专题1分层作业3 能源的充分利用
A级 必备知识基础练
1.下列描述正确的是( )
A.通过煤的液化、气化等物理方法可以将煤转化为CO、CH4等燃料,提高煤燃烧的热效率
B.需要加热才能发生的反应是吸热反应
C.天然气、水煤气是二次能源
D.煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能
2.下列说法不正确的是( )
A.释放或吸收热量是化学反应中能量变化的主要形式
B.人体所需能量主要依靠糖类、脂肪、蛋白质这三大营养物质来提供
C.化学反应中化学键的断裂和形成是反应过程中有能量变化的本质原因
D.甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3 kJ·mol-1,氢气的标准燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,可知甲烷的热值大于氢气
3.已知1.2 g C(石墨,s)不完全燃烧生成CO时放出11.1 kJ热量,继续燃烧生成CO2时又放出28.3 kJ热量,则能表示C(石墨,s)标准燃烧热的热化学方程式为( )
A.C(石墨,s)+O2(g)CO(g) ΔH=-11.1 kJ·mol-1
B.C(石墨,s)+O2(g)CO(g) ΔH=-111.1 kJ·mol-1
C.C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1
D.C(石墨,s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-28.3 kJ·mol-1
4.据悉,长征系列火箭的燃料为偏二甲肼(C2H8N2)。已知:101 kPa下,1.5 g偏二甲肼完全燃烧放出50 kJ热量,则偏二甲肼的标准燃烧热ΔH为( )
A.-1 000 kJ·mol-1 B.-1 500 kJ·mol-1
C.-2 000 kJ·mol-1 D.-3 000 kJ·mol-1
5.关于化学反应中能量变化的说法正确的是( )
A.在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。该反应中化学能全部转化为热能
B.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
C.CO(g)的标准燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1,则反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的ΔH=566.0 kJ·mol-1
D.催化剂能改变反应的焓变
6.氢气(H2)、一氧化碳(CO)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热化学方程式分别如下:
H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH=-285.8 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)CO2(g)
ΔH=-283.0 kJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)
ΔH=-5 518 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3 kJ·mol-1
相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量最少的是( )
A.H2(g) B.CO(g)
C.C8H18(l) D.CH4(g)
7.甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,广泛应用于化工生产,也可以直接用作燃料。
已知:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(g) ΔH1=-443.64 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-566.0 kJ·mol-1
(1)试写出CH3OH(l)在氧气中完全燃烧生成CO2和H2O(g)的热化学方程式: 。
(2)甲醇作为燃料,优点是燃烧时排放的污染物少,从而不仅能缓解能源紧张和温室效应的问题,还能改善大气质量。试利用(1)中写出的热化学方程式计算,完全燃烧16 g CH3OH(l)燃烧生成二氧化碳和水蒸气时,放出的热量为 kJ,生成的CO2气体标准状况下的体积是 L,该过程中转移电子的物质的量为 mol。
8.碳是形成化合物种类最多的元素,其单质及某些化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题:
(1)已知CH3OH(l)的标准燃烧热ΔH=-238.6 kJ·mol-1,CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH=-a kJ·mol-1,则a (填“>”“<”或“=”)238.6。
(2)使Cl2(g)和H2O(g)通过灼热的碳层,生成HCl(g)和CO2,当有1 mol Cl2(g)参加反应时释放出145 kJ热量,写出该反应的热化学方程式: 。
(3)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧,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,则反应过程中,每转移1 mol电子放出的热量为 。
B级 关键能力提升练
9.已知:①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=a kJ·mol-1
②S(s)+2K(s)K2S(s) ΔH2=b kJ·mol-1
③2K(s)+N2(g)+3O2(g)2KNO3(s) ΔH3=c kJ·mol-1
则S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)的热效应ΔH为( )
A.(a+b-c)kJ·mol-1 B.(3a+b-c)kJ·mol-1
C.(c-a-b)kJ·mol-1 D.(c-3a-b)kJ·mol-1
10.已知:①2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566 kJ·mol-1 ②Na2O2(s)+CO2(g)Na2CO3(s)+O2(g) ΔH=-226 kJ·mol-1;根据热化学方程式判断,下列说法或表示正确的是( )
A.Na2O2(s)+CO2(s)Na2CO3(s)+O2(g) ΔH>-226 kJ·mol-1
B.如图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系
C.CO的标准燃烧热ΔH=-283 kJ
D.CO(g)+Na2O2(s)Na2CO3(s) ΔH=509 kJ·mol-1
11.肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):N≡N为946、OO为500、N—H为391,则断开1 mol N—N键所需要的能量是( )
A.194 kJ B.391 kJ
C.154 kJ D.658 kJ
12.四氯化钛是乙烯聚合催化剂的重要成分,制备反应如下:
①TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=175.4 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2=-110.45 kJ·mol-1
下列说法正确的是( )
A.反应①中的能量变化如上图所示
B.TiO2(s)的能量高于TiCl4(g)的能量
C.固体C的标准燃烧热ΔH=-110.45 kJ·mol-1
D.反应TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=-45.5 kJ·mol-1
13.当今社会,能源的发展已成为全世界共同关注的话题,乙烷、二甲醚的标准燃烧热的绝对值较大,可用作燃料。乙烷、二甲醚燃烧过程中的能量变化如图所示。
请回答下列问题:
(1)a= 。
(2)乙烷的标准燃烧热ΔH= kJ·mol-1。
(3)等物质的量的液态乙烷比气态乙烷完全燃烧时放出的热量 (填“多”或“少”)。
(4)写出二甲醚完全燃烧时的热化学方程式: 。
(5)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。
14.热化学循环分解水制H2是在水反应体系中加入一种中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为H2和O2,下图是热化学循环制氢气的流程。
(1)实验测得,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量,则能表示氢气标准燃烧热的热化学方程式为 。
(2)整个流程参与循环的物质是 (填化学式,下同)和 ,最难进行的反应是 (填字母)。
(3)乙醇氧化重整或水蒸气重整都可以制取氢气:
氧化重整:C2H5OH(l)+O2(g)2CO2(g)+3H2(g)
ΔH=-554.0 kJ·mol-1
水蒸气重整:C2H5OH(l)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) ΔH=174.2 kJ·mol-1
①反应C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)的ΔH (填“>”“<”或“=”)-554.0 kJ·mol-1。
②为维持热平衡,实际生产中采用氧化、水蒸气联合重整。理论上参加水蒸气重整的乙醇与参加氧化重整的乙醇的物质的量之比约为 。
(4)合成氨用的H2可以甲烷为原料制得。有关化学反应的能量变化如图所示,则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为 。
C级 学科素养拔高练
15.将煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);C(s)、CO(g)和H2(g)燃烧的热化学方程式为
①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
②H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-242.0 kJ·mol-1
③CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
请回答:
(1)根据以上数据,写出C(s)与水蒸气反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式: 。
(2)比较反应热数据可知,1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量多。甲同学据此认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”;乙同学根据盖斯定律做出下列循环图:
并据此认为“煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与煤直接燃烧放出的热量相等”。
请分析:甲、乙两同学观点中正确的是 (填“甲”或“乙”);判断的理由是 。
(3)将煤转化为水煤气作为燃料与煤直接燃烧相比有很多优点,请列举其中的两个优点: 。
参考答案
专题1 分层作业3 能源的充分利用
1.D 解析 煤的气化和液化都属于化学变化,A项错误;一个化学反应是放热反应还是吸热反应,与反应物和生成物的总能量的相对大小有关,与反应条件无关,B项错误;一次能源是指可以从自然界直接获取的能源,天然气属于一次能源,C项错误;D项正确。
2.D 解析 化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,放热或者吸热是能量变化的主要形式,A项正确;糖类、脂肪、蛋白质是人体需要的三大营养物质,为人体提供需要的能量,B项正确;化学键的断裂需要吸收能量,化学键的形成需要释放能量,所以化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的本质原因,C项正确;根据热值的定义,可计算得甲烷的热值=≈55.64 kJ·g-1,氢气的热值==142.9 kJ·g-1,后者更大,D项错误。
3.C 解析 1.2 g石墨的物质的量为0.1 mol,其完全燃烧生成稳定氧化物CO2时放热11.1 kJ+28.3 kJ=39.4 kJ,故石墨的标准燃烧热ΔH=-394 kJ·mol-1,故选C。
4.C 解析 偏二甲肼的摩尔质量为60 g·mol-1,1.5 g偏二甲肼的物质的量n= mol,所以101 kPa下,1 mol偏二甲肼完全燃烧时放出的热量为 kJ=2 000 kJ,即标准燃烧热ΔH=-2 000 kJ·mol-1。
5.C 解析 在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C,该反应中化学能转化为热能、光能,A项错误;在相同条件下,反应的焓变只与反应的起始状态和最终状态有关,与途径无关,则同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同,B项错误;CO(g)的标准燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1,即1 mol CO(g)完全燃烧生成CO2(g)时放热283.0 kJ,则反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的ΔH=566.0 kJ·mol-1,C项正确;催化剂能改变化学反应速率但不能改变反应的焓变,D项错误。
6.B 解析 由热化学方程式可知,相同质量(m g)的H2、CO、C8H18、CH4放出的热量分别为H2:×285.8 kJ=142.9m kJ,CO:×283.0 kJ≈10.1m kJ,C8H18:×5 518 kJ≈48.4m kJ,CH4:×890.3 kJ≈55.6m kJ,比较可知选B。
7.答案 (1)2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1 453.28 kJ·mol-1 (2)363.32 11.2 3
解析 (1)已知:①CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(g)
ΔH1=-443.64 kJ·mol-1;
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-566.0 kJ·mol-1。根据盖斯定律,将①×2+②,整理可得:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 453.28 kJ·mol-1。
(2)16 g CH3OH(l)的物质的量为=0.5 mol,根据(1)中所写热化学方程式可知,2 mol CH3OH(l)完全燃烧产生CO2气体和水蒸气时,放出热量1 453.28 kJ,则0.5 mol甲醇完全燃烧放出热量为×1 453.28 kJ=363.32 kJ;根据C元素守恒可知0.5 mol CH3OH(l)完全燃烧产生0.5 mol CO2气体,其在标准状况下的体积V(CO2)=0.5 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L;该反应中只有C元素被氧化,由-2价变为+4价,所以转移电子[4-(-2)]×0.5 mol=3 mol。
8.答案 (1)<
(2)2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1 (3)98 kJ
解析 (1)甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧,放出的热量少,故a<238.6。(2)据题意确定化学方程式为2Cl2+2H2O+C4HCl+CO2,2 mol Cl2参加反应放出的热量为2×145 kJ=290 kJ,故该反应的热化学方程式为2Cl2(g)+2H2O(g)+C(s)4HCl(g)+CO2(g) ΔH=-290 kJ·mol-1。(3)所给反应中转移12 mol电子放出的热量为1 176 kJ,故每转移1 mol电子放出的热量为=98 kJ。
9.B 解析 结合盖斯定律可知,②+①×3-③得到S(s)+2KNO3(s)+3C(s)K2S(s)+N2(g)+3CO2(g),则ΔH=(3a+b-c) kJ·mol-1。
10.A 解析 反应Na2O2(s)+CO2(s)Na2CO3(s)+O2(g)中,固态二氧化碳具有能量较低,则该反应放出的热量减小,即ΔH>-226 kJ·mol-1,A项正确;题图中的焓变应是2 mol CO燃烧的反应热,题图中物质的量和焓变不统一,B项错误;标准燃烧热是101 kPa下,1 mol物质完全燃烧的反应热,单位为kJ·mol-1,CO的标准燃烧热ΔH=-283 kJ·mol-1,C项错误;由盖斯定律可知,①×+②可以得到CO(g)+Na2O2(s)Na2CO3(s) ΔH=-566 kJ·mol-1×-226 kJ·mol-1=-509 kJ·mol-1,D项错误。
11.C 解析 根据图中内容,可以看出N2H4(g)+O2(g)2N(g)+4H(g)+2O(g),ΔH3=ΔH1-ΔH2=-534 kJ·mol-1-(-2 752) kJ·mol-1=2 218 kJ·mol-1,则E(N—N)+E(OO)+4E(N—H)=2 218 kJ,即E(N—N)+500 kJ+4×391 kJ=2 218 kJ,解得E(N—N)=154 kJ。
12.D 解析 反应①的焓变为正,为吸热反应,而题图中为放热反应,A项错误;放热反应中,反应物总能量比生成物总能量高,但不能单独比较两种物质的能量大小,B项错误;C完全燃烧应生成二氧化碳,由反应②不能确定C的标准燃烧热,C项错误;由盖斯定律可知,①+②×2得到TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH=175.4 kJ·mol-1+(-110.45 kJ·mol-1)×2=-45.5 kJ·mol-1,D项正确。
13.答案 (1) (2)-1 560 (3)少
(4)CH3OCH3(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1 460.1 kJ·mol-1 (5)乙烷
解析 (1)反应生成1 mol H2O(l),根据原子守恒可确定a=,b=,c=1,d=。
(2)由题图可得C2H6(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l) ΔH=-520 kJ·mol-1,所以乙烷的标准燃烧热ΔH=-520 kJ·mol-1×3=-1 560 kJ·mol-1。
(3)由于液态乙烷具有的能量小于气态乙烷具有的能量,故等物质的量时,液态乙烷完全燃烧时放出的热量较少。
(5)由热化学方程式可知,放出相同热量时,乙烷产生的二氧化碳较少。
14.答案 (1)H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1 (2)SO2 I2 b (3)①< ②3.18∶1
(4)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=205.4 kJ·mol-1
解析 (1)1 g氢气燃烧生成液态水放出142.9 kJ热量,则2 g 即1 mol氢气燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量,则表示氢气标准燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l)
ΔH=-285.8 kJ·mol-1。(2)反应a为二氧化硫、碘单质和水反应:SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI,反应b为硫酸分解生成二氧化硫、水和氧气:2H2SO42SO2↑+O2↑+2H2O,反应c为碘化氢分解:2HIH2+I2,整个流程参与循环的物质是SO2、I2,最难进行的反应是b。(3)①由盖斯定律可得出C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-554.0 kJ·mol-1×2-174.2 kJ·mol-1=-1 282.2 kJ·mol-1;②为维持热平衡,即水蒸气重整吸收的热量与氧化重整放出的热量相同,故理论上参加水蒸气重整的乙醇与氧化重整的乙醇的物质的量之比为554.0∶174.2≈3.18∶1。(4)由三个题图可写出相应的热化学方程式:CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-282 kJ·mol-1①,H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1②,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802 kJ·mol-1③,由盖斯定律:用③-(①+②×3)得所求反应的ΔH=205.4 kJ·mol-1,则CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=205.4 kJ·mol-1。
15.答案 (1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=131.5 kJ·mol-1
(2)乙 甲同学忽略了煤转化为水煤气要吸收热量(或ΔH1=ΔH2+ΔH3,且ΔH2>0)
(3)减少污染、燃烧充分、方便运输(答两点即可)
解析 (1)根据盖斯定律①-②-③,即可得C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=131.5 kJ·mol-1。(2)由(1)中分析可知煤转化为水煤气是吸热反应,而甲正是忽略了这个问题,才误认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”。
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