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第十八讲 化学反应与能量变化（二）
1．了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3．了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
4．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
5．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
知识点一　盖斯定律
1．内容
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是________的。
2．意义
________________________________________________________________________。
3．应用
方程式 反应热间的关系
aAB
AB
知识点二　能源
1．概念
能提供________的自然资源。
2．发展阶段
______时期→__________时期→__________时期。
3．分类
(1)化石燃料
①种类：____、________、________。
②特点：蕴藏量有限，且________再生。
(2)新能源
①种类：________、________、________、________、________和__________等。
②特点：资源丰富，________再生，没有污染或污染很小。
4．能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是________，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的____________问题。
5．解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有______________，如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有____________________，如将固体______________，使液体__________等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或很少污染的新能源。
一、反应热的计算
1．主要依据
热化学方程式、键能的数据、盖斯定律和燃烧热的数据等。
2．主要方法
(1)根据热化学方程式计算
反应热与反应物各物质的物质的量成________。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算
①画出放热反应、吸热反应在反应过程中的能量变化示意图。
②根据图示判断能量变化与反应热的关系是什么？
(3)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算
ΔH＝
________________________________________________________________________。
(4)根据盖斯定律计算
化学反应的反应热只与__________________________有关，而与______________无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是________的。
应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2至3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。
④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
(5)根据物质燃烧放热数值计算Q(放)＝
_________________________________________________________
【典例】1．以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题：
(1)反应I、II的1nK(K代表化学平衡洋数)随(温度的倒数)的变化如图所示。据图判断，升高温度时，反应CO(g)+H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数将___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，若在恒温恒压下充入氦气，反应Ⅱ的平衡将___________(填“正向”“逆向”或“不”)移动；若将反应体系体积压缩至原来一半，重新达到平衡时两反应所需时间tI___________tII(填“＞”“＜”或“=”)。
(3)恒压条件下，将CO2和H2按体积比1：3混合，初始压强为P0，在不同催化剂作用下发生反应I和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
已知：CH3OH的选择性=
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________。
A．210℃ B．230℃ C．催化剂CZT D．催化剂CZ(Zr—1)T
②在230℃以上，升高温度CO2的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是___________。
③已知反应Ⅱ的速率方程可表示为，，其中分别为正、逆反应的速率常数，1gk与的关系如图所示，①、②、③、④四条斜线中，表示1gk正的是___________；230℃下，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为，达到平衡时，测得体系中，以物质的分压表示的反应I的平衡常数___________。(已知：10-0.48=0.33，10-0.52=0.30)
【典例】2．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点。其中CH4与CO2重整反应体系主要涉及以下反应：
a.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H1
b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2
c.CH4(g) C(s)+2H2(g) △H3
d.2CO(g) CO2(g)+C(s) △H4
e.CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) △H5
(1)根据盖斯定律，反应a的△H1=_______(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_______。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2会进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g) CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l) H+(aq)+(aq)
25°C时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol·L-1kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为_______mol·L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略的电离)。
(4)105°C时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPa.保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于_______kPa。
(5)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______(写离子符号)；若所得溶液c()：c()=2：1，溶液pH=_______。(室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11)
(6)CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是_______。
一、盖斯定律及反应热的计算
1．在一定温度压强下，依据图示关系，下列说法不正确的是
A．
B．1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量反应全部转化为(g)，前者放热多
C．
D．化学反应的△H，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关
2．某科研人员用下列流程实现了太阳能的转化与存储。
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
则能表示S(s)的燃烧热的热化学方程式中的为
A． B．
C． D．
3．已知：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.0kJ·mol-1，两步热循环制H2的过程如图，第一步以太阳能为热源分解Fe3O4，第二步FeO水解获得H2。
过程I：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △HI=+604.8kJ·mol-1
过程II：H2O(l)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+H2(g) △HII
下列说法正确的是
A．根据盖斯定律△HI+△HII=0
B．过程I中每生成3molFeO，转移1mol电子
C．过程II在任何温度下均为自发反应
D．整个过程中能量转化形式只存在太阳能转化为化学能
4．肼(H2N-NH2)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
共价键 N-H N-N O=O O-H
键能/(kJ·mol-1) 391 161 498 463
热化学方程式 N2H4(g)＋O2(g)→N2(g)＋2H2O(g)＋570kJ
则2N(g)→N2(g)＋Q，Q为A．1882kJ B．941kJ C．483kJ D．241.5kJ
5．已知：C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol
CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ/mol
理论上2mol石墨不充分燃烧，生成等物质的量的CO(g)和CO2(g)放出的热量是
A．676.5kJ B．504kJ C．283kJ D．110.5kJ
6．随着人们环保意识的增强，燃油汽车都已经装上了尾气处理装置。汽车尾气在催化剂作用下可发生如下反应：，下列说法正确的是
A．该反应能自发进行，说明和所含键能总和小于和所含键能总和
B．使用高效催化剂能降低反应的焓变
C．反应中每消耗1mol NO转移电子的数目约等于
D．升高温度一定能加快该反应的反应速率
7．下列图示与对应的叙述不符的是
A．由图1可知，2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) △H=(E2-E1)kJ·mol-1
B．图2表示Al3+与OH-反应时溶液中含铝微粒浓度变化曲线，a点溶液中存在大量
C．图3表示温度在T1和T2时水溶液中c(H+)和c(OH-)的关系，则阴影部分M内任意一点均满足c(H+)>c(OH-)
D．图4表示反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)平衡时NH3体积分数随起始变化的曲线，则转化率：αA(H2)=αB(H2)
8．下列说法不正确的是
A．已知Cl(g)+e-→Cl-(g) △H1，Na(g)→Na+(g)+e- △H2，则△H1<△H2
B．熵：1molC(CH3)4<1mol(CH3)2CHCH2CH3
C．热值：汽油<甲烷
D．热稳定性：NH4F>NH4Cl
9．CH3COOH和氨水反应的能量循环体系如图所示，下列说法正确的是
A．△H1+△H2+△H3=△H4 B．△H1+△H4>△H2+△H3
C．△H4<△H1-△H2 D．△H3<0
10．硫元素广泛分布于自然界，其相图(用于描述不同温度、压强下硫单质的转化及存在状态的平衡图像)如图。已知正交硫和单斜硫是硫元素的两种常见单质，且都是由S8分子组成的晶体，燃烧的热化学方程式为：S(正交，s)+O2(g)=SO2(g) △H1；S(单斜，s)+O2(g)=SO2(g) △H2。则下列有关说法正确的是
A．正交硫和单斜硫互为同分异构体
B．温度低于95.5℃且压强大于0.1Pa，正交硫发生升华现象
C．图中M→N过程为固态硫的液化，该过程一定破坏了共价键和分子间作用力
D．由上述信息可判断：△H1>△H2
11．海带可用于提取碘，I-易被氧化为I2，如：2Fe3++2I-=2Fe2++I2；I2与H2发生反应：H2(g)+I2(g)=2HI(g) ΔH1＜0，下列说法正确的是
A．2E(H-I)-E(H-H)-E(I-I)＜0(E表示键能)
B．体系中c(H2)：c(I2)：c(HI)=1：1：2，说明该反应达到平衡状态
C．增大压强，正、逆反应速率均不变，化学平衡不移动
D．反应H2(g)+I2(s)=2HI(g)的ΔH2>ΔH1
12．已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1
3H2(g)+ Fe2O3(s)=2Fe(s)+ 3H2O(g) ΔH2
2Fe(s)+ 1.5O2(g)=Fe2O3(s) ΔH3
2Al(s)+ 1.5O2(g)=A12O3(S) ΔH4
2Al(s)+ Fe2O3(s)=Al2O3(s)+ 2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应恰变的判断正确的是
A．ΔH1＜0，ΔH3＞0 B．ΔH5＜0，ΔH4＜ΔH3
C．ΔH1=ΔH2+ΔH3 D．ΔH3=ΔH4+ΔH5
二、燃料的充分燃烧和新能源
13．我国在科技、国防、航天航空等领域取得了举世瞩目的成绩，下列说法正确的是
A．我国成功研制出光刻胶用线性酚醛树脂，该树脂属于天然有机高分子化合物
B．“嫦娥五号”携带月壤样本成功返回地球，完成中国探月工程的收官之战，月壤中含有珍贵的 3He，3He 与4He 互为同位素
C．我国发射的火星探测器——“祝融号”火星车使用的太阳能电池板将电能转化为化学能
D．中国科学院化学研究所利用二氧化碳和水转化为“液态阳光”(乙醇和液氧)，可以实现碳中和，此过程中可同时释放能量
14．“自嗨锅”是近年来比较流行的食品，如图是“自嗨锅”示意图，使用时将水注入下层，几分钟后米饭就变得热气腾腾。发热包中的物质可能是
A．硝酸铵 B．氯化钠 C．氧化钙 D．固体酒精
15．装载有3名航天员6个月在轨驻留消耗品的天舟四号货运飞船，运用快速交汇对接技术，耗时仅6小时58分，就与空间站完成对接，中国空间站拉开全面建造大幕。下列叙述错误的是
A．飞船的太阳能帆板可将太阳能转化为电能
B．飞船主体材料铝合金的硬度高于金属铝
C．航天员所食米饭的主要营养成分是纤维素
D．航天服的材质聚酯纤维属于有机高分子材料
16．某种热激活电池的结构如图所示，该电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4，下列说法正确的是
A．放电过程中，Li+移向a极区
B．该电池中火药燃烧将化学能转化为电能
C．常温时，在a、b间连接电流表，指针偏转
D．放电时，a极的电极反应方程式为3Li13Si4-11e- =4Li7Si3+11Li+
17．2022年冬奥会火炬体现了艺术设计与科技创新的完美融合。火炬选用碳纤维与树脂的复合材料制成，降低了材料用量，燃料使用氢燃料，使火炬燃烧时的碳排放为“零”，体现出“绿色”办奥理念和科技冬奥成果。下列有关说法正确的是
A．树脂属于无机非金属材料
B．氢能是清洁的可再生能源
C．碳纤维与金刚石互为同素异形体
D．氢气燃烧时能量变化只有化学能到热能的转化
18．利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储的过程如下图所示。下列说法中，不正确的是
A．实现了将太阳能转化为电能
B．反应Ⅰ为放热反应
C．反应Ⅱ的化学方程式为
D．可循环使用
课程标准
基础知识通关
规律与方法
经典例题
基础通关练
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第十八讲 化学反应与能量变化（二）
1．了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3．了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
4．了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
5．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。
知识点一　盖斯定律
1．内容
对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是________的。
2．意义
________________________________________________________________________。
3．应用
方程式 反应热间的关系
aAB
AB
知识点二　能源
1．概念
能提供________的自然资源。
2．发展阶段
______时期→__________时期→__________时期。
3．分类
(1)化石燃料
①种类：____、________、________。
②特点：蕴藏量有限，且________再生。
(2)新能源
①种类：________、________、________、________、________和__________等。
②特点：资源丰富，________再生，没有污染或污染很小。
4．能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是________，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的____________问题。
5．解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有______________，如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有____________________，如将固体______________，使液体__________等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或很少污染的新能源。
知识点二
1．能量
2．柴草　化石能源　多能源结构
3．(1)①煤　石油　天然气　②不能
(2)①太阳能　氢能　风能　地热能　海洋能　生物质能　②可以
4．(1)化石燃料　(2)环境污染
5．(1)②适当过量的空气　足够大的接触面积　粉碎成粉末　喷成雾状
一、反应热的计算
1．主要依据
热化学方程式、键能的数据、盖斯定律和燃烧热的数据等。
2．主要方法
(1)根据热化学方程式计算
反应热与反应物各物质的物质的量成________。
(2)根据反应物和生成物的总能量计算
①画出放热反应、吸热反应在反应过程中的能量变化示意图。
②根据图示判断能量变化与反应热的关系是什么？
(3)依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算
ΔH＝
________________________________________________________________________。
(4)根据盖斯定律计算
化学反应的反应热只与__________________________有关，而与______________无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是________的。
应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2至3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。
④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
(5)根据物质燃烧放热数值计算Q(放)＝
_________________________________________________________
【答案】
一、2.(1)正比　(2)①
　
②反应热ΔH＝E(生成物的能量)－E(反应物的能量)
(3)反应物的化学键断裂吸收的能量－生成物的化学键形成释放的能量
(4)反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)　反应的途径　相同
(5)n(可燃物)×|ΔH|
【典例】1．以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题：
(1)反应I、II的1nK(K代表化学平衡洋数)随(温度的倒数)的变化如图所示。据图判断，升高温度时，反应CO(g)+H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数将___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，若在恒温恒压下充入氦气，反应Ⅱ的平衡将___________(填“正向”“逆向”或“不”)移动；若将反应体系体积压缩至原来一半，重新达到平衡时两反应所需时间tI___________tII(填“＞”“＜”或“=”)。
(3)恒压条件下，将CO2和H2按体积比1：3混合，初始压强为P0，在不同催化剂作用下发生反应I和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
已知：CH3OH的选择性=
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________。
A．210℃ B．230℃ C．催化剂CZT D．催化剂CZ(Zr—1)T
②在230℃以上，升高温度CO2的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是___________。
③已知反应Ⅱ的速率方程可表示为，，其中分别为正、逆反应的速率常数，1gk与的关系如图所示，①、②、③、④四条斜线中，表示1gk正的是___________；230℃下，图中A、B、C、D点的纵坐标分别为，达到平衡时，测得体系中，以物质的分压表示的反应I的平衡常数___________。(已知：10-0.48=0.33，10-0.52=0.30)
【答案】(1)减小
(2) 正向 =
(3) BD 230 C以上，温度升高，反应I的平衡向逆反应方向移动，反应I的平衡向正反应方向移动，但温度对反应I的平衡影响更大 ④
【解析】
（1）根据图像结合平衡移动原理分析反应热，并结合盖斯定律确定反应热的数值即正负，确定温度对平衡常数的影响。
（2）根据压强对平衡体系的影响进行分析，注意两个方程式的关联。
（3）结合温度对平衡的影响分析条件的选择，并通过平衡常数的公式和速率公式进行计算。
(1)由反应Ⅰ. ，
Ⅱ. 分析，利用盖斯定律，由Ⅰ-Ⅱ 可得热化学方程式为：CO(g)+H2(g)CH3OH(g) ，结合图分析，反应Ⅰ的1nK随着增大而增大，说明降低温度，平衡正向移动，则反应Ⅰ为放热反应，反应Ⅱ的1nK随着增大而减小，说明降低温度，平衡逆向移动，则反应Ⅱ为吸热反应，，则<0，升温平衡逆向移动，平衡常数减小。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，若在恒温恒压下充入氦气，反应体系的体积变大，相当于减压，反应Ⅰ逆向移动，使反应Ⅱ的平衡正向移动；若将反应体系体积压缩至原来一半，两个反应在一个体系中进行，故两个反应重新达到平衡的时间相同。
(3)①由图可知，使用催化剂CZ(Zr—1)T时甲醇的选择性和产率都更高，230℃时，在催化剂CZ(Zr—1)T催化下甲醇产率最高，故答案为BD。
②反应Ⅰ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，二氧化碳的转化率减小，甲醇的产率降低，而反应Ⅱ为吸热反应，平衡正向移动，且温度对反应Ⅱ的平衡影响大，所以总体二氧化碳的转化率增大。
③该反应为吸热反应，温度越低，正逆反应速率越小，越小，平衡逆向移动，则，故表示1gk正的是④。为③，根据平衡时，，KP2= ，
平衡时二氧化碳为（1-x-y）mol，氢气为（3-3x-y）mol,甲醇xmol，水（x+y）mol，一氧化碳为ymol，根据有3（1-x-y）=2 x+y，解x+y=0.6mol。又KP2=0.30分析，有，解2y=1-x，二者联立，解x=0.2，y=0.4。KP1=
【典例】2．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点。其中CH4与CO2重整反应体系主要涉及以下反应：
a.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H1
b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2
c.CH4(g) C(s)+2H2(g) △H3
d.2CO(g) CO2(g)+C(s) △H4
e.CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) △H5
(1)根据盖斯定律，反应a的△H1=_______(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_______。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2会进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g) CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l) H+(aq)+(aq)
25°C时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol·L-1kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为_______mol·L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略的电离)。
(4)105°C时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPa.保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于_______kPa。
(5)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______(写离子符号)；若所得溶液c()：c()=2：1，溶液pH=_______。(室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11)
(6)CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是_______。
【答案】(1)△H2+△H3+△H5
(2)AD
(3)
(4)100.8
(5) 10
(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔
【解析】
(1)a.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H1，b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2， c.CH4(g) C(s)+2H2(g) △H3，d.2CO(g) CO2(g)+C(s) △H4， e.CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) △H5， 根据盖斯定律分析，将b+c+e 可得a CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H1=△H2+△H3+△H5。
(2)A. 增大CO2与CH4的浓度，增大浓度，对应的反应a、b、c的正反应速率都增加，故正确；B. 移去部分C(s)，因为其为固体，对平衡无影响，故错误；C. 加入反应a的催化剂，能改变反应速率，但不影响平衡，不能提高CH4的平衡转化率，故错误；D. 降低反应温度，所有反应速率都减小，故反应a~e的正、逆反应速率都减小，故正确。故选AD。
(3)k2= ，因为p(CO2)= 为pkPa×x，则c(CO2)= ymol·L-1kPa-1×p(CO2)=pxy，忽略碳酸氢根离子的电离时，c(H+)-c(OH-)=c( )，而c(H+) c(OH-)=KW，所以有K2=，则c(H+)= mol/L。
(4)2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)，等温等容条件下，压强之比等于物质的量比，可用分压表示物质的量浓度，平衡常数KP ，温度不变化学平衡常数不变，设平衡时，平衡体系中二氧化碳的分压为x，则p（CO2）= =105.8 kPa，二氧化碳的初始压强等于平衡压强减去碳酸氢盐分解生成的二氧化碳的分压，即二氧化碳的初始压强大于105.8-5=100.8kPa。
(5)k2= ，则 ，当，，pH在 10.3，如果溶液的pH为13，则碳酸氢根离子浓度远远小于碳酸根离子浓度，则该溶液中所得阴离子为碳酸根离子。k2=，且所得溶液c()：c()=2：1，，pH=10。
(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔，具有更好的二氧化碳的捕集性能。
一、盖斯定律及反应热的计算
1．在一定温度压强下，依据图示关系，下列说法不正确的是
A．
B．1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量反应全部转化为(g)，前者放热多
C．
D．化学反应的△H，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关
【答案】B
【解析】
A．由题干信息可知，反应I：C(石墨)+(g)=CO(g) 反应II：CO(g)+(g)=CO2(g) ，则反应I-反应II得，根据盖斯定律可知，A正确；
B．由题干信息可知，C(石墨)= C(金刚石) ＜0，即1molC(石墨)具有的总能量低于1molC(金刚石)，则1mol C(石墨)和1mol C(金刚石)分别与足量反应全部转化为(g)，后者放热多，B错误；
C．由题干信息可知，反应I：C(石墨)+(g)=CO(g) ，反应III：C(金刚石)+(g)=CO(g) 则反应I-反应III得C(石墨)= C(金刚石)，根据盖斯定律可知，，C正确；
D．根据盖斯定律可知，化学反应的△H，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，D正确；
故答案为：B。
2．某科研人员用下列流程实现了太阳能的转化与存储。
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
则能表示S(s)的燃烧热的热化学方程式中的为
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】
根据盖斯定律反应Ⅰ加反应Ⅱ得到，则表示S(s)的燃烧热的热化学方程式 ，故A符合题意。
综上所述，答案为A。
3．已知：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.0kJ·mol-1，两步热循环制H2的过程如图，第一步以太阳能为热源分解Fe3O4，第二步FeO水解获得H2。
过程I：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △HI=+604.8kJ·mol-1
过程II：H2O(l)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+H2(g) △HII
下列说法正确的是
A．根据盖斯定律△HI+△HII=0
B．过程I中每生成3molFeO，转移1mol电子
C．过程II在任何温度下均为自发反应
D．整个过程中能量转化形式只存在太阳能转化为化学能
【答案】C
【解析】
A．已知反应①：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.0kJ·mol-1和反应②：2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) △HI=+604.8kJ·mol-1，根据盖斯定律将，可得过程II的热化学方程式为H2O(l)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+H2(g) △HII=-16.9 kJ·mol-1，△HI+△HII=604.8 kJ·mol-1-16.9 kJ·mol-1=+587.9 kJ·mol-1，A项错误；
B．过程I中每生成3molFeO，转移2mol电子，B项错误；
C．根据反应H2O(l)+3FeO(s)=Fe3O4(s)+H2(g) △HII=-16.9 kJ·mol-1，可知△S>0，△HII<0根据反应自发进行的判据：△H-T△S<0，该反应任何温度下均为自发反应， C项正确；
D．过程I将太阳能转化为化学能,过程I是放热反应，将化学能转化为热能，即该过程能量转化形式是太阳能转化为化学能和化学能转化为热能，D项错误；
答案选C。
4．肼(H2N-NH2)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
共价键 N-H N-N O=O O-H
键能/(kJ·mol-1) 391 161 498 463
热化学方程式 N2H4(g)＋O2(g)→N2(g)＋2H2O(g)＋570kJ
则2N(g)→N2(g)＋Q，Q为A．1882kJ B．941kJ C．483kJ D．241.5kJ
【答案】B
【解析】
N2的结构式为N≡N，设N≡N的键能为x，由可知，4×391kJ/mol+161kJ/mol+498kJ/mol-x-4×463kJ/mol=-570kJ/mol，解得x=941kJ/mol，形成化学键需要释放能量，所以Q=941kJ。
根据以上分析可知，Q=941kJ/mol，所以答案选B。
5．已知：C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol
CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ/mol
理论上2mol石墨不充分燃烧，生成等物质的量的CO(g)和CO2(g)放出的热量是
A．676.5kJ B．504kJ C．283kJ D．110.5kJ
【答案】B
【解析】
已知反应①：C(s,石墨)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol
反应②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ/mol，按盖斯定律反应①-②得，则理论上2mol石墨不充分燃烧，生成等物质的量的CO(g)和CO2(g)放出的热量是393.5kJ/mol×1mol+110.5kJ/mol×1mol=504kJ，B满足；
答案选B。
6．随着人们环保意识的增强，燃油汽车都已经装上了尾气处理装置。汽车尾气在催化剂作用下可发生如下反应：，下列说法正确的是
A．该反应能自发进行，说明和所含键能总和小于和所含键能总和
B．使用高效催化剂能降低反应的焓变
C．反应中每消耗1mol NO转移电子的数目约等于
D．升高温度一定能加快该反应的反应速率
【答案】A
【解析】
A．该反应能自发进行的依据是ΔG=ΔH-TΔS＜0，又ΔS＜0，所以ΔH＜0，即该反应为放热反应，由ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能＜0，则和所含键能总和小于和所含键能总和，故A正确；
B．使用催化剂只能改变反应速率，不能改变反应的焓变，故B错误；
C．NO在反应中转化为N2，N元素化合价降低了2价，故每消耗1molNO，转移电子的数目约等于2×6.02×1023，故C错误；
D．升高温度，若催化剂的活泼降低，该反应的反应速率不一定加快，故D错误；
故选：A。
7．下列图示与对应的叙述不符的是
A．由图1可知，2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) △H=(E2-E1)kJ·mol-1
B．图2表示Al3+与OH-反应时溶液中含铝微粒浓度变化曲线，a点溶液中存在大量
C．图3表示温度在T1和T2时水溶液中c(H+)和c(OH-)的关系，则阴影部分M内任意一点均满足c(H+)>c(OH-)
D．图4表示反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)平衡时NH3体积分数随起始变化的曲线，则转化率：αA(H2)=αB(H2)
【答案】D
【解析】
A．由图1可知，该反应为吸热反应，其焓变ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=(E2-E1)kJ·mol-1，即图1所示与叙述相符合，故A不符合题意；
B．由图2可知，pH大于10.5时（强碱性环境），铝元素以形式存在，图中a点溶液中应存在大量，则图2所示与叙述相符合，故B不符合题意；
C．XY线上任意点均有c(H+)=c(OH-)，当c(H+)=10-6.5mol·L-1时，向下作垂线得在M区域内c(OH-)＜10-6.5mol·L-1，即满足阴影部分M内，c(H+)＞c(OH-)，即图3所示与叙述相符合，故C不符合题意；
D．根据图像，随着的增大，相当于H2的物质的量不变，增大N2的物质的量，平衡向正向移动，氢气转化率增大，因此αA(H2)<αB(H2)，则图4所示与叙述不符合，故D符合题意；
答案选D。
8．下列说法不正确的是
A．已知Cl(g)+e-→Cl-(g) △H1，Na(g)→Na+(g)+e- △H2，则△H1<△H2
B．熵：1molC(CH3)4<1mol(CH3)2CHCH2CH3
C．热值：汽油<甲烷
D．热稳定性：NH4F>NH4Cl
【答案】D
【解析】
A．原子得到电子释放能量，原子失去电子吸收能量；故△H1＜0，△H2＞0，则△H1<△H2，A项正确；
B．在常温下（同温同压）熵是体系混乱程度的反应，体系越混乱，分子越活泼，熵越大，沸点越低，因为异戊烷((CH3)2CHCH2CH3)的沸点高于新戊烷(C(CH3)4)，所以新戊烷的熵值更大，即1molC(CH3)4＜1mol(CH3)2CHCH2CH3，B项正确；
C．单位质量某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，天然气的热值是汽油热值的3倍左右，故汽油<甲烷，C项正确；
D．两者均为离子化合物，氟离子碱性比氯离子强，所以氟化铵更有分解为氨气和氯化氢的趋势，且氟化氢气体有缔合现象，更稳定，反应物更易分解，D项错误；
答案选D。
9．CH3COOH和氨水反应的能量循环体系如图所示，下列说法正确的是
A．△H1+△H2+△H3=△H4 B．△H1+△H4>△H2+△H3
C．△H4<△H1-△H2 D．△H3<0
【答案】C
【解析】
由图可知①；②；③；④。
A．由以上得②+③+④=①，即△H2+△H3+△H4=△H1，故A错误；
B．由△H2+△H3+△H4=△H1得△H1+△H4=△H2+△H3+2△H4，中和反应是放热反应，故△H4<0，所以△H1+△H4<△H2+△H3，故B错误；
C．由△H2+△H3+△H4=△H1得△H4=△H1-△H2-△H3<0，弱电解质的电离是吸热过程，所以△H3>0，所以△H4<△H1-△H2，故C正确；
D．弱电解质的电离是吸热过程，所以△H3>0，故D错误；
故答案为：C。
10．硫元素广泛分布于自然界，其相图(用于描述不同温度、压强下硫单质的转化及存在状态的平衡图像)如图。已知正交硫和单斜硫是硫元素的两种常见单质，且都是由S8分子组成的晶体，燃烧的热化学方程式为：S(正交，s)+O2(g)=SO2(g) △H1；S(单斜，s)+O2(g)=SO2(g) △H2。则下列有关说法正确的是
A．正交硫和单斜硫互为同分异构体
B．温度低于95.5℃且压强大于0.1Pa，正交硫发生升华现象
C．图中M→N过程为固态硫的液化，该过程一定破坏了共价键和分子间作用力
D．由上述信息可判断：△H1>△H2
【答案】D
【解析】
A．正交硫和单斜硫均是硫元素组成的单质，二者互为同素异形体，A错误；
B．温度低于95.5℃且压强大于0.1Pa，正交硫是固态，需要降压才能升华为气态，B错误；
C．图中M→N过程为固态硫的液化，该过程中，正交硫先转化为单斜硫，再变成液体；正交硫和单斜硫都是由S8分子组成的晶体，则两种晶体中分子排列的方式不同，从正交硫转化为单斜硫破坏的是分子间作用力，单斜硫变为液体破坏的也是分子间作用力，C错误；
D．在同压条件下，升温由正交硫转化为单斜硫，说明单斜硫能量高，同质量的情况下，单斜硫燃烧放热多，由于两个燃烧反应的ΔH均为负值，则ΔH1>ΔH2，D正确；
故选D。
11．海带可用于提取碘，I-易被氧化为I2，如：2Fe3++2I-=2Fe2++I2；I2与H2发生反应：H2(g)+I2(g)=2HI(g) ΔH1＜0，下列说法正确的是
A．2E(H-I)-E(H-H)-E(I-I)＜0(E表示键能)
B．体系中c(H2)：c(I2)：c(HI)=1：1：2，说明该反应达到平衡状态
C．增大压强，正、逆反应速率均不变，化学平衡不移动
D．反应H2(g)+I2(s)=2HI(g)的ΔH2>ΔH1
【答案】D
【解析】
A．ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，则反应H2(g)+I2(g)=2HI(g) 的ΔH= E(H-H)+E(I-I)- 2E(H-I)＜0，故A错误；
B．未知起始反应物的量，则c(H2)：c(I2)：c(HI)=1：1：2不能说明该反应达到平衡状态，故B错误；
C．增大压强，正、逆反应速率均增大，由于反应前后气体分子数相等，则化学平衡不移动，故C错误；
D．物质从固态转为气态吸收热量，由反应H2(g)+I2(s)=2HI(g)-反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)可得，I2(s)= I2(g) ΔH=ΔH2-ΔH1>0，则ΔH2>ΔH1，故D正确；
故选：D。
12．已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1
3H2(g)+ Fe2O3(s)=2Fe(s)+ 3H2O(g) ΔH2
2Fe(s)+ 1.5O2(g)=Fe2O3(s) ΔH3
2Al(s)+ 1.5O2(g)=A12O3(S) ΔH4
2Al(s)+ Fe2O3(s)=Al2O3(s)+ 2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应恰变的判断正确的是
A．ΔH1＜0，ΔH3＞0 B．ΔH5＜0，ΔH4＜ΔH3
C．ΔH1=ΔH2+ΔH3 D．ΔH3=ΔH4+ΔH5
【答案】B
【解析】
A．2Fe(s)+ 1.5O2(g)=Fe2O3(s)为化合反应，属于放热反应，所以ΔH3＜0，A不正确；
B．2Al(s)+ Fe2O3(s)=Al2O3(s)+ 2Fe(s)为铝热反应，属于放热反应，ΔH5＜0，由于Al的金属活动性比Fe强，所以燃烧放出的热量更多，但由于放热反应的ΔH＜０，所以ΔH4＜ΔH3，B正确；
C．ΔH1为2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)放出的热量，ΔH2+ΔH3为3H2(g)+1.5O2(g)=3H2O(g)放出的热量，所以ΔH1≠ΔH2+ΔH3，C不正确；
D．依据盖斯定律，ΔH3=ΔH4-ΔH5，D不正确；
故选B。
二、燃料的充分燃烧和新能源
13．我国在科技、国防、航天航空等领域取得了举世瞩目的成绩，下列说法正确的是
A．我国成功研制出光刻胶用线性酚醛树脂，该树脂属于天然有机高分子化合物
B．“嫦娥五号”携带月壤样本成功返回地球，完成中国探月工程的收官之战，月壤中含有珍贵的 3He，3He 与4He 互为同位素
C．我国发射的火星探测器——“祝融号”火星车使用的太阳能电池板将电能转化为化学能
D．中国科学院化学研究所利用二氧化碳和水转化为“液态阳光”(乙醇和液氧)，可以实现碳中和，此过程中可同时释放能量
【答案】B
【解析】
A．线性酚醛树脂属于合成有机高分子化合物，故A错误；
B．3He 与4He的质子数相同、中子数不同，互为同位素，故B正确；
C．太阳能电池板是光能转化为电能的装置，故C错误；
D．二氧化碳和水转化为乙醇和液氧的反应是吸热反应，转化过程中吸收能量，故D错误；
故选B。
14．“自嗨锅”是近年来比较流行的食品，如图是“自嗨锅”示意图，使用时将水注入下层，几分钟后米饭就变得热气腾腾。发热包中的物质可能是
A．硝酸铵 B．氯化钠 C．氧化钙 D．固体酒精
【答案】C
【解析】
发热包中的物质与水反应放出大量的热，硝酸铵溶于水吸热，氯化钠溶于水无明显的热效应，氧化钙溶于水放热，固体酒精溶于水无明显的热效应，故选C。
15．装载有3名航天员6个月在轨驻留消耗品的天舟四号货运飞船，运用快速交汇对接技术，耗时仅6小时58分，就与空间站完成对接，中国空间站拉开全面建造大幕。下列叙述错误的是
A．飞船的太阳能帆板可将太阳能转化为电能
B．飞船主体材料铝合金的硬度高于金属铝
C．航天员所食米饭的主要营养成分是纤维素
D．航天服的材质聚酯纤维属于有机高分子材料
【答案】C
【解析】
A．飞船打开太阳能帆板，可将太阳能直接转化为电能，A正确；
B．合金的硬度比纯金属的大，B正确；
C．航天员所食米饭的主要营养成分为淀粉，C错误；
D．聚酯纤维属于人工合成有机高分子材料，D正确；
故答案选C。
16．某种热激活电池的结构如图所示，该电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4，下列说法正确的是
A．放电过程中，Li+移向a极区
B．该电池中火药燃烧将化学能转化为电能
C．常温时，在a、b间连接电流表，指针偏转
D．放电时，a极的电极反应方程式为3Li13Si4-11e- =4Li7Si3+11Li+
【答案】D
【解析】
根据电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4可得，在电池放电过程中，MnO2得电子发生还原反应，故b极为电池正极，a极为电池负极，以此解题。
A．放电过程中阳离子向正极移动，故放电过程中，Li+移向b极区，A错误；
B．该电池为热激活电池，故该电池中火药燃烧将化学能转化为热能，B错误；
C．该电池为热激活电池，常温下，电池不工作，在a、b间连接电流表时，指针不偏转，C错误；
D．放电时，a极的电极反应方程式为3Li13Si4 11e =4Li7Si3+11Li+，D正确；
故选D。
17．2022年冬奥会火炬体现了艺术设计与科技创新的完美融合。火炬选用碳纤维与树脂的复合材料制成，降低了材料用量，燃料使用氢燃料，使火炬燃烧时的碳排放为“零”，体现出“绿色”办奥理念和科技冬奥成果。下列有关说法正确的是
A．树脂属于无机非金属材料
B．氢能是清洁的可再生能源
C．碳纤维与金刚石互为同素异形体
D．氢气燃烧时能量变化只有化学能到热能的转化
【答案】B
【解析】
A．树脂属于有机高分子材料，故A错误；
B． 氢气燃烧生成水，且可通过电解水得到氢气，故氢能是清洁的可再生能源，故B正确；
C． 碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，还含有其他成分，属于混合物，故碳纤维与金刚石不互为同素异形体，故C错误；
D． 氢气燃烧时能量变化除了有化学能到热能的转化，还包括化学能到光能的转化，故D错误；
故选B。
18．利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储的过程如下图所示。下列说法中，不正确的是
A．实现了将太阳能转化为电能
B．反应Ⅰ为放热反应
C．反应Ⅱ的化学方程式为
D．可循环使用
【答案】B
【解析】
A．图示过程实现了将太阳能转化为电能，A正确；
B．反应I中，H2SO4分解需要热能，则该反应为吸热反应，B错误；
C．反应II中，SO2发生“催化歧化”反应，生成H2SO4和S，该反应的化学方程式为3SO2+2H2O2H2SO4+S↓，C正确；
D．如图所示，H2SO4既有消耗，又有生成，可循环使用，D正确；
故选B。
课程标准
基础知识通关
规律与方法
经典例题
基础通关练
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