2019版高考化学一轮复习 专题五 化学能与热能课件

专题五 化学能与热能,考点一 化学反应中能量变化的有关概念及计算 1.(2015课标,27,14分,0.321)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: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H2 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H3 回答下列问题: (1)已知反应中相关的化学键键能数据如下:,五年高考,A组 统一命题·课标卷题组,由此计算H1= kJ·mol-1;已知H2=-58 kJ·mol-1,则H3= kJ·mol-1。 (2)反应的化学平衡常数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()与温度和压强的关系如图 2所示。(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,反应为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应为吸 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) p3>p2>p1 相同温度下,由于反应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),解析 (1)由反应热与键能的关系可得,H1=1 076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-3×413 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1;依据盖斯定律知,反应=-,则H3=H2-H1=-58 kJ·mol-1 -(-99 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1。 (2)由化学平衡常数的定义知,K= ;H1<0,即反应是放热反应,升高温度,K值减 小,故a曲线能正确反映平衡常数K随温度变化的关系。,思路分析 (1)根据盖斯定律计算反应的反应热; (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、的影响,分析CO的转化率变化的原因。,知识拓展 对于此题化学图像问题,可按以下的方法进行分析: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。紧扣反应特征,理清反应是吸热还是放热,体积是增 大还是减小,有无固体、纯液体物质参加反应。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,13,6分,0.352)室温下,将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效 应为H1,将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为H2;CuSO4·5H2O受热分解的 化学方程式为:CuSO4·5H2O(s) CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为H3。则下列判断正确的是 ( ) A.H2>H3 B.H1H3,答案 B 由题干信息可得:CuSO4·5H2O(s) Cu2+(aq)+SO2-4(aq)+5H2O(l) H1>0,Cu- SO4(s) Cu2+(aq)+SO2-4(aq) H20,H2H1,B项正确,C、D项错误;H3>0,H2H2,A项错误。,解题关键 依据题给信息正确写出各步转化的热化学方程式是解题的关键。,易错警示 容易认为前两种情况是物理过程,根据题目的已知条件写不出热化学方程式,无法 根据盖斯定律求算判断。,3.(2018课标,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排 具有重要意义。回答下列问题: (1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。 已知:C(s)+2H2(g) CH4(g) H=-75 kJ·mol-1 C(s)+O2(g) CO2(g) H=-394 kJ·mol-1 C(s)+ O2(g) CO(g) H=-111 kJ·mol-1 该催化重整反应的H= kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填 标号)。 A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压 某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平 衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2·L-2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据 如下表:,由上表判断,催化剂X Y(填“优于”或“劣于”),理由是 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温 度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率 (v)的叙述正确的是 (填标号)。,A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加,D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大,在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·p(CO2)-0.5(k为速率常 数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO 2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。,答案 (1)247 A (2)劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活 化能相对小,消碳反应速率大 AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2),解析 本题考查盖斯定律的应用,化学反应速率与化学平衡常数。 (1)C(s)+2H2(g) CH4(g) H=-75 kJ·mol-1 C(s)+O2(g) CO2(g) H=-394 kJ·mol-1 C(s)+ O2(g) CO(g) H=-111 kJ·mol-1 运用盖斯定律,×2-可得CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H=(-111×2)-(-75)-(-39 4) kJ·mol-1=247 kJ·mol-1。正反应为气体体积增大的吸热反应,故升温、减压有利于平衡正向 移动,提高CH4的平衡转化率,A正确。列三段式:CH4(g) + CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) 始 2 mol 1 mol 0 mol 0 mol 转 0.5 mol 0.5 mol 1 mol 1 mol 平 1.5 mol 0.5 mol 1 mol 1 mol K= = = mol2·L-2。 (2)积碳反应与消碳反应均为吸热反应,升高温度时,K积、K消均增加;由图像可知600 以后,积碳量减小,说明升高温度,v消增加的倍数比v积增加的倍数大,故A、D正确。 由图像可知,时间相同时积碳量a>b>c,说明积碳速率a>b>c,由v=k·p(CH4)·p(CO2)-0.5可知,p (CH4)一定时,积碳速率与p(CO2)成反比,故pa(CO2)<pb(CO2)<pc(CO2)。,易错警示 (2)解答时一定要注意速率方程中p(CO2)-0.5= 。,4.(2017课标,28,14分)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具 有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: (1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以 B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 C.0.10 mol·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1 D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸 (2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。,通过计算,可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。 (3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 H2S的平衡转化率1= %,反应平衡常数K= 。 在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率2 1,该反应的 H 0。(填“>”“<”或“=”) 向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。 A.H2S B.CO2 C.COS D.N2,答案 (1)D (2)H2O(l) H2(g)+ O2(g) H=286 kJ·mol-1 H2S(g) H2(g)+S(s) H=20 kJ·mol-1 系 统() (3)2.5 2.8×10-3 > > B,解析 本题考查酸性强弱比较、盖斯定律的应用、转化率和化学平衡常数的计算、平衡移 动原理等。 (1)根据强酸制弱酸原理,可知酸性H2SO3>H2CO3>H2S,A项不符合题意;亚硫酸、氢硫酸都是二 元弱酸,等浓度的亚硫酸的导电能力比氢硫酸的强,可以证明酸性:H2SO3>H2S,B项不符合题意; 亚硫酸的pH比等浓度的氢硫酸的小,可以证明酸性:H2SO3>H2S,C项不符合题意;物质的还原性 与其电离产生氢离子的浓度大小无关,因此不能证明二者的酸性强弱,D项符合题意。 (2)H2SO4(aq) SO2(g)+H2O(l)+ O2(g) H1=327 kJ·mol-1 SO2(g)+I2(s)+2H2O(l) 2HI(aq)+ H2SO4(aq) H2=-151 kJ·mol-1 2HI(aq) H2 (g)+ I2(s) H3=110 kJ·mol-1 H2S(g)+ H2SO4(aq) S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) H4=61 kJ·mol-1 根据盖斯定律由+可得系统()制氢的热化学方程式为H2O(l) H2(g)+ O2(g) H,=286 kJ·mol-1;根据盖斯定律由+可得系统()制氢的热化学方程式为H2S(g) H2(g) +S(s) H=20 kJ·mol-1。 根据系统()、系统()的热化学方程式可知产生等量的氢气,后者吸收的热量比前者少。 (3)设平衡时反应的H2S的物质的量为x mol。H2S(g) + CO2(g) COS(g) + H2O(g) 开始 0.40 mol 0.10 mol 0 0 反应 x mol x mol x mol x mol 平衡 (0.40-x)mol (0.10-x)mol x mol x mol= =0.02 解得x=0.01,所以H2S的平衡转化率1= ×100%=2.5%。在该条件下反应达到平衡时化学 平衡常数K= = = 2.8×10-3。 温度由610 K升高到620 K,平衡时水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H2S的转化率增大, 即2>1;根据题意可知升高温度,化学平衡向正反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反,