『备考2021』 三年高考真题分类精编解析09 化学反应热及能源开发与利用（含解析）

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专题09 化学反应热及能源开发与利用
1.[2020·浙江7月选考，22]关于下列的判断正确的是( )




A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
碳酸氢根的电离属于吸热过程，则CO(aq)+H+(aq)=HCO(aq)为放热反应，所以△H1<0；
CO(aq)+H2O(l)HCO(aq)+OHˉ(aq)为碳酸根的水解离子方程式，CO的水解反应为吸热反应，所以△H2>0；
OHˉ(aq)+H+(aq)=H2O(l)表示强酸和强碱的中和反应，为放热反应，所以△H3<0；
醋酸与强碱的中和反应为放热反应，所以△H4<0；
但由于醋酸是弱酸，电离过程中会吸收部分热量，所以醋酸与强碱反应过程放出的热量小于强酸和强碱反应放出的热量，则△H4>△H3；故仅B选项符合题意。
2.[2020·浙江7月选考，29(1)]已知：
Ⅰ C2H6(g) C2H4(g)+ H2(g) △H1=136kJ/mol
Ⅱ C2H6(g) +CO2(g) C2H4(g)+ H2O(g) +CO(g) △H2=177kJ/mol
Ⅲ C2H6(g) +2CO2(g) 3H2(g) +4CO(g) △H3
CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) △H4=41kJ/mol
Ⅳ
已知：时，相关物质的相对能量(如图1)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的(随温度变化可忽略)。例如： 。根据相关物质的相对能量计算_____。
【答案】 430
【解析】
由图1的数据可知，C2H6(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的相对能量分别为-84kJ?mol-1、-393 kJ?mol-1、-110 kJ?mol-1、0 kJ?mol-1。由题中信息可知，?H=生成物的相对能量-反应物的相对能量，因此，C2H6(g)+2CO2(g)?4CO(g)+3H2(g) ?H3=(-110 kJ?mol-1)4-(-84kJ?mol-1)-( -393 kJ?mol-1)2=430 kJ?mol-1
3. [2020·新课标Ⅰ节选]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=?98 kJ·mol?1。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：_________。
【答案】 2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ?H= -351 kJ?mol-1
【解析】
(1)由题中信息可知：
①SO2(g)+O2(g)?SO3(g) ?H= -98kJ?mol-1
②V2O4(s)+ SO3(g)?V2O5(s)+ SO2(g) ?H2= -24kJ?mol-1
③V2O4(s)+ 2SO3(g)?2VOSO4(s) ?H1= -399kJ?mol-1
根据盖斯定律可知，③-②2得2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s)，则?H= ?H1-2?H2=( -399kJ?mol-1)-( -24kJ?mol-1)2= -351kJ?mol-1，所以该反应的热化学方程式为：2V2O5(s)+ 2SO2(g)? 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ?H= -351 kJ?mol-1；
4. [2020·新课标Ⅱ节选]天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g)
燃烧热ΔH/( kJ·mol?1) -1560 -1411 -286
ΔH=_________kJ·mol?1。
【答案】137
【解析】
由表中燃烧热数值可知：
①C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) ?H1= -1560kJ?mol-1；②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) ?H2= -1411kJ?mol-1；③H2(g)+O2(g)=H2O(l) ?H3= -286kJ?mol-1；根据盖斯定律可知，①-②-③得C2H6(g) =C2H4(g) + H2(g)，则?H= ?H1-?H2-?H3=( -1560kJ?mol-1)-( -1411kJ?mol-1)- ( -286kJ?mol-1)=137kJ?mol-1，故答案为137；
5. [2020·江苏]反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是
A. 该反应 、
B. 该反应的平衡常数
C. 高温下反应每生成1 mol Si需消耗
D 用E表示键能，该反应
【答案】B
【解析】
A．SiCl4、H2、HCl为气体，且反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，因此该反应为熵增，即△S>0，故A错误；
B．根据化学平衡常数的定义，该反应的平衡常数K=,故B正确；
C.题中说的是高温，不是标准状况下，因此不能直接用22.4L·mol－1计算，故C错误；
D．△H=反应物键能总和－生成物键能总和，即△H=4E(Si－Cl)＋2E(H－H)－4E(H－Cl) －2E(Si－Si)，故D错误；
答案为B。
6. [2020·山东（新高考）]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下图所示。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70:30和15:85。下列说法正确的是
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
【答案】AD
【解析】
【分析】
根据图像分析可知该加成反应为放热反应，且生成的1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，结合题干信息及温度对化学反应速率与化学平衡的影响效果分析作答。
根据上述分析可知，
A. 能量越低越稳定，根据图像可看出，1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，即1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物稳定，故A正确；
B. 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，不利用1,3-丁二烯的转化，即在40时其转化率会减小，故B错误；
C. 从0升至40，正化学反应速率均增大，即1,4-加成和1,2-加成反应的正速率均会增大，故C错误；
D. 从0升至40，对于1,2-加成反应来说，化学平衡向逆向移动，即1,2-加成正反应速率增大程度小于其逆反应速率的增大程度，故D正确；
答案选AD。
7. [2020·天津]理论研究表明，在101kPa和298K下，异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是
A. HCN比HNC稳定
B. 该异构化反应的
C. 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
【答案】D
【解析】
A．根据图中信息得到HCN能量比HNC能量低，再根据能量越低越稳定，因此HCN比HNC稳定，故A正确；
B．根据焓变等于生成物总能量减去反应物总能量，因此该异构化反应的，故B正确；
C．根据图中信息得出该反应是吸热反应，因此正反应的活化能大于逆反应的活化能，故C正确；
D．使用催化剂，不能改变反应的反应热，只改变反应路径，反应热只与反应物和生成物的总能量有关，故D错误。
综上所述，答案为D。
8. [2020·浙江1月选考，22]在一定温度下，某反应达到了化学平衡，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法正确的是(　　)
A.Ea为逆反应活化能，E′a为正反应活化能
B.该反应为放热反应，ΔH＝E′a－Ea
C.所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量
D.温度升高，逆反应速率加快幅度大于正反应加快幅度，使平衡逆移
【答案】D
【解析】　由图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，此反应为放热反应，Ea为正反应活化能，Ea′为逆反应活化能，ΔH＝Ea－Ea′，所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量，其差值是活化能，故A项、B项、C项都错误；升高温度，正、逆反应速率都加快，但逆反应速率加快幅度大于正反应速率加快幅度，使平衡逆向移动，故D项正确。答案选D。
9．[2019·江苏]氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是
A．一定温度下，反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e?4OH?
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：
ΔH=反应中形成新共价键的键能之和?反应中断裂旧共价键的键能之和
【答案】A
【解析】A.体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向，该反应属于混乱度减小的反应，能自发说明该反应为放热反应，即?H<0，故A正确；
B.氢氧燃料电池，氢气作负极，失电子发生氧化反应，中性条件的电极反应式为：2H2 ? 4e? =4H+，故B错误；
C.常温常压下，Vm≠22.L/mol，无法根据气体体积进行微粒数目的计算，故C错误；
D.反应中，应该如下估算：?H=反应中断裂旧化学键的键能之和? 反应中形成新共价键的键能之和，故D错误；
故选A。
10．[2019·新课标Ⅱ节选]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：
（1）已知：(g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·mol ?1 ①
H2(g)+ I2(g) 2HI(g) ΔH2=?11.0 kJ·mol ?1 ②
对于反应：(g)+ I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3=___________kJ·mol ?1。
【答案】(1)89.3
【解析】（1）根据盖斯定律①? ②，可得反应③的ΔH=89.3kJ/mol；
答案：89.3；
11．[2019·新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
（2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol? 1
CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=? 20 kJ·mol? 1
CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=? 121 kJ·mol? 1
则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol? 1。
【答案】（2）-116
【解析】（2）根据盖斯定律知，（反应I+反应II+反应III）×2得 ?H=（?H1+?H2+?H3）×2=?116kJ·mol? 1。
12．[2019·北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________。
②已知反应器中还存在如下反应：
i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH1
ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2
iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH3
……
iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__________反应的ΔH。
【答案】（1）① CH4 + 2H2O= 4H2 + CO2 ②C(s)+CO2(g)=2CO(g)
【解析】（1）①由于生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4：1，反应物是甲烷和水蒸气，因而反应方程式为CH4 + 2H2O= 4H2 + CO2；
②ⅰ? ⅱ可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),设为ⅳ，用ⅳ? ⅲ可得C(s)+CO2(g)=2CO(g)，因为还需利用C(s)+CO2(g)=2CO(g)反应的焓变。
13．[2019·天津节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题：
Ⅰ．硅粉与在300℃时反应生成气体和，放出热量，该反应的热化学方程式为________________________。的电子式为__________________。
Ⅱ．将氢化为有三种方法，对应的反应依次为：
①
②
③
（4）反应③的______（用，表示）。温度升高，反应③的平衡常数______（填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】Ⅰ．
Ⅱ．（4） 减小
【解析】
【分析】
I.书写热化学方程式时一定要标注出各物质的状态，要将热化学方程式中焓变的数值与化学计量数对应。本题的反应温度需要标注为条件；
II.（4）此问是盖斯定律的简单应用，对热化学方程式直接进行加减即可。
【详解】I.参加反应的物质是固态的Si、气态的HCl，生成的是气态的SiHCl3和氢气，反应条件是300℃，配平后发现SiHCl3的化学计量数恰好是1，由此可顺利写出该条件下的热化学方程式：Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) ?H=? 225kJ·mol? 1；SiHCl3中硅与1个H、3个Cl分别形成共价单键，由此可写出其电子式为：，注意别漏标3个氯原子的孤电子对；
II.（4）将反应①反向，并与反应②直接相加可得反应③，所以?H3=?H2? ?H1，因?H2<0、?H1>0，所以?H3必小于0，即反应③正反应为放热反应，而放热反应的化学平衡常数随着温度的升高而减小。
14. [2019·浙江4月选考，23]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M＝Ca、Mg)：
已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。下列说法不正确的是(　　)
A.ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0
B.ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0
C.ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)＝ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3，ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
【答案】C
【解析】根据已知信息，离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。由于r(Mg2＋)＜r(Ca2＋)，所以MgCO3的离子键强于CaCO3，由于化学键断裂需要吸热，故ΔH1(MgCO3)＞ΔH1(CaCO3)＞0，A项正确；由于ΔH2只与CO相关，故ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)＞0，B项正确；根据能量关系图可知ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3，由于ΔH(MgCO3)≠ΔH(CaCO3)，故ΔH1(MgCO3)＋ΔH2(MgCO3)－ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)＋ΔH2(CaCO3)－ΔH3(CaO)，而ΔH2(MgCO3)＝ΔH2(CaCO3)，故ΔH1(MgCO3)－ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)－ΔH3(CaO)，ΔH1(CaCO3)－ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)－ΔH3(MgO)，C项错误；由于ΔH＋ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，而ΔH＞0，故ΔH1＋ΔH2＞ΔH3，D项正确，故选C。
15．[2018·北京]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是
A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B．CH4→CH3COOH过程中，有C―H键发生断裂
C．①→②放出能量并形成了C―C键
D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
【答案】D
【解析】A项，根据图示CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4+CO2CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A项正确；B项，CH4选择性活化变为①过程中，有1个C—H键发生断裂，B项正确；C项，根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C键，C项正确；D项，催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误；答案选D。
16．[2018·江苏]下列说法正确的是
A．氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B．反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应
C．3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023
D．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快
【答案】C
【解析】A项，氢氧燃料电池放电时化学能不能全部转化为电能，理论上能量转化率高达85%~90%，A项错误；B项，反应4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)的ΔS0，该反应常温下可自发进行，该反应为放热反应，B项错误；C项，N2与H2的反应为可逆反应，3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子数小于6 mol，转移电子数小于66.021023，C项正确；D项，酶是一类具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用具有的特点是：条件温和、不需加热，具有高度的专一性、高效催化作用，温度越高酶会发生变性，催化活性降低，淀粉水解速率减慢，D项错误；答案选C。
17．[2018·海南]炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是
A．每活化一个氧分子吸收0.29eV能量
B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV
C．氧分子的活化是O－O的断裂与C－O键的生成过程
D．炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂
【答案】CD
【解析】A. 由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放出能量，故A不符合题意；
B. 由图可知，水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18eV，故B不符合题意；
C. 由图可知，氧分子的活化是O－O的断裂与C－O键的生成过程，故C符合题意；
D. 活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂，故D符合题意；
故答案为CD。
18. [2018·江苏，20节选] NOx（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
（1）用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：
2NO2（g）+H2O（l）HNO3（aq）+HNO2（aq） ΔH=?116.1 kJ·mol?1
3HNO2（aq）HNO3（aq）+2NO（g）+H2O（l） ΔH=75.9 kJ·mol?1
反应3NO2（g）+H2O（l）2HNO3（aq）+NO（g）的ΔH=___________kJ·mol?1。
【答案】?136.2
【解析】将两个热化学方程式编号，
2NO2（g）+H2O（l）=HNO3（aq）+HNO2（aq） ΔH=?116.1 kJ·mol?1（①式）
3HNO2（aq）=HNO3（aq）+2NO（g）+H2O（l） ΔH=75.9 kJ·mol?1（②式）
应用盖斯定律，将（①式3+②式）2得，反应3NO2（g）+H2O（l）=2HNO3（aq）+NO（g）ΔH=（?116.1 kJ·mol?1）3+75.9 kJ·mol?1]2=-136.2kJ·mol?1。
19. [2018·浙江11月选考，21]已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH1
C6H12O6(g)===C6H12O6(s)　ΔH2
C6H12O6(s)＋6O2(g)===6H2O(g)＋6CO2(g)　ΔH3
C6H12O6(g)＋6O2(g)===6H2O(l)＋6CO2(g)　ΔH4
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1<0，ΔH2<0，ΔH3<ΔH4
B.6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
C.－6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝0
D.－6ΔH1＋ΔH2－ΔH3＋ΔH4 ＝0
【答案】B
【解析】由气态物质转化成液态物质或固态物质均放出热量，ΔH1＜0，ΔH2＜0，气态C6H12O6燃烧生成液态水比固态C6H12O6燃烧生成气态水放出热量多，所以ΔH3＞ΔH4，A项错误；根据盖斯定律得ΔH4＝6ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，B项正确，C、D项错误。
20. [2018·浙江4月选考，21]氢卤酸的能量关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.已知HF气体溶于水放热，ΔH1<0
B.相同条件下，HCl的ΔH2比HBr的小
C.相同条件下，HCl的(ΔH1＋ΔH2)比HI的大
D.一定条件下，气态原子生成1 mol H—X键放出a kJ能量，则该条件下ΔH2＝a kJ·mol－1
【答案】D
【解析】　A选项ΔH1为溶液到气体为吸热反应ΔH1＞0，A错误；Cl的非金属性更强，HCl更稳定，对应ΔH2更大，B错误；Cl的非金属性更强，HCl更稳定ΔH2较大，但HI沸点更高，ΔH1较大，C错误；ΔH2即为键能，D正确
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