第6讲化学反应与能量-高考化学二轮总复习习题

第6讲化学反应与能量一、选择题(每小题只有一项符合题目要求)1.CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应历程示意图如下：下列说法不正确的是(C)A.合成气的主要成分为CO和H2B.①→②既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成C.①→②吸收能量D.Ni在该反应中作催化剂解析：由图示可知CO2和CH4在Ni催化作用下，最终生成CO和H2，故A正确；化学反应的过程中存在反应物中键的断裂和生成物中键的形成，由图示可知①→②过程中既有碳氧键的断裂，又有碳氧键的形成，故B正确；①的能量总和大于②的能量总和，则①→②的过程放出能量，故C错误；由图示可知CO2和CH4催化重整生成CO和H2的过程中Ni为催化剂，故D正确。2.(2021·全国高三模拟)利用太阳光在特殊催化剂表面可以实现高效分解水，其主要过程如图所示。已知：几种物质中化学键的键能如下表所示。化学键H—OOOH—HO—O键能/(kJ·mol－1)463496436138若反应过程中分解了1mol水，则下列说法错误的是(D)A.总反应ΔS>0B.过程Ⅰ吸收了463kJ能量C.过程Ⅱ放出了287kJ能量D.过程Ⅲ反应为2H2O2(l)=2H2O(g)＋O2(g)解析：总反应为2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)ΔS>0，A项正确；分解1mol水时，过程Ⅰ断裂1molH—O吸收了463kJ能量，B项正确；分解1mol水时，过程Ⅱ形成eq\f(1,2)molH—H，同时形成eq\f(1,2)molH2O2中O—O，放出能量eq\f(1,2)×(436＋138)kJ＝287kJ，C项正确；过程Ⅲ反应为H2O2(l)=H2(g)＋O2(g)，D项错误。3.已知：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝akJ·mol－12C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－220kJ·mol－1H—H、OO和O—H的键能分别为436kJ·mol－1、496kJ·mol－1和462kJ·mol－1，则a为(B)A.＋350B.＋130C.－332D.－118解析：由①C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝akJ·mol－1＞0②2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－220kJ·mol－1结合盖斯定律可知，①×2－②得：2H2O(g)=O2(g)＋2H2(g)ΔH＝(2a＋220)kJ·mol－1＞0，即4×462－496－2×436＝2a＋220，解得a＝＋130。故选B。4.(2021·浙江高三三模)十氢萘(C10H18)是具有高储氢密度的氢能载体。其脱氢过程的反应如下：①C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)ΔH1②C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g)ΔH2335℃下，进行高压液态十氢萘催化脱氢实验，一定时间内测得n(C10H12)显著低于n(C10H8)。判断C10H18→C10H12→C10H8的能量示意图正确的是(B)ABCD解析：两个反应都为分解反应，属于吸热反应，故ΔH1>0，ΔH2>0。一定时间内n(C10H12)显著低于n(C10H8)，说明反应速率①小于②，反应①的活化能大于反应②的，据此答题。5.(2021·北京西城区高三二模改编)碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水可得到Na2CO3·H2O(s)或Na2CO3(s)，两个化学反应的能量变化示意图如下：下列说法正确的是(D)A.ΔH1＜0B.碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)失水不是化学变化C.Na2CO3·H2O(s)失水生成Na2CO3(s)：ΔH＝ΔH2＋ΔH1D.向Na2CO3(s)中滴加几滴水，温度升高解析：从图1可看出反应物能量低，生成物能量高，是吸热反应，ΔH1>0，故A错误；失水过程有新物质生成，是化学变化，故B错误；由反应1得①Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)＋9H2O(g)ΔH1，由反应2得②Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3(s)＋10H2O(g)ΔH2，②－①得Na2CO3·H2O(s)=Na2CO3(s)＋H2O(g)ΔH＝ΔH2－ΔH1，故C错误；碳酸钠晶体失水是吸热反应，向Na2CO3(s)中滴加几滴水，温度会升高，故D正确。6.我国科学家以MoS2为催化剂，在不同电解质溶液中实现常温电催化合成氨，其反应历程与相对能量模拟计算结果如图。下列说法错误的是(B)A.Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化B.两种电解质溶液环境下从N2→NH3的焓变不同C.MoS2(Li2SO4溶液)将反应决速步(*N2→*N2H)的能量降低D.N2的活化是N≡N的断裂与N—H形成的过程解析：从图中可知在Li2SO4溶液中N2的相对能量较低，因此Li2SO4溶液利于MoS2对N2的活化，A正确；反应的焓变与反应途径无关，B错误；根据图示可知MoS2在Li2SO4溶液中将反应决速步(*N2→*N2H)的能量大大降低，C正确；根据图示可知N2的活化是N≡N的断裂形成N2H的过程，即是N≡N的断裂与N—H形成的过程，D正确。7.(2021·山东泰安市高三其他模拟)环氧乙烷是口罩制作过程中的消毒剂。通过氧气与乙烯在石墨烯界面反应可制得环氧乙烷，其原理为石墨烯活化氧分子生成活化氧，活化氧再与乙烯反应生成环氧乙烷。氧气与乙烯在石墨烯界面反应的能量变化如图所示。下列说法错误的是(B)A.石墨烯不能改变氧气与乙烯反应的焓变B.反应历程的各步能量变化中的最小值为0.51eVC.活化氧分子的过程中生成了C—OD.氧气与乙烯在石墨烯界面的反应属于加成反应解析：石墨烯是该反应的催化剂，催化剂不影响反应物和生成物的总能量大小，不改变反应的焓变，故A正确；由能量变化图可知各步能量变化分别为0.75eV、0.51eV、0.49eV、1.02eV、0.73eV、1.04eV，能量变化最小为0.49eV，故B错误；由图可知，活化氧分子过程中氧气中的双键断开与石墨烯中的碳原子形成C—O，故C正确；氧气与乙烯在石墨烯界面的反应中乙烯中的碳碳双键断裂连接氧原子，符合加成反应的特征，故D正确。8.(2021·广东高三模拟)用CO还原NO2时，温度低于227℃、高于227℃的反应路径分别如下图：下列说法正确的是(D)A.当反应物和生成物的量相同时，两种路径的焓变相同B.反应的活化能：Ⅰ＜Ⅱ，Ⅲ＜ⅣC.由①、②的中间状态分别到其对应的最终状态均为吸收能量的过程D.在两种路径下还原等量的NO2时，消耗CO的量相同解析：焓变与物质的种类、数量、聚集状态有关，受体系的温度、压强等因素影响，虽然两种反应路径的反应物和生成物的量相同，但体系温度不同，则焓变不同，A错误；反应慢说明反应的活化能高，所需能量高，反应快说明反应的活化能低，所需能量低，B错误；由①状态到其对应的最终状态为化学键断裂的过程(生成NO)，是吸收能量的过程，由②状态到其对应的最终状态为化学键形成的过程(生成CO2)，是释放能量的过程，C错误；无论哪种路径，N元素均由＋4价降到＋2价，C元素均由＋2价升高至＋4价，即还原等量的NO2时，消耗CO的量一定相同，D正确。9.2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应过程中的能量变化如图所示(图中E1表示无催化剂时正反应的活化能，E2表示无催化剂时逆反应的活化能)。下列有关叙述不正确的是(B)A.该反应的逆反应为吸热反应，升高温度可提高活化分子的百分数B.500℃、101kPa下，将1molSO2(g)和0.5molO2(g)置于密闭容器中充分反应生成SO3(g)放热akJ，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－2akJ·mol－1C.该反应中，反应物的总键能小于生成物的总键能D.ΔH＝E1－E2，使用催化剂改变活化能，但不改变反应热解析：由图可知，该反应正反应为放热反应，则该反应的逆反应为吸热反应，升高温度可提高活化分子的百分数，A正确；500℃、101kPa下，将1molSO2(g)和0.5molO2(g)置于密闭容器中充分反应放热akJ，由于该反应为可逆反应，生成SO3(g)的物质的量小于1mol，所以热化学方程式中2molSO2反应的焓变不等于－2akJ·mol－1，B不正确；该反应为放热反应，ΔH<0，所以反应物的总键能小于生成物的总键能，C正确；ΔH＝E1－E2，使用催化剂能改变反应的活化能，但不改变反应热，D正确。10.下列四幅图示所表示的信息与对应的叙述相符的是(C)A.图1表示H2与O2发生反应过程中的能量变化，则H2的燃烧热为241.8kJ·mol—1B.图2表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化C.图3表示一定条件下H2和Cl2生成HCl的反应热与途径无关，则ΔH1＝ΔH2＋ΔH3D.图4表示压强对可逆反应2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(s)的影响，乙的压强大解析：图1所示反应生成的水呈气态，燃烧热要求可燃物为1mol，生成的水为液态，所以A项错误；图2所示反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，所给反应为放热反应，B项错误；根据盖斯定律，反应热与途径无关，只与反应的始态和终态有关，C项正确；注意物质D为固体，所以该反应是气体体积减小的反应，压强改变时平衡会发生移动，A的体积分数最终一定不相等，D项错误。所以答案选择C项。二、不定项选择题(每小题有一个或者两个选项符合题目要求)11.(2021·河南高三月考卷改编)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(AC)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，因此发生反应放出热量，所以反应为放热反应，反应的ΔH＜0，A错误；能量越低，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，故a最稳定，B正确；根据图示可知该反应最大能垒为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。12.研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为：①N2O＋Fe＋=N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO=CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(C)A.反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应B.两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定C.Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物D.若转移1mol电子，则消耗11.2LN2O解析：反应①②均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，A错误；由图可知，Fe＋＋N2O→FeO＋＋N2、FeO＋＋CO→Fe＋＋CO2两步中均为反应物总能量大于生成物总能量，所以两个反应都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应①决定，B错误；Fe＋做催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，C正确；由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，D错误。13.(2021·安徽高三三模)铁触媒催化合成氨的反应可表示为eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)，该反应历程如下图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用“ad”表示。下列说法错误的是(A)A.氨气在催化剂表面的脱附是放热过程B.该反应的ΔH＝－46kJ/molC.历程中只涉及共价键的断裂与形成D.反应Nad＋3Had=NHad＋2Had在历程中速率最慢解析：由图可以看出，NH3脱附后所具有的能量大于脱附前的能量，因此脱附是吸热过程，故A错误；由图可知，反应后eq\f(1,2)N2和eq\f(3,2)H2所具有的能量减少了46kJ/mol，因此该反应的ΔH＝－46kJ/mol，故B正确；该反应只有共价键且涉及共价键的断裂与生成，故C正确；反应过程中所需能量最多(最大能垒)反应速率最慢，由图可知所需最多能量处是Nad＋3Nad生成NHad＋2Had的过程，方程式为Nad＋3Had=NHad＋2Had，故D正确。14.(2021·广东高三二模)乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理如下，能量与反应进程的关系如图所示。下列叙述正确的是(C)A.第①②③步反应都是放热反应B.第①步反应只断裂了碳碳键C.第①步反应的活化能比第②步反应的活化能大D.由图可知，总反应不需要加热就能进行解析：由图可知，第②③步反应：反应物的总能量均大于生成物的总能量，则第②③步反应均为放热反应，但第①步反应生成物的总能量大于反应物的总能量，属于吸热过程，故A错误；第①步反应断裂了碳碳键、碳氢键，故B错误；由图可知，第①步反应的活化能最大，第①步反应的活化能比第②步反应的活化能大，故C正确；由图可知，总反应是放热反应，与反应条件没有必然联系，故D错误。三、非选择题15.Ⅰ.研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。(1)将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨，s)=2Fe(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋489.0kJ·mol－1C(石墨，s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为__________________________________________。(2)二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH。取一定体积CO2和H2的混合气体(物质的量之比为1∶3)，加入恒容密闭容器中，发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图所示，则该反应ΔH______(填“>”“<”或“＝”)0。Ⅱ.环戊烯是生产精细化工产品的重要中间体，其制备涉及的反应如下：解聚反应：双环戊二烯(g)2环戊二烯(g)ΔH>0氢化反应：(l)＋H2(g)环戊烯(l)ΔH＝－100.5kJ·mol－1副反应：(l)＋H2(g)环戊烷(l)ΔH＝－109.4kJ·mol－1则反应(l)＋2H2(g)(l)的ΔH＝__________kJ/mol。答案：Ⅰ.(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－28.5kJ·mol－1(2)＜Ⅱ.－209.9解析：Ⅱ.已知氢化反应(l)＋H2(g)(l)ΔH＝－100.5kJ·mol－1，副反应(l)＋H2(g)(l)ΔH＝－109.4kJ·mol－1，根据盖斯定律，由氢化反应＋副反应得反应(l)＋2H2(g)(l)ΔH＝－100.5kJ/mol－109.4kJ/mol＝－209.9kJ/mol。16.请参考题中图表，已知E1＝134kJ·mol－1、E2＝368kJ·mol－1，根据要求回答问题：(1)图Ⅰ是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。请写出NO2和CO反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应的热化学方程式如下：①CH3OH(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋49.0kJ·mol－1②CH3OH(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)＋2H2(g)ΔH＝－192.9k