2022届新高考化学人教版二轮复习学案-专题八　化学反应与能量

eq\a\vs4\al(核心素养)eq\a\vs4\al(考情分析)宏观辨析与微观探析证据推理与模型认知以新材料、新科技为背景，以选择题、填空题形式考查反应机理、热化学方程式、盖斯定律考向一形形色色的图象——反应机理1．对能量图象的全面剖析2．根据能量图象书写热化学方程式的一般思路1．(2020·天津卷)理论研究表明，在101kPa和298K下，HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(D)A．HCN比HNC稳定B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1C．正反应的活化能大于逆反应的活化能D．使用催化剂，可以改变反应的反应热解析：能量越低越稳定，由题图可知，HCN比HNC能量低，则HCN更稳定，A项正确；该反应的生成物总能量比反应物总能量高，为吸热反应，由题图可知，ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，B项正确；正反应的活化能为186.5kJ·mol－1，逆反应的活化能为186.5kJ·mol－1－59.3kJ·mol－1＝127.2kJ·mol－1，则正反应的活化能大于逆反应的活化能，C项正确；反应热只与反应的始态和终态有关，与是否使用催化剂无关，D项错误。2．(2020·全国卷Ⅰ)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是(C)A．CH3COI是反应中间体B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO=CH3CO2HC．反应过程中Rh的成键数目保持不变D．存在反应CH3OH＋HI=CH3I＋H2O解析：初始反应物中没有CH3COI，反应过程中生成的CH3COI与水反应生成目标产物CH3CO2H，说明CH3COI是反应中间体，A正确；根据题图可知，反应物是甲醇和CO，目标产物为CH3CO2H，故甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO=CH3CO2H，B正确；循环过程中Rh的成键数目由[Rh(CO)2I2]－中的4，依次变为6、5、6，最终又变为4，C错误；由反应过程图可知，甲醇发生的初始反应为CH3OH＋HI=CH3I＋H2O，D正确。3．(2020·山东卷)(双选)1,3­丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H＋进攻1,3­丁二烯生成碳正离子()，第二步Br－进攻碳正离子完成1,2­加成或1，4­加成。反应进程中的能量变化如图所示。已知在0℃和40℃时，1,2­加成产物与1,4­加成产物的比例分别为7030和1585。下列说法正确的是(AD)A．1,4­加成产物比1,2­加成产物稳定B．与0℃相比，40℃时1,3­丁二烯的转化率增大C．从0℃升至40℃，1,2­加成正反应速率增大，1,4­加成正反应速率减小D．从0℃升至40℃，1,2­加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度解析：根据图示可知，1,4­加成产物的能量更低，物质能量越低越稳定，A项正确；该加成反应不管生成1,4­加成产物还是1,2­加成产物，均为放热反应，则升高温度，不利于1,3­丁二烯的转化，B项错误；升高温度，无论是1,2­加成的正反应速率还是1,4­加成的正反应速率都增大，C项错误；由题中信息可知，从0℃升温到40℃，1,2­加成反应的平衡向逆反应方向移动，即逆反应速率的增大程度大于正反应速率的增大程度，D项正确，故选AD。4．(2021·九师联盟联考)硫酸甲酯(CH3OSO3H)是制造染料的甲基化试剂，在有H2O存在的条件下，CH3OH和SO3的反应历程如图所示(分子间的作用力用“…”表示)。下列说法错误的是(C)A．CH3OH与SO3反应的ΔH＜0B．a、b、c三种中间产物中，a最稳定C．该反应最高能垒(活化能)为19.06eVD．由d转化为f过程中，有硫氧键的断裂和生成解析：根据图示可知：反应物的能量比生成物的高，为放热反应，反应的ΔH＜0，A正确；物质含有的能量越低，该物质的稳定性就越强，根据图示可知a、b、c三种中间产物中，a物质的能量最低，则a的稳定性最强，B正确；根据图示可知，该反应最高能垒为3.66eV－(－2.96eV)＝6.62eV，C错误；结合图示中的粒子间的结合方式可知，在转化过程中，甲醇、水、三氧化硫中的化合键均有断裂，故由d转化为f过程中，有硫氧键的断裂和生成，D正确，故选C。5．(2021·河北联考)(双选)氢气可将CO2还原为甲烷：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，科学家研究在催化剂表面上CO2与H2反应的前三步历程如图所示，吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，Ts表示过渡态。下列说法中一定正确的是(AC)A．起始到Ts1历程中发生了非极性共价键的断裂B．该转化反应的速率取决于Ts2的能垒C．前三步历程中最小能垒步骤的化学方程式为·CO＋·OH＋·H＋3H2(g)=·CO＋3H2(g)＋H2O(g)D．物质吸附在催化剂表面，形成过渡态的过程会放出热量解析：由图分析可知，起始到Ts1历程中反应过程为CO2(g)＋4H2(g)=·HOCO＋eq\f(7,2)H2(g)，则反应过程中断裂氢氢键和碳氧键，形成氧氢键，故发生了非极性共价键的断裂，A正确；Ts1的能垒最大，反应过程中的能垒越大，反应速率越慢，而整个反应的反应速率取决于最慢的一步反应，该转化反应的速率取决于Ts1的能垒，B错误；由图分析可知，前三步历程中最小能垒步骤为Ts3，故其化学方程式可表示为·CO＋·OH＋·H＋3H2(g)=·CO＋3H2(g)＋H2O(g)，C正确；物质吸附在催化剂表面，形成过渡态的过程需要吸收能量，D错误，故选AC。6．(2021·郑州质检二)Ni－CeO2催化CO2、H2制取CH4的反应机理如下图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。下列有关说法错误的是(B)A．CO是反应的副产物B．CO2中碳的原子利用率是50%C．Ni－CeO2降低反应活化能并加快反应速率D．CO2、H2制取CH4的总反应为CO2＋4H2eq\o(→,\s\up15(Ni－CeO2))CH4＋2H2O解析：该反应为Ni－CeO2催化CO2、H2制取CH4，生成物中有CO，CO是反应的副产物，A正确；由于反应物和生成物的量未知，不能算出CO2中碳的原子利用率，B错误；Ni－CeO2是催化剂，能够降低反应活化能并加快反应速率，C正确；由图可知，CO2、H2在Ni－CeO2的催化作用下生成CH4和H2O，化学方程式为CO2＋4H2eq\o(→,\s\up15(Ni－CeO2))CH4＋2H2O，D正确，故选B。7．(2021·秦皇岛二模)(双选)利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2，反应机理如图所示。下列说法错误的是(AD)A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为12B．整个历程的总反应为2NH3＋NO2＋NOeq\o(=,\s\up15(催化剂))2N2＋3H2OC．A表示N2和H2OD．反应③中存在极性键与非极性键的断裂和形成解析：过程①的反应是2NHeq\o\al(＋,4)＋NO2=[(NH4)2NO2]2＋，没有元素化合价变化，A错误；根据整个反应历程，氨气和一氧化氮、二氧化氮反应生成氮气和水，其方程式为2NH3＋NO2＋NOeq\o(=,\s\up15(催化剂))2N2＋3H2O，B正确；根据原子守恒得出A包含的物质为N2和H2O，C正确；反应③中存在极性键的断裂和形成，还存在非极性键的生成，没有非极性键的断裂，D错误，故选AD。考向二热化学反应方程式相关计算及书写1．燃烧热和中和热应用中的注意事项(1)均为放热反应，ΔH<0，单位为kJ·mol－1。(2)燃烧热概念理解的三要点：①外界条件是25℃、101kPa；②反应的可燃物是1mol；③生成物是稳定的氧化物(包括状态)，如碳元素生成的是CO2，而不是CO，氢元素生成的是液态水，而不是水蒸气。(3)中和热概念理解三要点：①反应物的酸、碱是强酸、强碱；②溶液是稀溶液，不存在稀释过程的热效应；③生成产物水是1mol。2．判断热化学方程式正误要做到“五审”eq\x(\a\al(一审,“＋”“－”))─eq\x(\a\al(放热反应ΔH一定为“－”,吸热反应ΔH一定为“＋”))↓eq\x(\a\al(二审,单位))─eq\x(\a\al(单位一定为“kJ·mol－1”，易错写成“kJ”,或漏写))↓eq\x(\a\al(三审,状态))─eq\x(物质的聚集状态必须正确)↓eq\x(\a\al(四审,数值))─eq\x(\a\al(焓变的数值必须与热化学方程式中的化学计,量数相对应。当反应逆向进行时，其反应热与,正反应的反应热数值相等，符号相反))↓eq\x(\a\al(五审是否,符合概念))─eq\x(如燃烧热、中和热的热化学方程式是否属实)3．反应热的计算方法(1)根据反应物和生成物的总能量计算：ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。(2)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算：ΔH＝E(反应物的化学键断裂吸收的能量)－E(生成物的化学键形成释放的能量)。关键理解1mol物质中所含化学键数目。如1mol金刚石含2molC—C1mol石墨含1.5molC—C1molSiO2含4molSi—O1molP4含6molP—P1molC2H4含1molC=C、4molC—H1molC2H6含1molC—C、6molC—H1molCH3—CH2OH含1molC—C、5molC—H、1molO—H、1molC—O(3)根据盖斯定律计算：化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与反应的途径无关。即如果一个反应是分步进行的，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。盖斯定律应用于反应热计算的流程如图所示：eq\x(\a\al(先确定,待求的,反应方,程式))⇒eq\x(\a\al(找出待求的,方程式中各,物质在已知,方程式中的,位置))⇒eq\x(\a\al(根据待求的方程式中,各物质的化学计量数,和位置对已知方程式,进行处理，得到变形后,的新方程式))⇒eq\x(\a\al(将新方程式进行,加减反应热也需,要相应加减))⇒eq\x(\a\al(写出待求,的热化学,方程式))⇒eq\x(\a\al(根据焓变确,定反应热))1．(2021·浙江1月选考)已知共价键的键能与热化学方程式信息如下表：共价键H—HH—O键能/(kJ·mol－1)436463热化学方程式2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－482kJ·mol－1则2O(g)=O2(g)的ΔH为(D)A．428kJ·mol－1 B．－428kJ·mol－1C．498kJ·mol－1 D．－498kJ·mol－1解析：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，则－482kJ/mol＝2×436kJ/mol＋(O—O)－4×463kJ/mol，解得O—O键的键能为498kJ/mol,2个氧原子结合生成氧气的过程需要释放能量，因此2O(g)=O2(g)的ΔH＝－498kJ/mol，故选D。2．(2021·浙江6月选考)相同温度和压强下，关于反应的ΔH，下列判断正确的是(C)A．ΔH1>0，ΔH2>0 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．ΔH1>ΔH2，ΔH3>ΔH2 D．ΔH2＝ΔH3＋ΔH4解析：环己烯、1,3­环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，因此，ΔH1<0，ΔH2<0，A错误；苯分子中没有碳碳双键，其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的共价键，因此，其与氢气完全加成的反应热不等于环己烯、1,3­环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和，即ΔH3≠ΔH1＋ΔH2，B错误；环己烯、1,3­环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，ΔH1<0，ΔH2<0，由于1mol1,3­环己二烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍，故其放出的热量更多，其ΔH1>ΔH2；苯与氢气发生加成反应生成1,3­环己二烯的反应为吸热反应(ΔH4>0)，根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热ΔH3＝ΔH4＋ΔH2，因此ΔH3>ΔH2，C正确；根据盖斯定律可知，苯与氢气完全加成的反应热ΔH3＝ΔH4＋ΔH2，因此ΔH2＝ΔH3－ΔH4，D错误。3．(1)(2021·全国甲卷)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝－49kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是A(填标号)，判断的理由是ΔH1为正值，反应①为吸热反应，反应①的活化能大于反应②的。(2)(2021·广东省学业水平选择性考试)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：(a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1(b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2(c)CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH3(d)2CO(g)CO2(g)＋C(s)ΔH4(e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)ΔH5根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5或ΔH3－ΔH4。(写出一个代数式即可)(3)(2021·湖南省学业水平选择性考试)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面的方法由氨气得到氢气。氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据：化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋90.8kJ·mol－1。解析：(1)根据盖斯定律可知，①＋②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝(＋41kJ·mol－1)＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1；该反应总反应为放热反应，因此生成物总能量低于反应物总能量，反应①为慢反应，因此反应①的活化能高于反应②，同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量，反应②的反应物总能量高于生成物总能量，因此示意图中能体现反应能量变化的是A。(2)根据题目所给出的反应方程式关系可知，a＝b＋c－e＝c－d，根据盖斯定律则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5＝ΔH3－ΔH4。(3)根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，得2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。4．(1)(2020·全国卷Ⅰ)钒催化剂参与反应的能量变化如下图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝－351kJ·mol－1。(2)(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：已知：(g)=(g)＋H2(g)ΔH1＝100.3kJ·mol－1H2(g)＋I2(g)=2HI(g)ΔH2＝－11.0kJ·mol－1对于反应：(g)＋I2(g)=(g)＋2HI(g)ΔH3＝89.3kJ·mol－1。(3)(2019·全国卷Ⅲ)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)=CuCl(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH1＝83kJ·mol－1CuCl(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH2＝－20kJ·mol－1CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝－121kJ·mol－1则4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝－116kJ·mol－1。解析：(1)由题中信息可知：①V2O4(s)＋2SO3(g)2VOSO4(s)ΔH1＝－399kJ·mol－1;②V2O4(s)＋SO3(g)V2O5(s)＋SO2(g)ΔH2＝－24kJ·mol－1。根据盖斯定律，由①－②×2得2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399kJ·mol－1)－(－24kJ·mol－1)×2＝－351kJ·mol－1。(2)将题给三个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0)kJ·mol－1＝89.3kJ·mol－1。(3)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－116kJ·mol－1。5．(2021·河北名校联盟联考)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋H2(g)ΔH＝＋64.39kJ·mol－1②2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g)ΔH＝－196.46kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.84kJ·mol－1在H2SO4溶液中，1molCu(s)与H2O2(l)反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于(A)A．－319.68kJ·mol－1 B．－417.91kJ·mol－1C．－448.46kJ·mol－1 D．＋546.69kJ·mol－1解析：根据盖斯定律，将①＋eq\f(1,2)×②＋③，整理可得Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋2H2O(l)ΔH＝－319.68kJ·mol－1，A正确。6．(2021·沧州二模)反应(CH3)3CBr＋H2O→(CH3)3COH＋H＋＋Br－ΔH<0分两步进行，反应如下：第一步(CH3)3CBr→(CH3)3C＋＋Br－(慢反应)ΔH>0第二步(CH3)3C＋＋H2O→(CH3)3COH＋H＋(快反应)该反应的能量与反应历程图象正确的是(C)解析：反应的活化能越大，反应越慢，由题意，第一步是慢反应，则两步反应中第一步的活化能较大，峰值较高，且第一步为吸热反应，则第一步的反应到终点时能量高于起点，则A、B选项错误；由于总反应是放热反应，则第二步必为放热反应，则终点的能量比起点的低，C正确。7．(2021·秦皇岛二模)已知25℃、101kPa下，1mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0kJ，①H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH1＝－57.3kJ·mol－1②2CH3OH(l)＋3O2(g)=4H2O(g)＋2CO2(g)ΔH2＝－1277.0kJ·mol－1下列有关说法错误的是(A)A．若反应②中CH3OH变为气态，则该反应的反应热ΔH>ΔH2B．CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1C．CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)=CH3COONa(aq)＋H2O(l)ΔH>－57.3kJ·mol－1D．液态水变为水蒸气的过程中需要克服分子间作用力解析：液态转化为气态的过程吸热，燃烧焓变为负，若反应②中CH3OH变为气态，则同样条件下燃烧，气态CH3OH放出的热量多，即反应热：ΔH<ΔH2，A错误；1mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0kJ，可得③H2O(l)=H2O(g)ΔH＝44kJ·mol－1，由盖斯定律，②－4×③可得2CH3OH(l)＋3O2(g)=4H2O(l)＋2CO2(g)ΔH2＝－1453.0kJ·mol－1，则甲醇的燃烧ΔH＝－726.5kJ·mol－1，B正确；醋酸是弱电解质，电离吸热，故1molNaOH与1mol醋酸反应时放热小于57.3kJ，故CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)=CH3COONa(aq)＋H2O(l