高考冲刺化学：化学反应与能量

【考点归纳】

1、  热化学方程式的书写

注意：

①热化学方程式必须标出能量变化。

②热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态（g气态,l液态,s固态，溶液aq；不用↑和↓（因已注明状态）。） 

③热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强（常温常压可不标）。

④热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数。

⑤各物质系数加倍，△H加倍；反应逆向进行，△H改变符号，数值不变

⑥不标反应条件

⑦标ΔH，包括“+”或“-”、数字和单位

 

2、化学反应热的计算

（1）   反应热等于生成物具有的总能量与反应物具有的总能量的差值。

ΔH= E_生（生成物的总能量）- E_反（反应物的总能量）    

（重结果：末-初）

（2）   反应热等于旧键的断裂要吸收能量与新键生成放出能量的差值。

ΔH= E_吸（反应物的键能总和）-E_放（生成物的键能总和）

（重过程：步步走）

（3）盖斯定律，即一步完成的反应热等于分几步完成的反应热之和。

ΔH=ΔH₁+ΔH₂

 

【真题链接】

1、（2013·新课标II）在1200 ℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：

H₂S(g)＋O₂(g)===SO₂(g)＋H₂O(g)  ΔH₁;

2H₂S(g)＋SO₂(g)===S₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH₂;

H₂S(g)＋O₂(g)===S(g)＋H₂O(g)  ΔH₃;

2S(g)===S₂(g)  ΔH₄。

则ΔH₄的正确表达式为（   ）

A．ΔH₄＝(ΔH₁＋ΔH₂－3ΔH₃)

B．ΔH₄＝(3ΔH₃－ΔH₁－ΔH₂)

C．ΔH₄＝(ΔH₁＋ΔH₂－3ΔH₃)

D．ΔH₄＝(ΔH₁－ΔH₂－3ΔH₃)

 

【答案】A

【解析】
将方程式依次标号①～④，可知反应④是通过方程式叠加得到：(②＋①)×－③×2，那么：ΔH₄＝(ΔH₂＋ΔH₁)×－ΔH₃×2＝(ΔH₂＋ΔH₁－3ΔH₃)，A项正确。

【考点】化学反应热的计算：盖斯定律的应用

2、（2014·新课标II）室温下，将1mol的CuSO₄·5H₂O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为△H₁，将1mol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．△H₁＜△H₃      C．△H₁+△H₃ =△H₂      D．△H₁+△H₂ ＞△H₃

 

【答案】B

【解析】将题干涉及热化学方程式写出：①CuSO₄·5H₂O(s)溶于水：CuSO₄·5H₂O(s)= Cu²⁺（aq）+SO₄2-（aq）+5H₂O(s)  △H₁；②CuSO₄(s)溶于水：CuSO₄ (s)= Cu²⁺（aq）+SO₄2-（aq）△H₂；③CuSO₄·5H₂O受热分解：CuSO₄·5H₂O(s) =CuSO₄(s)+5H₂O(l)  △H₃。CuSO₄(s)溶于水放热，△H₂＜0，CuSO₄·5H₂O受热分解吸热，△H₃＞0，△H₂＜△H₃，A错；据盖斯定律有③=①-②，有：△H₃ = △H₁-△H₂＞0，C、D错；B符合题意。

【考点】化学反应热的计算：盖斯定律的应用 

3、（2015·新课标II）甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO(g)+H₂(g) ?CH₃OH(g)              △H₁
②CO₂(g)+H₂(g) ?CH₃OH（g）+H₂O(g)    △H₂
③CO₂(g)+H₂(g) ?CO(g)+H₂O(g)         △H₃
回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：
  由此计算△H₁=                       kJ.mol^-1，已知△H₂=-58kJ.mol^-1，则△H₃=   kJ.mol^-1
（2）反应①的化学平衡常数K的表达式为          ；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                 。
（3）合成气的组成n(H₂)/n(CO+CO₂)=2.60时体系中的CO平衡转化率（a）与温度和压强的关系如图2所示。a（CO）值随温度升高而        （填“增大”或“减小”），其原因是             。

【答案】（1）-99；+41  （2）；a；反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；（3）减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；P₃＞P₂＞P₁；相同温度下，由于反应①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③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

试题解析：
（1）由焓变的概念知，△H₁=436×2+1076-413×3-465-343=-99kJ.mol^-1；由盖斯定律，△H₃=△H₂-△H₁=-58+99=+41 kJ.mol^-1
（2）由平衡常数的概念，反应①的化学平衡常数；因反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小，故a曲线能正确反映平衡常数K随温度变化关系。
（3）因反应①为放热反应，升高温度时，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率减小；P₃＞P₂＞P₁；相同温度下，由于反应①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③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，即图2中的压强由大到小为P₃＞P₂＞P₁。

【考点】化学平衡；化学反应热的计算：根据键能计算

4、（2013·新课标I）二甲醚(CH₃OCH₃)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H₂、CO和少量的CO₂)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

(Ⅰ)CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH (g)

ΔH₁＝－90．1 kJ·mol^-1

(Ⅱ)CO₂(g)＋3H₂(g)=CH₃OH(g)＋H₂O(g)

ΔH₂＝－49．0 kJ·mol^-1

水煤气变换反应：

(Ⅲ)CO(g)＋H₂O(g)=CO₂(g)＋H₂(g)

ΔH₃＝－41．1 kJ·mol^-1

二甲醚合成反应：

(Ⅳ)2CH₃OH(g)=CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)

ΔH₄＝－24．5 kJ·mol^-1

回答下列问题：

（1）Al₂O₃是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al₂O₃的主要工艺流程是_________________________________________ (以化学方程式表示)。

（2）分析二甲醚合成反应(Ⅳ)对于CO转化率的影响___________________

（3）由H₂和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为_________。

根据化学反应原理，分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响__________

（4）有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al₂O₃)、压强为5．0 MPa的条件下，由H₂和CO直接制备二甲醚，结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________。

（5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5．93 kW·h·kg^－1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为___________

一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1．20 V，能量密度E＝_______________________(列式计算,能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3．6×10⁶ J)。

【答案】

（1）Al₂O₃＋2NaOH===2NaAlO₂＋H₂ONaAlO₂＋CO₂＋2H₂O=Al(OH)₃↓＋NaHCO₃2Al(OH)₃=Al₂O₃＋3H₂O （2）消耗甲醇，促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移，CO转化率增大;生成的H₂O，通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO （3）2CO(g)＋4H₂(g)===CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－204．7 kJ·mol^－1　该反应分子数减少，压强升高使平衡右移，CO和H₂转化率增大，CH₃OCH₃产率增加。压强升高使CO和H₂浓度增加，反应速率增大 （4）反应放热，温度升高，平衡左移 （5）CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－===2CO₂＋12H^＋ 12÷(3．6×10⁶ J·kW^－1·h^－1)＝8．39 kW·h·kg^－1

【解析】

（1）铝土矿制备较高纯度Al₂O₃的主要工艺流程是利用氧化铝是两性氧化物溶于碱生成四羟基合铝酸钠，溶液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，加热分解得到氧化铝。

（2）反应(Ⅰ)、(Ⅲ)与CO有关。反应(Ⅰ)中的CH₃OH是反应(Ⅳ)的反应物，反应(Ⅳ)生成的H₂O是反应(Ⅲ)的反应物，从影响平衡的因素分析知两者均使CO转化率变大。
（3）由盖斯定律(Ⅰ)×2＋(Ⅳ)得：4H₂(g)＋2CO(g)===CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－204．7 kJ·mol^－1。
（4）该反应为放热反应，其他条件不变的情况下，温度升高，平衡逆向移动，转化率降低。
（5）正极反应为O₂＋4e^－＋4H^＋===2H₂O;负极反应必有H^＋生成，由电荷守恒、元素守恒得3H₂O＋CH₃OCH₃－12e^－===2CO₂＋12H^＋;1个CH₃OCH₃分子失去12e^－;假定燃料质量为1 kg，由能量密度计算方法列式计算即可。

【考点】化学反应热的计算、热化学方程式的书写；化学反应速率；原电池