内容正文:
高二化学
(75分钟 100分)
可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 N 14 O 16 S 32 Cl 35.5 Ca 40
一、选择题(本题包括14小题,每小题3分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.能量与科学、技术、社会、环境关系密切。下列应用中能量的主要转化形式错误的是
A.天然气燃烧:化学能→热能 B.太阳能电池工作:太阳能→电能
C.电池充电:电能→化学能 D.一次性速冷冰袋制冷:化学能→热能
2.固态或气态碘与氢气反应的热化学方程式如下:
①H2(g)+I2(?)2HI(g) ΔH1=-9.48 kJ·mol-1
②H2(g)+I2(?)2HI(g) ΔH2=+26.48 kJ·mol-1
下列对反应①和②中碘的状态的判断正确的是
A.反应①中的I2为固态,反应②中的I2为气态
B.反应①中的I2为气态,反应②中的I2为固态
C.反应①和②中的I2均为气态
D.反应①和②中的I2均为固态
3.热值是单位质量可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。几种物质的热值如表所示:
可燃物
CH4(g)
C2H6(g)
C3H8(g)
CH3CH2OH(l)
热值/(kJ·g-1)
55.6
52.0
50.5
29.7
其中,燃烧热ΔH最小的物质是
A.CH4(g) B.C2H6(g)
C.C3H8(g) D.CH3CH2OH(l)
4.下列反应或过程的ΔH>0的有
①铝与稀硫酸反应 ②煅烧石灰石制生石灰 ③Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与NH4Cl晶体反应 ④食物因氧化而腐败
A.1种 B.2种
C.3种 D.4种
5.一定条件下,一定量的丁烷充分燃烧生成二氧化碳和水蒸气,放出的热量为Q kJ。经测定完全吸收生成的水蒸气需消耗56 g CaO。该条件下,反应C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(g)的反应热ΔH为
A.-5Q kJ·mol-1 B.-Q kJ·mol-1
C.+Q kJ·mol-1 D.+5Q kJ·mol-1
6.某温度时在催化剂作用下,CO2和H2同时发生下列反应。
反应1:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)
反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(g) ΔH=-86.9 kJ·mol-1(主反应)
已知:主反应的速率大于副反应,反应所需的能量越大,反应速率越慢。下列反应过程中的能量变化示意图正确的是
A. B. C. D.
7.下列说法正确的是
A.在101 kPa和298 K下,甲烷的燃烧热ΔH=-890.3 kJ·mol-1,则甲烷完全燃烧的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
B.2H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(g) ΔH=+x kJ·mol-1(x为正值)
C.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,则稀盐酸与稀氨水反应的热化学方程式为NH3·H2O(aq)+HCl(aq)NH4Cl(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
D.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,若向1 L 1 mol·L-1 NaOH溶液中加入浓硫酸,恰好完全反应的热效应为ΔH2,则ΔH1>ΔH2
8.某科研人员提出HCHO与O2在羟基磷灰石(HAP)表面催化氧化生成CO2、H2O的过程,该过程示意图如图所示。下列叙述不正确的是
A.HAP的加入加快了化学反应速率
B.该过程中有极性键和非极性键的断裂与形成
C.该过程的总反应为HCHO+O2CO2+H2O
D.该过程总反应的ΔH<0
9.下列说法正确的是
A.C(石墨,s)C(金刚石,s) ΔH>0,结论:金刚石比石墨稳定
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH1,2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2,结论:ΔH1<ΔH2
C.Sn(灰,s)Sn(白,s) ΔH=+2.1 kJ·mol-1(灰锡为粉末状),结论:锡制品在寒冷的冬天因易转化为灰锡而损坏
D.正丁烷(g)异丁烷(g) ΔH<0,结论:断裂1 mol正丁烷(g)吸收的能量比形成1 mol异丁烷(g)释放的能量多
10.测定中和反应反应热的简易量热装置如图所示。下列关于该实验的说法正确的是
A.仪器a的作用是搅拌
B.向内筒中加入稀碱液时,应当缓慢分批加入
C.若装置中内筒和外壳间未填满碎塑料泡沫,则测得的ΔH偏小
D.处理数据时,根据Q=cmΔt即可求得ΔH
11.CO用于处理大气污染物N2O,反应历程中能量变化如图所示(IM表示中间产物,TS表示过渡态)。下列说法不正确的是
A.ZnO+为中间产物
B.稳定性:IM4>IM3>IM2>IM1
C.反应①为吸热反应,反应②为放热反应
D.该反应历程中的最大能垒(需要克服的能量障碍)为108.22 kJ·mol-1
12.氯及其化合物在生产、生活中应用广泛。几种含氯离子的相对能量如表所示:
离子
Cl-(aq)
ClO-(aq)
Cl (aq)
Cl (aq)
Cl (aq)
相对能量/(kJ·mol-1)
0
60
101
63
38
下列说法错误的是
A.酸性条件下,Cl-和ClO-混合会产生有毒气体
B.五种离子中最稳定的是Cl-
C.ClO-(aq)反应生成Cl(aq)和Cl-(aq)的过程吸收能量
D.反应4Cl(aq)3Cl (aq)+Cl-(aq)的ΔH=-138 kJ·mol-1
13.已知:白磷(P4)在O2中燃烧有如图所示转化关系。下列说法不正确的是
A.红磷与白磷互为同素异形体
B.等质量的红磷和白磷分别在氧气中完全燃烧生成P2O5(s),两者放出的热量相同
C.ΔH1<0,ΔH2<0
D.ΔH3=ΔH1+ΔH2
14.在标准压强(100 kPa)、298 K时,由最稳定的单质合成1 mol某物质的反应焓变叫作该物质的标准摩尔生成焓,用Δf(单位:kJ·mol-1)表示。有关物质的Δf如图所示。下列有关判断错误的是
A.H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1
B.NH3(g)比N2H4(l)稳定
C.NH3催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH=+902 kJ·mol-1
D.2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的能量之和
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
15.(15分)2024年6月7日,国家发展改革委等5部门联合发布合成氨等4个行业节能降碳专项行动计划,部署系列重点任务。回答下列问题:
(1)合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93 kJ·mol-1,其能量变化如图所示。
①该反应通常用铁触媒作催化剂,加催化剂的作用是 。加入催化剂后图中ΔH (填“增大”“减小”或“不变”)。
②已知部分化学键键能数据如表所示:
化学键
H—H
N—H
N≡N
键能/(kJ·mol-1)
436
x
945
则表中x= 。
(2)工业上可以用催化剂催化水煤气变换反应制取氢气[CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0],该过程示意图如图所示。
过程Ⅰ中有 (填“极性键”或“非极性键”)的断裂。过程Ⅳ需要 (填“吸收”或“放出”)能量。
(3)以稀有金属(镧、钌和锆)为催化剂合成氨的机理如图所示。由N2和H2合成1 mol氨气,转移的电子的物质的量为 。
(4)工业上用氨气制硝酸。氨气在高温下经催化氧化后所得的气体需要经过热交换器处理,其目的是 。
(5)对于合成氨反应,当其他条件不变时,只改变一个反应条件,以下措施能加快生成NH3的反应速率的是 (填字母)。
a.升高温度 b.提高N2、H2的投料量 c.恒容下充入Ar
16.(15分)实验室测定有机化合物(固态或液态)的燃烧热常用氧弹热量计(部分装置如图所示)。实验原理:水吸收的热量即物质燃烧释放的热量。某同学用氧弹热量计按以下实验步骤测量萘[C10H8(s)]的燃烧热。
a.用电子天平称量1 400.00 g纯水,倒入内筒中;
b.用电子天平称量1.00 g苯甲酸,将其置于氧弹热量计中的样品盘上,且与点火丝保持微小距离;
c.将试样装入钢弹内,用氧气排空气再注满高纯氧气;
d.打开搅拌器开关,读取纯水温度,当温度不再改变时,记下此时温度,该温度为初始温度;
e.用电火花引发燃烧反应,读取并记录内筒中水的最高温度;
f.重复实验3次,所得数据如表所示:
实验序号
水的初始温度/℃
水的最高温度/℃
①
25.0
28.1
②
24.5
27.4
③
24.0
28.4
g.用电子天平称取0.64 g萘压片并将其放入样品盘中,用其替换苯甲酸,重复上述实验,测得内筒中水的温差的平均值为2.9 ℃。已知1.00 g苯甲酸完全燃烧放出26.4 kJ的热量。
(1)该装置中缺少的实验仪器是 (填仪器名称)。
(2)搅拌器的材质宜为 (填字母),钢弹(燃烧池)采用钢制造的原因是 。
A.铜 B.钢 C.陶瓷 D.玻璃纤维
(3)钢弹内注满过量高纯氧气的目的是 。
(4)苯甲酸完全燃烧,氧弹热量计内筒中水升高的温度平均为 ℃;氧弹热量计内筒中水温升高1 ℃需要的热量为 kJ。
(5)根据题给数据写出表示萘的燃烧热的热化学方程式: (忽略电火花引燃时的热量及萘本身的热容误差)。
(6)查询文献可知萘[C10H8(s)]的燃烧热ΔH=-5 144.3 kJ·mol-1,通过上述实验测得的萘的燃烧热偏大的原因可能是 (填字母)。
a.钢弹内氧气有剩余 b.萘压片压得太紧实
c.苯甲酸的实际质量大于1 g d.苯甲酸燃烧时钢弹内氧气不足
(7)若称取0.10 g萘,其他条件不变,也能做此实验求得萘的燃烧热,但这样操作可能造成数据不准确,原因是 。
17.(14分)含硫物质具有广泛的应用,回答下列问题:
(1)已知:2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1;
4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g) ΔH2;
2H2S(g)+O2(g)2S(g)+2H2O(g) ΔH3;
6S(g)3S2(g) ΔH4。
ΔH1= (用ΔH2、ΔH3、ΔH4表示)。
(2)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。已知:V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·mol-1。V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 。
(3)利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储的流程如图所示。
①反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的质量之比为 。
②已知ΔG<0时反应能自发进行,ΔG=ΔH-T×ΔS。若反应Ⅰ的焓变ΔH=+551 kJ·mol-1,熵变ΔS=+500 J·mol-1·K-1,则反应Ⅰ正向自发进行的最低温度为 K。
(4)SO2直接排放会造成环境污染。
①我国正在探索在一定条件下用CO还原SO2得到固态硫的方法,用此法来除去SO2,已知反应每转移1 mol电子时放出67.5 kJ能量,则该反应的热化学方程式为 。
②工业上也常用NaClO的碱溶液吸收SO2,研究发现,Ca(ClO)2也可用于脱硫,且脱硫效果比NaClO好,Ca(ClO)2属于 (填“强电解质”或“弱电解质”),Ca(ClO)2脱硫的离子方程式为 。
18.(14分)化学反应伴随着能量变化,获取反应能量的变化有多种途径。
(1)相同条件下,1 mol Cl2的能量 (填“>”“<”或“=”,下同)2 mol Cl所具有的能量。
(2)已知2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-2a kJ·mol-1,则C(s)的燃烧热ΔH -a kJ·mol-1。
(3)将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合后在高温下煅烧,所得物质可作耐高温材料,4Al(s)+3TiO2(s)+3C(s)2Al2O3(s)+3TiC(s) ΔH=-1 176 kJ·mol-1,反应过程中,若放出的热量为49 kJ,则转移电子的物质的量为 mol。
(4)理论研究表明,在101 kPa、298 K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。
该异构化反应的ΔH= 。稳定性:HCN(g) (填“大于”“小于”或“等于”)HNC(g)。
(5)乙烷和二甲醚均可用作燃料。乙烷、二甲醚燃烧过程中的能量变化如图所示。
①a= 。二甲醚的燃烧热ΔH= 。
②二氧化碳是主要的温室气体之一,从环保角度分析,放出相同的热量时,选择 (填“乙烷”或“二甲醚”)作为燃料产生的二氧化碳较少。
参考答案
1.D 解析:一次性速冷冰袋在制冷过程中吸收热量,化学能转化为热能的过程中放出热量,D项错误。
2.B 解析:反应①为放热反应,反应②为吸热反应,因此反应①中碘的能量高,即反应①中碘单质为气态,反应②中碘单质为固态,B项正确。
3.C 解析:由题意可知,甲烷的燃烧热ΔH为(-55.6×16) kJ·mol-1=-889.6 kJ·mol-1,乙烷的燃烧热ΔH为(-52.0×30) kJ·mol-1=-1 560.0 kJ·mol-1,丙烷的燃烧热ΔH为(-50.5×44) kJ·mol-1=-2 222.0 kJ·mol-1,乙醇的燃烧热ΔH为(-29.7×46) kJ·mol-1=-1 366.2 kJ·mol-1,C项符合题意。
4.B 解析:铝与稀硫酸反应是放热反应,煅烧石灰石制生石灰是吸热反应,Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与NH4Cl晶体反应是吸热反应,食物因氧化而腐败,发生缓慢氧化,该过程放热,B项符合题意。
5.A 解析:56 g CaO的物质的量为1 mol,由反应CaO+H2OCa(OH)2可知,生成5 mol H2O(g)放出5Q kJ热量,故C4H10(g)+O2(g)4CO2(g)+5H2O(g) ΔH=-5Q kJ·mol-1,A项正确。
6.B 解析:反应1为吸热反应,反应物的总能量低于生成物的总能量,反应2为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,A、D两项均错误;反应2的速率大于反应1的速率,说明反应2所需的能量小于反应1所需的能量,B项正确,C项错误。
7.D 解析:热化学方程式中的水应为液态,A项错误;该反应为放热反应,反应热为负值,B项错误;一水合氨是弱碱,电离会吸热,1 mol NH3·H2O和1 mol HCl反应放出的热量小于57.3 kJ,C项错误;浓硫酸稀释过程中放出热量,故ΔH1>ΔH2,D项正确。
8.B 解析:HAP是催化剂,A项正确;根据题意,反应物为HCHO和O2,生成物为CO2和H2O,HAP作催化剂,总反应的化学方程式为HCHO+O2CO2+H2O,有极性键的断裂与形成,有非极性键的断裂,但是没有非极性键的形成,B项错误,C项正确;该反应为放热反应,ΔH<0,D项正确。
9.C 解析:物质的能量越低越稳定,石墨转化为金刚石吸收热量,石墨比金刚石稳定,A项错误;气态水转化为液态水的过程放热,则ΔH1>ΔH2,B项错误;断裂1 mol正丁烷(g)吸收的能量比形成1 mol异丁烷(g)释放的能量少,D项错误。
10.A 解析:为减少热量损失,应迅速加入稀碱液,B项错误;内筒和外壳间未填满碎塑料泡沫,会使热量损失,导致测定的反应放出的热量偏小,测得的ΔH偏大,C项错误;该测定实验中还需要计算生成的水的物质的量,再根据ΔH=-求得ΔH,D项错误。
11.D 解析:由图可知,ZnO+为中间产物,A项正确;物质的能量越低越稳定,所以稳定性IM4>IM3>IM2>IM1,B项正确;该反应历程中的最大能垒为149.6 kJ·mol-1,D项不正确。
12.C 解析:酸性条件下,Cl-和ClO-混合会产生Cl2,A项正确;物质的能量越低越稳定,故最稳定的是Cl-,B项正确;ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量,ClO-(aq)发生反应生成Cl(aq)和Cl-(aq)的ΔH=(101+0-60×2) kJ·mol-1=-19 kJ·mol-1,反应过程放出能量,C项错误;反应4Cl (aq)3Cl(aq)+Cl-(aq)的ΔH=(38×3+0-63×4) kJ·mol-1=-138 kJ·mol-1,D项正确。
13.B 解析:白磷转化为红磷时存在能量转化,则等质量的红磷和白磷具有的能量不同,完全燃烧生成P2O5(s)时放出的热量不相同,B项不正确。
14.C 解析:H2O(g)H2O(l)放热,所以H2O(l)的Δf<-241.8 kJ·mol-1,A项正确;物质的能量越低越稳定,NH3(g)的Δf比N2H4(l)的低,所以NH3(g)更稳定,B项正确;ΔH=生成物的标准摩尔生成焓-反应物的标准摩尔生成焓,故4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=4×(+91.3 kJ·mol-1)+6×(-241.8 kJ·mol-1)-4×(-45.9 kJ·mol-1)=-902 kJ·mol-1,C项错误;1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)的热化学方程式为N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+182.6 kJ·mol-1,该反应为吸热反应,所以2 mol NO(g)的能量大于1 mol N2(g)与1 mol O2(g)的能量之和,D项正确。
15.(1)①加快反应速率(2分);不变(2分)
②391(2分)
(2)极性键(1分);吸收(2分)
(3)3 mol(2分)
(4)利用反应放出的热量对进入热交换器的原料气体预热,使能量得到充分利用,并加快反应速率(2分)
(5)ab(2分)
解析:(1)②ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=(945+3×436-6x) kJ·mol-1=-93 kJ·mol-1,解得x=391。
(2)过程Ⅰ中H2O中的O—H断裂;过程Ⅳ为物质的脱附过程,脱附过程需要吸收能量。
(5)升高温度,能加快反应速率;提高N2、H2的投料量,增大了反应物浓度,反应速率增大;恒容下充入Ar,各物质的浓度不变,生成NH3的反应速率不变。
16.(1)温度计(1分)
(2)CD(2分);钢热传导的速率快(2分)
(3)确保可燃物完全燃烧(2分)
(4)3.0(1分);8.8(1分)
(5)C10H8(s)+12O2(g)10CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-5 104 kJ·mol-1(2分)
(6)bd(2分)
(7)实验过程中温度变化区间太小,读数误差大(2分)
解析:用题图装置来测量萘的燃烧热,先利用1.00 g苯甲酸的燃烧实验来测定内筒中水温升高1 ℃需要的热量,然后将1.00 g苯甲酸换成0.64 g萘,再测量水升高的温度,最后根据公式计算出萘的燃烧热。
(2)搅拌器的材质宜为导热性能差的陶瓷或玻璃纤维;钢弹采用钢制造的原因是钢的导热性好,能将物质燃烧产生的热量及时传递给水。
(4)实验①温差为28.1 ℃-25.0 ℃=3.1 ℃,实验②温差为27.4 ℃-24.5 ℃=2.9 ℃,实验③温差为28.4 ℃-24.0 ℃=4.4 ℃,实验③数据误差较大应该舍去,苯甲酸完全燃烧,氧弹热量计内筒中水升高的温度平均为 ℃=3.0 ℃;1.00 g苯甲酸完全燃烧放出26.4 kJ的热量,则氧弹热量计内筒中水温升高1 ℃需要的热量为 kJ=8.8 kJ。
(5)0.64 g萘完全燃烧放出的热量为8.8 kJ×2.9=25.52 kJ,0.64 g萘的物质的量为=0.005 mol,则1 mol萘完全燃烧放出的热量为 kJ=5 104 kJ,故表示萘的燃烧热的热化学方程式为C10H8(s)+12O2(g)10CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-5 104 kJ·mol-1。
(6)钢弹内氧气有剩余对测得的数据无影响,a项不符合题意;萘压片压得太紧实会导致萘燃烧不充分,测得的萘的燃烧热偏大,b项符合题意;苯甲酸的实际质量大于1 g会导致测得水温升高1 ℃需要的热量偏大,测得萘燃烧放出的热量偏大,测得的萘的燃烧热偏小,c项不符合题意;苯甲酸燃烧时钢弹内氧气不足会导致苯甲酸未完全燃烧,测得的水温升高1 ℃需要的热量偏小,测得萘燃烧放出的热量偏小,测得的萘的燃烧热偏大,d项符合题意。
17.(1)ΔH4+3ΔH3-ΔH2(2分)
(2)2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1(2分)
(3)①1∶2(2分)
②1 102(2分)
(4)①2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g) ΔH=-270.0 kJ·mol-1(2分)
②强电解质(2分);Ca2++ClO-+SO2+H2OCaSO4↓+Cl-+2H+(2分)
解析:(2)由图可知,①V2O4(s)+2SO3(g)2VOSO4(s) ΔH1=-399 kJ·mol-1,由已知信息可知,②V2O4(s)+SO3(g)V2O5(s)+SO2(g) ΔH2=-24 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由①-②×2得2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=ΔH1-2ΔH2=(-399 kJ·mol-1)-2×(-24 kJ·mol-1)=-351 kJ·mol-1。
(3)①反应Ⅱ的化学方程式为3SO2+2H2O2H2SO4+S,氧化剂与还原剂的质量之比为1∶2。
②由ΔG=ΔH-T×ΔS可知,反应Ⅰ正向自发进行的最低温度T= K=1 102 K。
18.(1)<(1分)
(2)<(1分)
(3)0.5(2分)
(4)+59.3 kJ·mol-1(2分);大于(2分)
(5)①(2分);-1 455 kJ·mol-1(2分)
②乙烷(2分)
解析:(3)根据化学方程式可知,4Al~12e-~-1 176 kJ·mol-1,则转移1 mol电子放出的热量为 kJ=98 kJ,若放出的热量为49 kJ,则转移0.5 mol电子。
(4)根据焓变等于生成物总能量减去反应物总能量,可知该异构化反应的ΔH=59.3 kJ·mol-1-0=+59.3 kJ·mol-1。
(5)①由图可知,aC2H6(g)+bO2(g)dCO2(g)+H2O(l) ΔH=-520 kJ·mol-1,根据H原子守恒,6a=2,得a=;由题图中信息,再根据H原子守恒可知,参加反应的CH3OCH3(g)的物质的量为 mol,则1 mol CH3OCH3(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)的ΔH=-(3×485) kJ·mol-1=-1 455 kJ·mol-1。
②等物质的量的乙烷、二甲醚完全燃烧生成的CO2(g)一样多,二者的燃烧热ΔH分别为-1 560 kJ·mol-1、-1 455 kJ·mol-1,故放出相同的热量时,选择乙烷作为燃料产生的二氧化碳较少。
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