫酸镂和硝酸镂，物质的量浓度相等的硫

酸镂溶液和硝酸镂溶液，前者的。网出+)与后者的c(NH4+)的关系是o

A.大于2倍B,等于2倍C.介于2倍与2倍之间D.小于1倍

②25℃时pH均为4的硝酸镂溶液和稀硝酸中由水电离出的氢离子浓度分别为5、C2,则

5与C2的比值等于o

(2)脱碳：废气中的C02转化为甲醇(CH3OH)可用于制作甲醇燃料电池(结构如图)，质子

交换膜左右两侧的溶液均为IL2moi1-咱2s。4溶液.电极c上发生的电极反应式为,当

电池中有Imole-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为—g(假设反应物a、b耗尽，忽略

气体的溶解)。

【答案】CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

6+

△H=-867kJ/molA10CH3OH+H2O-6e=CO2t+6H12g

试题分析：(1)根据盖斯定律计算；

(2)①镂根浓度越大水解程度越小；

②水解促进水的电离，酸抑制水的电离；

（3）负极反应式为正极反应式为02yH+“s2H2。，按照电极反应式计算。

解析：（D①照⑪M皎②乂小即高伞⑥口也用）AHi=574kLmH

②CH4（g）+4NO（或=2N23+<X>2（g）+2H2O（g）AH：-1160kTmol1

根据盖斯定律可知（①+②）-2即得到甲烷直接将NQ还原为N2的热化学方程式为即

CH^g）+2NO2（g）=N2（g）4CO2（g）+2H2O（g）AH=867kJ.mol;

（2）①物质的量浓度相等的硫酸镀溶液和硝酸铁溶液，前者的水解程度小于后者，则前者4NH4+）大于后

者的o（NH/）的2倍，答案选A。

②硝酸镀水解促进水的电离，6=104moll,稀醴酸抑制水的电离，Q-C（OH）=10-1*

XL=l（yi。moLL,因此则q与0的比值等于10士10-10=106；

（3）根据电子流向可知电解c是负极，通入甲酿，负极反应式为CHsOH+HzdfieWQ2T+6H+;当转移Imol

电子时，左侧质量减轻l/6xl2g=2g,还要有ImolH嗨过质子交换膜进入右侧，质量减少1g,正极反应式为

2Hq,右侧质量增加32gxl/4=8g,加上转移过来的lgH+,因此左右两侧溶液的质量之差为

8g+lg+2g-t-lg=12go

【题型】填空题

【难度】一般

17.氮氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物有多种方法。

（1）可利用甲烷催化还原氮氧化物。已知：

CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ/mol

CH4（g）+4N0（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）AH=-1160kJ/mol

则CHKg）将N02（g）还原为N2（g）的热化学方程式是0

（2）NH3催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。发生

180P

的化学反应是：2NH3（g）+NO（g）+NC）2（g）噬病2N2（g）+3H2O（g）AH<0。为提高氮氧化物的

转化率可采取的措施是（一条即可）O

（3）汽车尾气净化的主要原理为：2NO（g）+2CO（g）、催化剂三2co2（g）+N2（g）。AH<0

①该反应平衡常数表达式

②若该反应在绡热、但容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到h时刻

达到平衡状态的是（填代号）。

后

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水溶液

sCh

Na2

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—LIT

O：-

*N

--5

NO

n

反应

I

反应

如下:

应过程

化物反

化氮氧

IO2氧

利用C

(4)

若

是。

方程式

化学

应H的

1,反

+2HC

HNO

NO+

===

+HO

+C1O

2NO

式是

方程

化学

I的

反应

3