吉林省松原市扶余县高考化学 真题集锦十四 化学反应中的能量变化

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1 吉林省松原市扶余县高考化学真题集锦十四:化学反应中的能量变化 1.(2013·高考新课标全国卷Ⅱ)在1 200 ℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应: H2S(g)+32O2(g)===SO2(g)+H2O(g)ΔH1

2H2S(g)+SO2(g)===32S2(g)+2H2O(g)ΔH2 H2S(g)+12O2(g)===S(g)+H2O(g)ΔH3 2S(g)===S2(g)ΔH4 则ΔH4的正确表达式为( )

A.ΔH4=23(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)

B.ΔH4=23(3ΔH3-ΔH1-ΔH2) C.ΔH4=32(ΔH1+ΔH2-3ΔH3) D.ΔH4=32(ΔH1-ΔH2-3ΔH3) 解析:选A。根据盖斯定律找出各反应的反应热之间的关系。 将前三个热化学方程式分别标为①、②、③,根据盖斯定律,由23×①+23×②-2×③可得:2S(g)===S2(g) ΔH4=23(ΔH1+ΔH2-3ΔH3)。 2.(2013·高考重庆卷)已知:P4(g)+6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH=a kJ·mol-1, P4(g)+10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH=b kJ·mol-1, P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2c kJ·mol-1。 下列叙述正确的是( ) A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能 B.可求Cl2(g)+ PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4 kJ·mol-1 D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8 kJ·mol-1 解析:选C。根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。A.根据Cl原子半径小于P原子半径,可判断P—P键键长大于P—Cl键键长,所以P—P键的键能小于P—Cl键的键能,故A错误。B.根据盖斯定律可得Cl2(g)+PCl3(g)===PCl5(g) ΔH=(b-a)/4 kJ·mol-1,但不知PCl5(g)转化为PCl5(s)时的热效应,故B错误。C.由B选项分析得出的热化学方程式可知:(b-a)/4=x(Cl—Cl键的键能)+3×1.2c-5c,x=(b-a)/4+1.4c,故C正确。D.由P4(g)+6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH=a kJ·mol-1可知:a=6y(P—P键的键能)+

6×b-a+5.6c4-12×1.2c,得:y=2.5a+6c-1.5b6,D错误。 3.(2013·高考福建卷)某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下:

mCeO2――→太阳能①(m-x)CeO2·xCe+xO2

(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2――→900 ℃②mCeO2+xH2+xCO 下列说法不正确的是( ) 2

A.该过程中CeO2没有消耗 B.该过程实现了太阳能向化学能的转化 C.右图中ΔH1=ΔH2+ΔH3 D.以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO+4OH--2e-===CO2-3+2H2O 解析:选C。A.根据题干中已知的两个反应可以看出,CeO2在反应前后没有变化,CeO2

应是水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳的催化剂。B.在太阳能的作用下,水和二氧化碳转

化为氢气和一氧化碳,太阳能转化为化学能。C.根据盖斯定律可知-ΔH3=ΔH1+ΔH2。D.以一氧化碳和氧气构成的碱性燃料电池,负极应为一氧化碳失电子,在碱性条件下一氧化碳应变为碳酸根离子,结合选项中所给的电极反应式,再根据电荷守恒、得失电子守恒则可判断其正确。 4.(2013·高考新课标全国卷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Cu­Zn­Al­O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如下图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是 ________________________________________________________________________。 3

(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)。 解析:从元素化合物,影响化学反应速率及平衡因素,盖斯定律,原电池原理以及与物理知识综合运用分析推理。 (1)工业上从铝土矿制备高纯度Al2O3的主要工艺流程是Al2O3(铝土矿)+2NaOH===2NaAlO2+H2O、NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3[或Al2O3+2NaOH+

3H2O===2NaAl(OH)4、NaAl(OH)4+CO2===Al(OH)3↓+NaHCO3]、2Al(OH)3=====△Al2O3+3H2O。 (2)由二甲醚合成反应2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g),由于消耗甲醇,使反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)中产物减少,平衡右移,CO转化率增大;同时由于生成H2O(g),使水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)平衡右移,消耗部分CO。 (3)写出由H2和CO直接制备二甲醚的化学方程式: 4H2+2CO===CH3OCH3+H2O。 由(ⅰ)得:2CO(g)+4H2(g)===2CH3OH(g) ΔH1=(-90.1)×2 kJ·mol-1; 由(ⅳ)得:2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ·mol-1; 以上两式相加得所求热化学方程式的ΔH=(-90.1×2)kJ·mol-1+(-24.5)kJ·mol-1=-204.7 kJ ·mol-1。故热化学方程式为4H2(g)+2CO(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=

-204.7 kJ·mol-1。 直接制备二甲醚的反应为气体分子数减少的反应,压强升高,平衡右移,CO和H2的转化率都增大,CH3OCH3的产率增加。同时压强升高使CO和H2的浓度增加,反应速率也增大。 (4)H2和CO直接制备二甲醚的反应为放热反应,温度升高,平衡向左移动,CO转化率和CH3OCH3产率都降低。 (5)二甲醚直接燃料电池的总反应为CH3OCH3+3O2===2CO2+3H2O,负极反应式的书写步骤: 第一步先写反应物、生成物:CH3OCH32CO2; 第二步写明转移电子数:CH3OCH3-12e-2CO2; 第三步配平:3H2O+CH3OCH3-12e-===2CO2+12H+。 1 mol二甲醚被氧化生成2 mol CO2,失去12NA个电子,故1个二甲醚分子转移12个电子。 据能量密度=电池输出电能/燃料质量,若燃料质量为1 kg,则:

1.20 V×1 000 g46 g·mol-1×12×96 500 C·mol-11 kg÷(3.6×106 J·kW-1·h-1)≈8.39

kW·h·kg-1。 答案:(1)Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O===2NaAl(OH)4、NaAl(OH)4+CO2===Al(OH)3↓+NaHCO3、