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第二十一讲 化学能与热能
【基础巩固】
1．(2022·济南高三月考)下列说法正确的是( )
A．焓的大小受体系的温度、压强等因素的影响
B．化学反应的反应热等于反应前后焓的变化
C．浓硫酸溶于水是放热反应
D．煤的液化有利于实现碳达峰、碳中和
【答案】 A
【解析】 等压条件下，化学反应的反应热等于反应的焓变，B错误；浓硫酸溶于水是物理变化，C错误；
煤的液化能提高煤的能量利用率，但CO 气体的排放量不变，D错误。
2
2．“太阳能燃料”国际会议于2019年10月在我国武汉举行，旨在交流和探讨太阳能光催化分解水制氢、
太阳能光催化二氧化碳转化为燃料等问题。下列说法错误的是( )
A．太阳能燃料属于一次能源
B．直接电催化CO 制取燃料时，燃料是阴极产物
2
C．光催化分解水产生的H 是理想的绿色能源
2
D．研发和利用太阳能燃料，有利于经济的可持续发展
【答案】 A
【解析】 太阳能燃料属于二次能源，故A错误；直接电催化CO 制取燃料时，C元素化合价降低，在阴
2
极反应，故B正确；光催化分解水产生H，H 燃烧放出的热量多，产物为HO，无污染，故C正确；太阳
2 2 2
能燃料可重复利用，避免对环境造成污染，故D正确。
3．(2023·太原检测)分别向1 L 0.5 mol·L－1的Ba(OH) 溶液中加入①浓硫酸；②稀硫酸；③稀硝酸，恰好完
2
全反应时的热效应分别为ΔH、ΔH、ΔH，下列关系正确的是( )
1 2 3
A．ΔH＞ΔH＞ΔH B．ΔH<ΔH<ΔH
1 2 3 1 2 3
C．ΔH＞ΔH＝ΔH D．ΔH＝ΔH<ΔH
1 2 3 1 2 3
【答案】 B
【解析】 混合时浓硫酸在被稀释的过程中放热；浓、稀硫酸在与 Ba(OH) 反应时还会形成BaSO 沉淀，
2 4
Ba2＋、SO之间形成化学键的过程中也会放出热量。因放热反应的ΔH取负值，故ΔH<ΔH<ΔH。
1 2 3
4.我国学者研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示(其中吸附在金催化剂表面上的物种
用标注)
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】下列说法不正确的是( )
A.催化剂能够改变反应历程
B.H O*转化为 H*和OH*时需要吸收能量
2
C.反应过程中，过渡态1比过渡态2更难达到
D.总反应方程式为CO(g)＋HO(g)===CO (g)＋H(g) ΔH＝－0.72N eV/mol
2 2 2 A
【答案】 C
【解析】 A.由反应历程图可知，在过渡态中，催化剂能够改变反应过程中的相对能量，改变的是反应的
历程，但是最终反应物和生成物不会改变，故A正确；B.根据反应历程图可知，CO*＋HO(g)＋HO*的能
2 2
垒为－0.32 eV；CO*＋HO(g)＋ H*＋OH*的能垒为1.25 eV，所以HO*转化为 H*和OH*时需要吸收能量，
2 2
故B正确；C.由反应历程图可知，反应过程中生成过渡态1比过渡态2的能垒小，所以过渡态1反应更容
易，故C错误；D.根据反应历程图可知，整个反应历程中1 mol CO(g)和2 mol H O(g)生成1 mol CO (g)和1
2 2
mol HO(g)和1 mol H (g)时，放出0.72 N eV的能量，而ΔH为每1 mol反应对应的能量变化，所以该反
2 2 A
应的总反应方程式为CO(g)＋HO(g)===CO (g)＋H(g) ΔH＝－0.72N eV/mol，故D正确。
2 2 2 A
5.分别取40 mL 的0.50 mol·L－1盐酸与40 mL 0.55 mol·L－1氢氧化钠溶液进行中和反应反应热的测定实验。
下列说法错误的是( )
A.稍过量的氢氧化钠是确保盐酸完全反应
B.仪器A的名称是环形玻璃搅拌棒
C.在实验过程中，把温度计上的酸用水冲洗干净后再测量NaOH溶液的温度
D.用硫酸和Ba(OH) 溶液代替盐酸和氢氧化钠溶液，结果也是正确的
2
【答案】 D
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】【解析】 测定中和热时，为了使盐酸完全反应，需要让 NaOH稍过量，A项正确；仪器A是环形玻璃搅
拌棒，B项正确；温度计上残留的酸溶液需要清洗干净，否则会和 NaOH溶液反应，使测得NaOH溶液的
温度偏高，C项正确；用硫酸和Ba(OH) 溶液代替盐酸和氢氧化钠溶液，除了发生中和反应，还生成了
2
BaSO 沉淀(生成沉淀的过程放热)，因此会影响中和热的测定，D项错误。
4
6.(2022·湖北重点中学高三质检)设N 为阿伏加德罗常数的值。已知反应；
A
①C H(g)＋3O(g)===2CO (g)＋2HO(g) ΔH＝－a kJ·mol－1
2 4 2 2 2 1
②C H(g)＋3O(g)===2CO (g)＋2HO(l) ΔH＝－b kJ·mol－1
2 4 2 2 2 2
其他数据如下表：
化学键 C===O O===O C—H O—H C===C
键能/(kJ·mol－1) 798 x 413 463 610
下列说法正确的是( )
A.a0)
2 2 2 2
总反应：CHOH(g)＋HO(g)===CO (g)＋3H(g) ΔH＝c kJ·mol－1
3 2 2 2 3
下列有关说法中正确的是( )
A.反应Ⅰ是放热反应
B.1 mol CH OH(g)和HO(g)的总能量大于1 mol CO (g)和3 mol H (g)的总能量
3 2 2 2
C.优良的催化剂降低了反应的活化能，并减少ΔH，节约了能源
3
D.c>0
【答案】 D
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】【解析】 根据图像可知反应Ⅰ生成物能量大于反应物能量，因此为吸热反应，故 A错误；根据图像可知
1 mol CH OH(g)和1 mol H O(g)的总能量小于1 mol CO (g)和3 mol H (g)的总能量，故B错误；
3 2 2 2
优良的催化剂降低了反应的活化能，焓变不变，焓变只能由反应物和生成物总能量决定，故C错误;1 mol
CHOH(g)和1 mol H O(g)的总能量小于1 mol CO (g)和3 mol H (g)的总能量，是吸热反应，因此
3 2 2 2
c>0，故D正确。
4.(2022·泉州质监)N 转化为NO的过程如图所示。下列说法正确的是( )
2
A.催化剂a和b可增大反应的活化能(E)
a
B.在催化剂b作用下，氮元素发生了还原反应
C.催化剂a、b不会改变反应的焓变(ΔH)
D.催化剂b可提高NH 的平衡转化率
3
【答案】 C
【解析】 由题图知，催化剂a、b能降低反应的活化能，加快化学反应速率，A项错误；在催化剂b作用
下，NH 转化为NO，氮元素由－3价升高为＋2价，发生氧化反应，B项错误；化学反应的焓变与反应物
3
和生成物的总能量有关，催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应的焓变，C项正确；催化剂不影响化
学平衡移动，不能提高NH 的平衡转化率，D项错误。
3
5．(2022·重庆育才中学模拟)甲烷分子结构具有高度对称性，且断开1 mol C—H需要吸收
440 kJ能量。无催化剂作用下，甲烷在温度达到1 200 ℃以上才可裂解。在催化剂及一定条件下，CH 可在
4
较低温度下发生裂解反应，甲烷在镍基催化剂上转化过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(
)
A．催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在催化剂表面沉积
B．步骤②③反应均为吸热反应
C．1 mol甲烷催化裂解成C和H 的ΔH＝＋1 760 kJ·mol－1
2
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】D．使用该催化剂，反应的焓变减小
【答案】 A
【解析】 由题中图示可知，C可吸附在催化剂的表面，则催化剂使用一段时间后失活的原因可能是碳在
催化剂表面沉积，A正确；由题中图示可知，步骤②③反应物总能量都大于生成物总能量，B错误；CH
4
存在4个C—H，断开4 mol C—H需要吸收的能量为440 kJ×4＝1 760 kJ，但不是甲烷催化裂解成C和H
2
需要吸收的能量，C错误；加入催化剂，反应的路径改变，但反应的焓变不变，D错误。
6．(2021·浙江6月选考，21)相同温度和压强下，关于反应的ΔH，下列判断正确的是( )
(g)＋H(g)―→ (g) ΔH
2 1
(g)＋2H(g)―→ (g) ΔH
2 2
(g)＋3H(g)―→ (g) ΔH
2 3
(g)＋H(g)―→ (g) ΔH
2 4
A．ΔH>0，ΔH>0
1 2
B．ΔH＝ΔH＋ΔH
3 1 2
C．ΔH>ΔH，ΔH>ΔH
1 2 3 2
D．ΔH＝ΔH＋ΔH
2 3 4
【答案】 C
【解析】 环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应，因此，ΔH ＜0，ΔH ＜0 ，A
1 2
不正确；苯分子中没有碳碳双键，其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的共价键，因此，其与氢气
完全加成的反应热不等于环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和，即ΔH≠ΔH ＋
3 1
ΔH ，B不正确；由于1 mol 1,3-环己二烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍，故其放出的
2
热量更多，则ΔH>ΔH ；苯与氢气发生加成反应生成1,3-环己二烯的反应为吸热反应(ΔH>0)，根据盖斯定
1 2 4
律可知，苯与氢气完全加成的反应热：ΔH ＝ΔH ＋ΔH ，因此ΔH>ΔH ，ΔH ＝ΔH －ΔH ，C正确、D不
3 4 2 3 2 2 3 4
正确。
7．Li/Li O体系的能量循环如图所示。下列说法正确的是( )
2
A．ΔH<0
3
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】B．ΔH＋ΔH＋ΔH＝ΔH
3 4 5 6
C．ΔH>ΔH
6 5
D．ΔH＋ΔH＋ΔH＋ΔH＋ΔH＋ΔH＝0
1 2 3 4 5 6
【答案】 C
【解析】 O 的气态分子变为气态原子，需要断裂分子中的化学键，因此要吸收能量，ΔH>0，A项错误；
2 3
物质含有的能量只与物质的始态与终态有关，与反应途径无关，根据物质转化关系可知，ΔH ＋ΔH ＋ΔH
1 2 3
＋ΔH＋ΔH＝ΔH，B、D两项错误。
4 5 6
8．（2023·全国·统考高考真题）“肼合成酶”以其中的 配合物为催化中心，可将 与 转化
为肼( )，其反应历程如下所示。
下列说法错误的是
A． 、 和 均为极性分子
B．反应涉及 、 键断裂和 键生成
C．催化中心的 被氧化为 ，后又被还原为
D．将 替换为 ，反应可得
【答案】 D
【解析】 A．NH OH，NH ，HO的电荷分布都不均匀，不对称，为极性分子，A正确；B．由反应历
2 3 2
程可知，有N－H，N－O键断裂，还有N－H键的生成，B正确；C．由反应历程可知，反应过程中，
Fe2+先失去电子发生氧化反应生成Fe3+，后面又得到电子生成Fe2+，C正确；D．由反应历程可知，反应过
程中，生成的NH NH 有两个氢来源于NH ，所以将NH OH替换为ND OD，不可能得到ND ND ，得到
2 2 3 2 2 2 2
ND NH 和HDO，D错误；故选D。
2 2
9．（2023·浙江·统考高考真题）一定条件下， 苯基丙炔( )可与 发生催化加成，反应如
下：
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应I、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的
是
A．反应焓变：反应I>反应Ⅱ
B．反应活化能：反应I<反应Ⅱ
C．增加 浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物I的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
【答案】 C
【详解】 A．反应I、Ⅲ为放热反应，相同物质的量的反应物，反应I放出的热量小于反应Ⅱ放出的热量，
反应放出的热量越多，其焓变越小，因此反应焓变：反应I>反应Ⅱ，故A正确；B．短时间里反应I得到
的产物比反应Ⅱ得到的产物多，说明反应I的速率比反应Ⅱ的速率快，速率越快，其活化能越小，则反应
活化能：反应I<反应Ⅱ，故B正确；C．增加 浓度，平衡正向移动，但平衡时产物Ⅱ和产物I的比例
可能降低，故C错误；D．根据图中信息，选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ，
故D正确。综上所述，答案为C。
10．（2022·重庆·统考高考真题）“千畦细浪舞晴空”，氮肥保障了现代农业的丰收。为探究(NH )SO 的
4 2 4
离子键强弱，设计如图所示的循环过程，可得△H/(kJ•mol-1)为
4
A．+838 B．+686 C．+533 D．+1143
【答案】 A
【解析】① ；② ；③
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】；④ ；⑤
；⑥ ；则⑤+①-⑥-
②+③得④，得到 +838 kJ•mol-1 所以B、C、D错误， C正确，故选A。
，
11.(1)在催化剂作用下，用还原剂[如肼(N H)]选择性地与NO 反应生成N 和HO。
2 4 x 2 2
已知200 ℃时：i.3N H(g)===N (g)＋4NH (g) ΔH＝－32.9 kJ·mol－1；
2 4 2 3 1
ii.NH(g)＋H(g)===2NH(g) ΔH＝－41.8 kJ·mol－1。
2 4 2 3 2
①写出肼的电子式：______________。
②200 ℃时，肼分解成氮气和氢气的热化学方程式为_________________________。
(2)研究CO 的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。工业上利用废气中的CO 合成CHOH，主要有
2 2 3
以下反应：
反应Ⅰ：CO(g)＋3H(g)CH OH(g)＋HO(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1
2 2 3 2 1
反应Ⅱ：2CO(g)＋6H(g)CH OCH (g)＋3HO(g) ΔH
2 2 3 3 2 2
反应Ⅲ：CHOCH (g)＋HO(g)2CHOH(g) ΔH＝＋23.4 kJ·mol－1
3 3 2 3 3
已知某些化学键的键能数据如下：
化学键 C==O C—O O—H
键能/ 750 343 465
氢气中的 H—H 比甲醇中的 C—H____(填“强”或“弱”)。用盖斯定律计算反应Ⅱ中的 ΔH ＝
2
________kJ·mol－1。
(3)基于Al O 载氮体的碳基化学链合成氨技术示意图如下。
2 3
总反应3C(s)＋N(g)＋3HO(l)===3CO(g)＋2NH (g) ΔH＝__________kJ·mol－1。
2 2 3
(4)[2021·全国乙卷，28(4)]Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率(ν)光的照射下机理为：
NOCl＋hν―→NOCl*
NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl
2
其中 hν 表示一个光子能量，NOCl*表示 NOCl 的激发态。可知，分解 1 mol 的 NOCl 需要吸收
_________________________________________________mol 的光子。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】【答案】 (1)① ②NH(g)===N (g)＋2H(g) ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1
2 4 2 2
(2)强 －121.4
(3)＋434.0 (4)0.5
【解析】 (1)②根据盖斯定律i－2×ii得肼分解成氮气和氢气的热化学方程式：NH(g)===N (g)＋2H(g)
2 4 2 2
ΔH＝－32.9 kJ·mol－1－(－41.8 kJ·mol－1)×2＝＋50.7 kJ·mol－1。
(2)ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，根据反应Ⅰ，ΔH ＝2E ＋3E －(3E ＋E ＋3E )，
1 C＝O H—H C—H C－O O—H
代入题表数据可得E －E ＝63 kJ·mol－1>0，故氢气中的H—H比甲醇中的C—H强。根据盖斯定律可
H—H C—H
知，反应Ⅱ＝反应Ⅰ×2－反应Ⅲ，故ΔH＝2ΔH－ΔH＝
2 1 3
－121.4 kJ·mol－1。
(3)将反应ⅰ和反应ⅱ相加，即可得到总反应3C(s)＋N(g)＋3HO(l)===3CO(g)＋2NH (g) ΔH＝＋708.1
2 2 3
kJ·mol－1＋(－274.1 kJ·mol－1)＝＋434.0 kJ·mol－1
(4)Ⅰ.NOCl＋hν―→NOCl*
Ⅱ.NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl
2
Ⅰ＋Ⅱ得总反应为2NOCl＋hν―→2NO＋Cl ，因此分解2 mol NOCl需要吸收1 mol光子能量，则分解1
2
mol的NOCl需要吸收0.5 mol的光子。
12．(1)已知CHOH(l)的燃烧热 ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，CHOH(l)＋O(g)===CO (g)＋2H(g) ΔH＝－a
3 3 2 2 2
kJ·mol－1，则a (填“＞”“＜”或“＝”)726.5。
(2)将Cl 和HO(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO ，当有1 mol Cl 参与反应时释放出145.0 kJ热量，写
2 2 2 2
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)＋3TiO(s)＋3C(s)===2AlO(s)＋3TiC(s) ΔH＝
2 2 3
－1 176.0 kJ·mol－1，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为 。
(4)CO 与H 在某催化剂的作用下反应如图所示：
2 2
化学键
键能/ (kJ·mol－1) 436 326 803 464 414
写出该反应的热化学方程式： 。
(5)CO 催化加氢制CHOH的一种反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注，如CO表示CO 吸
2 3 2
附在催化剂表面)。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】该反应历程中决速步反应的化学方程式为 。
【答案】 (1)＜ (2)2Cl (g)＋2HO(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO(g) ΔH＝－290.0 kJ·mol－1 (3)98.0 kJ
2 2 2
(4)CO (g)＋3H(g)===CH OH(g)＋HO(g) ΔH＝－46 kJ·mol－1
2 2 3 2
(5)CO (g)＋2H*＋2H(g)===COOH*＋H*＋2H(g)[或CO(g)＋2H*===COOH*＋H*或CO(g)＋H*===COOH*]
2 2 2 2 2
【解析】 (1)所述反应未完全燃烧，生成的氢气燃烧还要放出热量，则a＜726.5。
(2)当有 1 mol Cl 参与反应时释放出 145.0 kJ 热量，该反应的热化学方程式：2Cl(g)＋2HO(g)＋
2 2 2
C(s)===4HCl(g)＋CO(g) ΔH＝－145.0 kJ·mol－1×2＝－290.0 kJ·mol－1。
2
(3)4Al(s)＋3TiO(s)＋3C(s)===2AlO(s)＋3TiC(s) ΔH＝－1 176.0 kJ·mol－1，每转移12 mol电子放出的热量
2 2 3
为1 176.0 kJ，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为 kJ＝ 98.0 kJ。
(4)由反应图示可知图形与化学键对应关系为
H—H C—O C==O O—H C—H
ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝2×803 kJ·mol－1＋3×436 kJ·mol－1－3×414 kJ·mol－1－326 kJ·mol－1－
3×464 kJ·mol－1＝－46 kJ·mol－1。
(5)据图可知CO(g)＋2H*＋2H(g)===COOH*＋H*＋2H(g)活化能最大，是决速步骤。
2 2 2
13．（2023·北京·统考高考真题）尿素 合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。
(1)十九世纪初，用氰酸银 与 在一定条件下反应制得 ，实现了由无机物到有机
物的合成。该反应的化学方程式是 。
(2)二十世纪初，工业上以 和 为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
ⅰ． 和 生成 ；
ⅱ． 分解生成尿素。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是 (填序号)。
a．活化能：反应ⅰ<反应ⅱ
b．ⅰ为放热反应，ⅱ为吸热反应
c．
(3)近年研究发现，电催化 和含氮物质( 等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮
废水污染问题。向一定浓度的 溶液通 至饱和，在电极上反应生成 ，电解原理如图所
示。
①电极 是电解池的 极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是 。
(4)尿素样品含氮量的测定方法如下。
已知：溶液中 不能直接用 溶液准确滴定。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】①消化液中的含氮粒子是 。
②步骤ⅳ中标准 溶液的浓度和消耗的体积分别为 和 ，计算样品含氮量还需要的实验数据有
。
【答案】(1) (2)ab
(3) 阳
(4) 样品的质量、步骤Ⅲ所加入 溶液的体积和浓度
【解析】（1）根据原子守恒分析，二者反应生成尿素和氯化银，化学方程式是
。答案为 ；（2）a．反应ⅰ的活
化能是 ，反应ⅱ活化能是 ， ，a项正确；b．从图中反应物和生成物能量的相对大小可看出反应
ⅰ放热，反应ⅱ吸热，b项正确；c．总反应的： ，c项错误；故选ab。（3）①电极b上
发生 失电子生成 的氧化反应，是电解池的阳极。②a极硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性
环境可分析出电极反应式为 。答案为阳极；
；（4）①尿素消化分解生成 和 ，由于反应中存在
浓 ，则消化液中含氮粒子为 。②除了已知数据外，还需要的是样品的质量、步骤ⅲ所加入
溶液的体积和浓度。答案为 ；样品的质量、步骤Ⅲ所加入HSO 溶液的体积和浓度。
2 4
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】
