专题十一 化学能与热能,高考化学 (课标专用),A组 课标卷题组,五年高考,考点一 化学反应中能量变化的有关概念及计算 (2012课标,27,15分)光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下 CO与Cl2在活性炭催化下合成。 (1)实验室中常用来制备氯气的化学方程式为 ; (2)工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧 热(H)分别为-890.3 kJmol-1、-285.8 kJmol-1和-283.0 kJmol-1,则生成1 m3(标准状况)CO所需 热量为 ; (3)实验室中可用氯仿(CHCl3)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方程式为 ; (4)COCl2的分解反应为COCl2(g) Cl2(g)+CO(g) H=+108 kJmol-1。反应体系达到平衡后, 各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线 未示出):,计算反应在第8 min时的平衡常数K= ; 比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低:T(2) T(8)(填“” 或“=”); 若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2)= molL-1; 比较产物CO在23 min、56 min和1213 min时平均反应速率平均反应速率分别以v(2,3)、v(56)、v(1213)表示的大小 ; 比较反应物COCl2在56 min和1516 min时平均反应速率的大小: v(56) v(1516)(填“”或“=”),原因是 。,答案 (15分)(1)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2+2H2O (2)5.52103 kJ (3)CHCl3+H2O2 HCl+H2O+COCl2 (4)0.234 molL-1 v(23)=v(1213) 在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大,解析 (1)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2。 (2)依题意有:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-890.3 kJmol-1 ,CO(g)+ O2(g) CO2(g) H=-283.0 kJmol-1 ,H2(g)+ O2(g) H2O(l) H=-285.8 kJmol-1 ,式-式2-式2得:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) H= +247.3 kJmol-1,故生成1 m3(标准状况)CO所需的热量为 kJ=5.52103 kJ。(3)依据题给 信息不难写出方程式为CHCl3+H2O2 COCl2+H2O+HCl。(4)K= = =0.234 molL-1。观察图像知第4 min时改变的条件是升高温度,平,衡正向移动,第8 min时达到新的平衡,故T(2)v(23)=v(1213)。观察图中56 min时与1516 min时曲线可知1516 min,时COCl2浓度低,反应速率小,即v(56)v(1516)。,考点二 热化学方程式的书写及盖斯定律,1.(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 molL-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 kJmol-1 H2S(g) H2(g)+S(s) H=20 kJmol-1 系 统() (3)2.5 2.810-3 B,解析 (1)根据强酸制弱酸规律,可知酸性H2SO3H2CO3H2S,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:H2SO3H2S,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:H2SO3H2S,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 kJmol-1 SO2(g)+I2(s)+2H2O(l) 2HI(aq)+ H2SO4(aq) H2=-151 kJmol-1 2HI(aq) H2 (g)+ I2(s) H3=110 kJmol-1 H2S(g)+ H2SO4(aq) S(s)+SO2(g)+ 2H2O(l) H4=61 kJmol-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 kJmol-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 kJmol-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= = = 2.810-3。 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21;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 应,即H0。,增大H2S的浓度,平衡正向移动,但加入量大于平衡移动时H2S的消耗量,所以H2S转化率减小, A项错误;增大CO2的浓度,平衡正向移动,H2S转化率增大,B项正确;COS是生成物,增大生成物 的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率减小,C项错误;N2是与反应体系无关的气体,充入N2,不能使化 学平衡发生移动,所以对H2S转化率无影响,D项错误。,易错警示 第(3)问易误认为增大H2S的物质的量平衡向正反应方向移动,就可以增大H2S的 转化率。实际上加入H2S,平衡正向移动,可以提高CO2的转化率(因其总量未变),但是H2S的转 化率会减小,因为平衡正向移动,生成物的浓度均增大,为使平衡常数保持不变,H2S的“余额” 增大。,2.(2014课标,28,15分)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法 生产。回答下列问题: (1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。 写出相应反应的化学方程式 。 (2)已知: 甲醇脱水反应 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) H1=-23.9 kJmol-1 甲醇制烯烃反应 2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g) H2=-29.1 kJmol-1 乙醇异构化反应 C2H5OH(g) CH3OCH3(g) H3=+50.7 kJmol-1 则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)的H= kJmol-1。与间接水 合法相比,气相直接水合法的优点是 。 (3)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中 =11)。,列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ,理由是 。 气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 、压强6.9 MPa, =0.61。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变 反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。,答案 (1)C2H4+H2SO4 C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4 (2)-45.5 污染小、腐蚀性小等 (3) = = =0.07 (MPa)-1 p1p2p3p4 反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高 将产物乙醇液化移去 增加 比,解析 (2)将题给反应依次编号为、,-即得C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g),故 H=H1-H2-H3=-23.9 kJmol-1-(-29.1 kJmol-1)-(+50.7 kJmol-1)=-45.5 kJmol-1。与间接水合法 相比,气相直接水合法没有使用浓硫酸,减轻了酸对设备的腐蚀,且无酸性废液产生,污染小。 (3)由题给曲线知,相同温度、不同压强下乙烯的转化率大小是p4p3p2p1,而C2H4(g)+H2O (g) C2H5OH(g)为气体分子数(气体总体积)减小的反应,压强越高,C2H4转化率越高,故压强 大小关系是p1p2p3p4。欲提高C2H4的转化率,除增大压强和降低温度外,还可使C2H5OH蒸 气液化而减小生成物浓度或增加 的值,即增大H2O(g)的浓度。,思路分析 (1)效仿乙酸乙酯的水解反应书写硫酸氢乙酯的水解反应。 (2)利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变。 (3)利用三段法计算平衡分压,代入Kp的表达式计算即可; 根据压强对平衡移动的影响分析。,B组 课标、及其他省(区、市)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O C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2 D.状态状态表示CO与O2反应的过程,答案 C A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,状态状态 表示CO与O反